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工业4.0:未来制造业的趋势是网络化?

在工业4.0时代,机器设备具有强大数据处理能力,它们提供的信息、统计数据和动态分析能够使生产变得更精益、更节能。

如果你在食品制造行业工作,你可能知道现在的许多生产线的能效低于60%,这意味着它们还有相当大的提升空间。节约水电对现代工厂管理来说也是一个重要因素,智能工厂能够帮助企业实现环保目标。

什么是工业4.0?

所谓的工业4.0,德国人叫工业4.0,美国人叫Industrial Network即工业互联网。所以在美国从来没人谈工业4.0。核心那一套还是CPS(Cyber-Physical System),这个词在美国学术界被广泛使用,但是对很多中国人来说很陌生,其实CPS在欧洲又被称之为Internet of Things,也就是所谓的物联网。

从广义上讲,现在大家在做的Sensor Network(传感网络)/Iot(物联网)/Mobilesystem/Smart Building(智能建筑)/Smart Grid(智能电网)等等都算在Cyber-Physical System的范畴里面。

美国学术界为了推CPS,把四个会议IPSN、RTAS、ICCPS、HSCC一起组成了CPSWeek,每年4月份举行。其中IPSN是传感器网络两大顶会之一(另一个是Sensys);RTAS是实时嵌入式系统相关的;ICCPS和ICIot是同一个会议,是IEEE近两年举办的专门关注CPS的会议;HSCC关注的是HybridSystem。这几个会议中IPSN的影响力应该是最大的,也是CPSWeek的核心,同时也是最难中的。

由此可见,在美国学术界看来,所谓的CPS,或者是物联网,跟曾经很火的Sensornetwork有比较密切的联系,同时也跟之前的Realtimesystem相结合。

事实上,当年很火的传感器网络冷下来之后,不少该领域的大牛在申请基金的过程中相继倒下,导致不少人换了方向。剩下的人便参与到了所谓的Cyber-PhysicalSystem当中。

从sensornetwork到Cyber-PhysicalSystem(Iot),再到工业互联网或者工业4.0,马甲换了一个又一个,核心的那帮教授从来都没有变过。不过也得理解,不炒概念怎么能拿到funding呢?这一点中国美国是一样的。

第一次工业革命是机械化,第二次电气化,第三次自动化直到现在。这三次工业革命都大幅度的提高了生产力。

而所谓的工业4.0,则是基于CPS(Cyber-PhysicalSystem)上的一个对于未来工业发展的设想。计划的提出者Prof.HenNIngKagermann希望藉此实现第四次工业革命。

CPS,中文翻译成:网宇实体系统。指的是一个通过机械和电子零件,运用信息化技术的整合控制系统。与传统的控制系统相比,CPS更加强调的是他的通信功能。

现在的设计雏形有所谓的SmartFactory(智能工厂)

第一次工业革命是机械化,第二次电气化,第三次自动化直到现在。这三次工业革命都大幅度的提高了生产力。

而所谓的工业4.0,则是基于CPS(Cyber-PhysicalSystem)上的一个对于未来工业发展的设想。计划的提出者Prof.HenningKagermann希望藉此实现第四次工业革命。

CPS,中文翻译成:网宇实体系统。指的是一个通过机械和电子零件,运用信息化技术的整合控制系统。与传统的控制系统相比,CPS更加强调的是他的通信功能。现在的设计雏形有所谓的SmartFactory(智能工厂)。

工业4.0将会带来什么

工业4.0的出现将实现很多人类梦寐以求的幻想,设想你买了一套房子,然后房子的设计图马上就被传入你的电脑,你可以在电脑前按照自己的设想装修并置配家具,然后用不了多久,3D打印机器人就会进入你的房间进行装修,而你选择的家具已经被快递到了装修好的房子中。整个过程涉及移动通信、物业公司、装修公司、网络购物、物流、电子商务,而整个过程中几乎不需要消耗大量的人工成本就能将信息或实体进行传递并配置。

德国和美国政府已经拨出专项资金,用于战略研究和工业4.0的实现。德国拨款2.22亿美元用于德国联邦教育与研究部(BMBF)的RES-COM等项目。同样,美国已经推出了SmartManufacturingLeadershipCoalition等研究项目。

包括英国在内的其他国家也对工业4.0表现出很大的的热情。GAMBICA和CLPA等制造商和贸易机构已经对此表示支持。虽然这些国家还未宣布推出重大举措,但它们肯定已经对工业4.0作出了有力支持。

工业4.0最终将成为制造业和工业的一个显着变化。从长远来看,工厂设备对高级软件的使用可以帮助计算机进行自动调节并作出更多的自主决策。这同时也意味着,在工厂中,目前由一个中心主机执行的任务将交由系统组件来执行。

今后几年,随着智能工厂在世界各地的出现,工厂之间的地理边界和数据隔离可能成为过去。

对英国食品和饮料行业来说,工业4.0是一个绝佳的机会,它们可以利用这个机会逐步实现传统工厂到智能工厂的转变。新技术也将导致更多灵活的、可持续的和环保的生产线的出现。

全球工业4.0的不同版本以及政策提出时间

美国

2011年

先进制造业伙伴关系制造业回流

美国“先进制造业国家战略计划”核心是鼓励创新,并通过信息技术来重塑工业格局,激活传统产业。

中国

2012年

制造2025计划智能制造

发展智能制造设备、新一代移动通信、三网融合、物联网、云端运算等战略性产业技术

德国

2013年

工业4.0智慧工厂

其实质是德国凭借制造业根基,借助互联网升级制造业。在“智能工厂”以“智能生产”方式制造“智能产品”,整个过程贯穿以“网络协同”。

英国

2013年

工业2050战略服务+再制造

《英国工业2050战略》认为,制造业并不是传统意义上“制造之后进行销售”,而是“服务+再制造(以生产为中心的价值链)”。

日本

2015年

机器人新战略人机共存

日本政府于2015年1月公布了《机器人新战略》,成立了日本机器人革命促进会。日本还在机器人革命促进会下设“物联网升级制造模式工作组”,以实现物联网技术对日本制造业的变革。

未来制造的网络化趋势,作为新一轮的工业革命,工业4.0时代跟前三次工业革命不同的地方是网络化,由于在生产制造核心价值创造环节大量采用了网络化技术,原有的价值创造体系将发生革命性的改变,从而促使整个社会技术体系产生变革,这是第四次工业革命存在的证据和理由。

大家知道,互联网技术在人们消费领域的应用,导致了人们的生活发生了翻天覆地的变化,特别是在中国,大量的用户使用电子商务、即时通信和移动应用等互联网产品及服务,大大改变了人们的传统生活形态。可以预想,如果互联网技术在生产制造领域得到充分利用,将对人们的生活产生巨大的改变。

人口仅为8500万,面积仅为两个广东一样大的德国,缺乏中国这样的一体化大规模市场,难以推动互联网技术在德国人生活中深度应用,但由于德国的制造业非常发达,具有很好的应用新技术的环境,因此,德国工业4.0概念提出之后,得到了德国制造业的大量响应,纷纷加入德国工业4.0平台,共同推动德国的工业4.0的应用。

从未来制造业发展的趋势来讲,利用CPS技术,把物理世界虚拟化,是降低创新成本的最佳途径。例如,传统汽车的制造过程需要先设计出图纸,制作出模型汽车,然后用模型汽车进行碰撞等试验,检验设计的效果,这样的流程花费的成本比较高,但利用CPS技术,新设计的汽车可以在模拟的测试环境中进行多次试验,而不用担心汽车碰撞实验中的损坏,这样可以大大降低成本。

理解未来制造业,需要考虑网络化技术给原有的制造过程带来的变革,高度网络化在多个层面发生作用,它可以在产业链环节、车间之间、生产线之间、流水线各环节以及任何物体之间发生,而达到物与物的连接,则是CPS技术发展的最高境界,那就是物联网。

总而言之,工业4.0时代就是第四次工业革命,它的核心技术CPS带来的大量连接,形成了各种层级的网络化,这将大大改变现有的生产制造流程,从而影响制造业的价值创造体系,这就是第四次工业革命最大的趋势和特征。

 

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