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軌道交通新聞

工業(yè)4.0的精髓何在?

星之球科技 來(lái)源:CIO時(shí)代2017-01-19 我要評(píng)論(0 )   

智能生產(chǎn)需要實(shí)現(xiàn)兩種不同性質(zhì)的自動(dòng)化,一種是生產(chǎn)裝備的自動(dòng)化,另一種是數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化。

智能生產(chǎn)需要實(shí)現(xiàn)兩種不同性質(zhì)的自動(dòng)化,一種是生產(chǎn)裝備的自動(dòng)化,另一種是數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化。

1、引言
智能生產(chǎn)需要實(shí)現(xiàn)兩種不同性質(zhì)的自動(dòng)化,一種是生產(chǎn)裝備的自動(dòng)化,另一種是數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化。
生產(chǎn)裝備的自動(dòng)化對(duì)制造企業(yè)而言是非常容易理解的,它是通過(guò)自動(dòng)化的機(jī)床、機(jī)器人等各類(lèi)自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的過(guò)程自動(dòng)化,但數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化又該如何理解?在智能工廠中,數(shù)據(jù)是如何自動(dòng)化流動(dòng)的?需要經(jīng)過(guò)“幾關(guān)”?
2、數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)是工業(yè)4.0的精髓
在德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略中,有縱向集成、端對(duì)端集成、橫向集成3項(xiàng)集成,這是工業(yè)4.0中非常重要的概念,是實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)、企業(yè)間價(jià)值流集成的關(guān)鍵。
縱向集成主要是將各種不同層面的IT系統(tǒng)集成在一起,例如,執(zhí)行器與傳感器、控制、生產(chǎn)管理、制造和執(zhí)行及企業(yè)計(jì)劃等不同層面(摘自德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施建議)。從信息化角度來(lái)看,就是在企業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)研發(fā)、計(jì)劃、工藝、生產(chǎn)、服務(wù)等各環(huán)節(jié)間的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng),如圖1所示。
 
圖1縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)
 
端對(duì)端集成則是通過(guò)產(chǎn)品全價(jià)值鏈和為客戶需求而協(xié)作的不同公司,使現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界完成整合。端對(duì)端集成更加突出了以產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、服務(wù)等為主線,實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng),如圖2所示。
 
圖2端對(duì)端集成
 
作為3項(xiàng)集成中的最高層次,橫向集成是指將各種使用不同制造階段和商業(yè)計(jì)劃的IT系統(tǒng)集成在一起,這其中既包括一個(gè)公司內(nèi)部的材料、能源和信息的配置,也包括不同公司間的配置(價(jià)值網(wǎng)絡(luò)),即以產(chǎn)品供應(yīng)鏈為主線,通過(guò)數(shù)據(jù)在企業(yè)之間的自動(dòng)流動(dòng),實(shí)現(xiàn)一種社會(huì)化協(xié)同生產(chǎn),如圖3所示。
 
圖3橫向集成
 
由圖3可知,在企業(yè)內(nèi)部的市場(chǎng)、銷(xiāo)售、管理、計(jì)劃、生產(chǎn)、工程各環(huán)節(jié)以及外部的設(shè)計(jì)人員、客戶、供應(yīng)商、分包商等眾多角色之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)有序流動(dòng)。
通過(guò)德國(guó)工業(yè)4.0對(duì)3項(xiàng)集成的定義可以看出,工業(yè)4.0愿景中,在企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間、社會(huì)化的智能制造及服務(wù)中,數(shù)據(jù)自動(dòng)有序的流動(dòng)是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要技術(shù)。
 
3、企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)是打造智能工廠的基礎(chǔ)
未來(lái)的企業(yè)是價(jià)值驅(qū)動(dòng)的企業(yè),是數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的企業(yè),而數(shù)據(jù)自由有序的流動(dòng)是智能工廠的前提與基礎(chǔ)。
 
機(jī)器聯(lián)機(jī)器暢通數(shù)據(jù)流
現(xiàn)在的電腦、手機(jī)等終端都接入了網(wǎng)絡(luò)。試想一下,如果這些智能終端不能聯(lián)網(wǎng)工作而只能單機(jī)工作,單是影響工作效率不說(shuō),幾天下來(lái),我們就可能要崩潰了:沒(méi)有網(wǎng)絡(luò),怎么工作?同樣,一臺(tái)機(jī)器即便自身的智能化程度非常高,能發(fā)揮的作用畢竟是有限的。
通過(guò)專(zhuān)業(yè)的設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),將網(wǎng)口、串口等不同的接口形式,不同的數(shù)字控制系統(tǒng),數(shù)控銑床、數(shù)控車(chē)床、加工中心、機(jī)器人等不同的數(shù)字化機(jī)器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)機(jī)器的互聯(lián)互通,可徹底改變以前機(jī)器信息化孤島的局面,從而可以發(fā)揮機(jī)器集群控制的優(yōu)勢(shì),形成機(jī)器群體的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化,實(shí)現(xiàn)集約化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化的生產(chǎn)模式。
聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器與機(jī)器的通信,而機(jī)器遠(yuǎn)程采集則實(shí)現(xiàn)了機(jī)器與人的交互。通過(guò)通信協(xié)議、傳感器和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù),對(duì)數(shù)控機(jī)床、熱處理設(shè)備(如熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等設(shè)備)、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等各類(lèi)數(shù)字化機(jī)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集,可監(jiān)控每臺(tái)機(jī)器的實(shí)時(shí)狀態(tài)和異常情況,對(duì)故障停機(jī)、關(guān)鍵工藝參數(shù)超差等重要事件,可通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或手機(jī)短信等形式及時(shí)送達(dá)相關(guān)人員,實(shí)現(xiàn)機(jī)器狀態(tài)透明化、實(shí)時(shí)化的管理。通過(guò)機(jī)器的遠(yuǎn)程診斷與主動(dòng)式預(yù)測(cè)性維護(hù),智能系統(tǒng)就像醫(yī)生一樣,在機(jī)器還沒(méi)出現(xiàn)故障之前就得到及時(shí)預(yù)警、保養(yǎng)、維修,為機(jī)器的健康、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行提供了保障。
機(jī)器互聯(lián)互通使得以前的“啞機(jī)器”能與外界交流,變得“耳聰目明”了,這也是智能化中“聯(lián)接促進(jìn)智能”的一個(gè)典型應(yīng)用。機(jī)器的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化,加速了賽博物理系統(tǒng)(CPS)的形成。“機(jī)器+CPS”讓機(jī)器具有了群體協(xié)作能力及智能化的認(rèn)知能力。
 
人、機(jī)、物間數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng),自組織的智能制造
通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)+制造模式,實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物相互聯(lián)接和自組織的制造。在這方面,有些先進(jìn)企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了很多有益的探索,并取得了良好的應(yīng)用效果。
博世是德國(guó)智能制造的一個(gè)樣板企業(yè)。在洪堡的物流中心,設(shè)備與工件之間已經(jīng)借由互聯(lián)網(wǎng)和傳感器建立起了實(shí)時(shí)聯(lián)系:每個(gè)工件或者裝工件的塑料盒里都有記錄產(chǎn)品信息的無(wú)線射頻識(shí)別電子標(biāo)簽(RFID),每經(jīng)過(guò)一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié),讀卡器會(huì)自動(dòng)讀出相關(guān)信息,反饋到控制中心由工作人員進(jìn)行相應(yīng)處理,絕大部分生產(chǎn)活動(dòng)都可以實(shí)現(xiàn)自組織。比如,工件在什么位置,在什么機(jī)床上加工,加工的時(shí)間長(zhǎng)短,物料庫(kù)存情況以及是否需要補(bǔ)料等。這些信息直接與生產(chǎn)管理軟件無(wú)縫集成在一起,生產(chǎn)過(guò)程中的所有數(shù)據(jù)均可在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)高效、實(shí)時(shí)的流動(dòng)和可視化展現(xiàn),可輕松有效地解決生產(chǎn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。新系統(tǒng)投入使用后,工廠庫(kù)存減少了30%,生產(chǎn)效率提高了10%,由此節(jié)約的資金可達(dá)幾千萬(wàn)歐元。
在博世北京工廠中,所有的機(jī)床也實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)管理所有的數(shù)控機(jī)床,程序集中存儲(chǔ)在中心服務(wù)器中,每臺(tái)機(jī)床需要加工程序時(shí)會(huì)遠(yuǎn)程自動(dòng)下載,機(jī)床的狀態(tài)一目了然,開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、運(yùn)行,加工什么產(chǎn)品,加工產(chǎn)品數(shù)量,故障信息,機(jī)床的利用率等,所有信息都自動(dòng)、準(zhǔn)確地顯示出來(lái),實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的透明化和自組織。
人、機(jī)器、物料是企業(yè)生產(chǎn)的三要素,通過(guò)數(shù)字化手段實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和物理實(shí)體世界與數(shù)字虛體世界的深度融合,從而將制造業(yè)逐步推向智能化。聯(lián)接產(chǎn)生協(xié)作,聯(lián)接產(chǎn)生效益,聯(lián)接產(chǎn)生自組織,聯(lián)接產(chǎn)生智能。
虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界間數(shù)據(jù)自由流動(dòng),打造中國(guó)經(jīng)濟(jì)“雙引擎”
2016年5月25日,李克強(qiáng)總理在貴陽(yáng)出席“中國(guó)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)峰會(huì)暨中國(guó)電子商務(wù)創(chuàng)新發(fā)展峰會(huì)”時(shí)指出,大數(shù)據(jù)新業(yè)態(tài)代表的創(chuàng)新理念要和傳統(tǒng)行業(yè)長(zhǎng)期孕育的工匠精神相結(jié)合,推動(dòng)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界融合發(fā)展,重塑產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈、價(jià)值鏈,促進(jìn)新動(dòng)能蓬勃發(fā)展、傳統(tǒng)動(dòng)能煥發(fā)生機(jī),打造中國(guó)經(jīng)濟(jì)“雙引擎”,實(shí)現(xiàn)“雙中高”。

4、互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)外的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)
現(xiàn)在,互聯(lián)網(wǎng)+已經(jīng)深入制造業(yè),通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)+,可以消除企業(yè)與消費(fèi)者的距離,實(shí)現(xiàn)零距離交互的營(yíng)銷(xiāo)等商業(yè)活動(dòng),更可以發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在社會(huì)資源配置中的優(yōu)化和集成作用,形成更先進(jìn)的生產(chǎn)管理新形態(tài)。
(1)互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)據(jù)流動(dòng),實(shí)現(xiàn)制造端與消費(fèi)端的零距離交互
為實(shí)現(xiàn)從大規(guī)模制造向個(gè)性化定制的轉(zhuǎn)型,早在2012年海爾就開(kāi)始了互聯(lián)工廠的實(shí)踐,致力于打造按需設(shè)計(jì)、按需制造、按需配送的體系。海爾通過(guò)“去中介化”、“去產(chǎn)品化”與用戶零距離地打造了用戶交互定制平臺(tái),用戶可以遠(yuǎn)程查看自己所購(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)的全過(guò)程。定制選擇、訂單流轉(zhuǎn)、生產(chǎn)過(guò)程、物流運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)中,用戶都將不再是被動(dòng)的等待者,而是全流程的參與者、監(jiān)管者。智能化的交互定制平臺(tái)將用戶、企業(yè)融為一體,極大地拓展了企業(yè)智能制造的范圍,企業(yè)內(nèi)外互聯(lián)互通、協(xié)同生產(chǎn),用戶與企業(yè)的關(guān)系更加緊密。
(2)互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)據(jù)流動(dòng),重構(gòu)企業(yè)生產(chǎn)管理新模式
隨著用工成本快速升高、市場(chǎng)需求頻繁變化、競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步激烈以及數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等新技術(shù)的快速普及,為適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展,滿足個(gè)性化、社會(huì)化、敏捷化的智能制造模式的需要,將來(lái)的工廠一定會(huì)改變當(dāng)前“麻雀雖小,五臟俱全”的局面,一定會(huì)向充分利用社會(huì)資源方面發(fā)展,包括訂單、人員、物料、設(shè)備的共享,也一定會(huì)淡化工廠之間的邊界,甚至推倒橫亙?cè)诠S與社會(huì)之間的圍墻,打破封閉、獨(dú)立的生產(chǎn)模式,構(gòu)建成開(kāi)放的、服務(wù)型的平臺(tái),數(shù)據(jù)將在工廠內(nèi)外、人機(jī)物之間、信息系統(tǒng)與機(jī)器之間通暢地流動(dòng),工廠不只是生產(chǎn)產(chǎn)品,更是生產(chǎn)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)將成為企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力,工廠將不再是今天的工廠。
在這方面,青島海爾模具公司走在了行業(yè)的前面。為解決企業(yè)接單能力與企業(yè)人員成本這對(duì)矛盾,該公司于2013年開(kāi)始著手打造“模具云設(shè)計(jì)平臺(tái)”,以期達(dá)到充分利用社會(huì)資源,改變以前工作全部由企業(yè)員工完成的封閉局面?,F(xiàn)在,在這個(gè)平臺(tái)上,活躍著數(shù)百位經(jīng)過(guò)技能認(rèn)證、信用審核通過(guò)的企業(yè)外部工程師,企業(yè)將工作分解后在平臺(tái)上發(fā)布,這些被稱(chēng)為“云端資源”的工程師會(huì)根據(jù)技術(shù)要求、價(jià)格、工期等信息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接單,任務(wù)交付并驗(yàn)收通過(guò)后,通過(guò)在線實(shí)時(shí)支付薪酬,整個(gè)工作全部通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)接、協(xié)作。這樣,通過(guò)“眾包”這種社會(huì)化協(xié)作模式,社會(huì)上各種技能的技術(shù)人員,包括國(guó)企、外企、民營(yíng)企業(yè)以及學(xué)校中有初級(jí)技能的學(xué)生,均可利用自己的時(shí)間資源和智力資源,承接與自己技能匹配的工作,獲取相應(yīng)的報(bào)酬,實(shí)現(xiàn)自身“剩余智慧”的價(jià)值。對(duì)企業(yè)而言,通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)+的思想,在不增加員編制的情況下,可以將企業(yè)人力資源迅速提升數(shù)倍乃至數(shù)十倍,企業(yè)在效率提升、成本降低以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、抗風(fēng)險(xiǎn)能力等方面,都有了質(zhì)的提升。
這種“云設(shè)計(jì)平臺(tái)”是一個(gè)典型的以工廠為中心,眾多“云端資源”配合的社會(huì)化協(xié)作模式。將來(lái)的工廠為解決供需信息不透明、不匹配的矛盾,避免工廠產(chǎn)能過(guò)?;蛴唵握也坏胶线m工廠的情況發(fā)生,必然要打破自身組織的“圍墻”,將自己的訂單、設(shè)備、物料、人員等信息通過(guò)社會(huì)化的平臺(tái)進(jìn)行分享,實(shí)現(xiàn)企業(yè)—企業(yè)、企業(yè)—個(gè)人等多組織形態(tài)的社會(huì)化協(xié)作,構(gòu)建“網(wǎng)狀”的社會(huì)化制造生態(tài)圈。
如同青島海爾模具公司探索的這種商業(yè)模式,未來(lái),企業(yè)將不再是一個(gè)相對(duì)封閉的組織,而是一個(gè)可充分利用社會(huì)資源的、社會(huì)化的、具有高度智能調(diào)度和超級(jí)加工能力的組織。該組織不屬于任何企業(yè),可以隨時(shí)隨地把他們的加工能力分享出去,承接世界上任何人、任何組織的訂單。
 
5、智能工廠,數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)無(wú)極限
未來(lái)的工廠,一切以客戶價(jià)值為導(dǎo)向,承載知識(shí)的數(shù)據(jù)沿著產(chǎn)品價(jià)值方向而自由流動(dòng),從市場(chǎng)需求、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)執(zhí)行、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)到售后服務(wù),數(shù)據(jù)在收集、分析、決策、執(zhí)行中增值,虛實(shí)精準(zhǔn)映射,數(shù)字虛體世界指導(dǎo)、控制著物理實(shí)體世界的生產(chǎn),解決了物理實(shí)體世界中的不確定性、多樣性和復(fù)雜性等問(wèn)題,確保正確的數(shù)據(jù)在正確的時(shí)間發(fā)送給正確的人和機(jī)器,并進(jìn)行正確的執(zhí)行。同時(shí),物理實(shí)體世界又通過(guò)反饋優(yōu)化著數(shù)字虛體世界。虛實(shí)兩世界相互融合,共軛發(fā)展,共同實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。
 
6、結(jié)束語(yǔ)
將數(shù)字化設(shè)備、產(chǎn)品聯(lián)入網(wǎng)絡(luò),聯(lián)接一切可以聯(lián)接的數(shù)字化事物。實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化之間、設(shè)備之間、信息化系統(tǒng)與設(shè)備之間以及企業(yè)內(nèi)外之間的信息化集成與聯(lián)接,賽博空間、物理實(shí)體通過(guò)數(shù)據(jù)流動(dòng)而深度融合,并相互促進(jìn)。
虛虛聯(lián)接、實(shí)實(shí)聯(lián)接、虛實(shí)聯(lián)接、內(nèi)外聯(lián)接,網(wǎng)聯(lián)一切可以聯(lián)接的數(shù)字化事物。聯(lián)接產(chǎn)生價(jià)值,聯(lián)接產(chǎn)生新的商業(yè)模式。
未來(lái)的企業(yè)是價(jià)值驅(qū)動(dòng)的企業(yè),是數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的企業(yè),而數(shù)據(jù)自由有序的流動(dòng)是智能工廠的前提與基礎(chǔ)。

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工業(yè)4.0自動(dòng)化
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