什么是工业4.0 时代背景下工厂升级趋势?

导读:工业4.0的关键自然是智能工厂。当然,这当中的难点非常之多,需要大量的跨专业的技术整合。将来的人才也需要更高的要求。

全文较长,建议阅读时间4分钟。 往期回顾:不会改造房屋?试试智能家居

 2013年,专精先进制造业的德国,率先提出了“工业4.0”计划。而制造业规模上已经成为世界第一的中国也不甘人后,在2015年提出了“中国制造2025”。

  一时间,风起云涌,沸沸扬扬,整个工业界乃至经济界,直到普通媒体,都在热议这两个名词。

中国制造2025与工业4.0的异同

  但这些计划究竟说的是什么?要干什么?是踏踏实实的目标任务,还是纯粹炒概念的夸夸其谈?却很少有人专注的了解过。

  简单地说,德国“工业4.0”的目标很明确,就是智能制造,包括智能工厂、智能生产、智能物流等环节。

  德国提出这一愿景,最主要是为了实现工厂大规模的个性化定制,形成具有精益制造、高科技、模块化的智能工厂,并将成本控制在消费者可以接受的范围内,同时提高质量水平、节约人工成本。

 但这样的命名模式响亮而引人注目,是二战后德国向全球最成功的一次概念输出。

  “中国制造2025”的目标涵盖了“工业4.0”,但涉及的内容更加繁多。

  中国制造和德国制造的起跑线是不一样的。德国制造业是世界上投入最大、最专注、最精尖,最具竞争力的,在全球制造装备领域占据领头羊地位,拥有良好的技术基础。

  而中国制造业与发达国家相比还存在相当的差距,在多个领域都需要提升。

  因此,提出了推动重点领域突破发展、强化工业基础能力、提高创新能力、加强质量品牌建设、提高国际化发展水平等附加任务,例如要解决基础零部件、工艺、材料等核心技术落后问题,重点推进各项重大高端装备领域等等。

  但在这些“补课”“追赶”“提升”的额外任务清单之外,最具新意、最受关注的,依然是与德国“工业4.0”相同的目标任务——智能制造。这是各大国抢占新一轮发展的制高点。

共同的核心目标——智能工厂

  可见,扒去那些看似遥远模糊而高深莫测的概念,“中国制造2025”与“工业4.0”的主攻方向都是相同的——推进制造过程智能化,这既是战略计划,也是行动纲领。

  智能制造的基本依托,在于信息化与工业化的深度融合,既物联网的全面应用。

  物联网是互联网和传统工业行业融合的集中体现,也是智能制造的基础性设施。高级的物联网技术,将打通所有生产环节的数据壁垒,无线掌控一切。

  这需要在更大的范围、更细的行业、更广的领域、更高的层次、更深的应用、更多的智能方面实现深度交融。

  有了物联网做基础,还需要打造出一个个的实施节点。

  这需要紧密围绕重点制造领域关键环节,深入研究制造工艺的仿真优化、数字化控制、状态信息实时监测和自适应控制,组织研发新型传感器、智能测量、工业伺服系统等智能控制核心装置,加快推动工业机器人、人机智能交互、智能物流管理等技术装备的工程应用。

  需要着力发展出融合新一代信息技术与制造技术的智能制造装备产品,统筹布局智能交通工具、智能工程机械、服务机器人、可穿戴设备等装备研发和产业化。

  最终,集成创新出具有深度感知、智慧决策、自动执行功能的高档数控机床、工业机器人、增材制造装备等智能制造装备以及智能化生产线。

  而整个智能制造体系的综合呈现,就是智能工厂/数字化车间。

  它是通过信息系统来控制产品的生产,实现精准制造、敏捷制造能力,增加生产的灵活性,提升生产效率和精度,同时大幅度降低成本。

  最终实现真正的柔性制造、无人工厂、远程协同生产。

  就此,“中国制造2025”提出了一个宏伟的愿景:到2025年,制造业重点领域全面实现智能化,试点示范项目运营成本降低50%,产品生产周期缩短50%,不良品率降低50%。

  智能工厂不仅是制造,还在于连接

  要想实现成本降低50%、生产周期缩短50%这种看起来不可能的目标,单一提升制造节点本身是不可能实现的。

智能工厂核心在于连接

因为智能工厂的核心要义除了先进,还在于连接。

  智能工厂意味着人类、机器和资源能够实现互相通信,生产设备不再是过去单一而独立的个体,信息在不同的设备之间“流动”,实现机器对话机器,机器对话生产部件,就像社交网络中一样自然。

  在现代工业生产链条中,一个产品的部件在多个供应商的多个不同工厂生产,然后在一个工厂组装。在物联网的支撑下,我们可以随时知道每一个零部件在供给链中所处的状态。

  而智能设备“知道”它们如何被制造出来的细节,也知道它们的用途。智能集成感控系统按照实现设定的程序自己完成生产全部过程,减少人在生产中的参与,以此提升产品质量,解放人力。

  在首家应用了智能化生产线布局的海尔沈阳冰箱工厂,实现了线体长度缩小一半、配送距离缩短一半,单线产能提升一倍、单位面积产出提升一倍,平均每10秒钟就能诞生一台冰箱,创下了冰箱生产的吉尼斯纪录。

  而海尔在青岛黄岛最新投产的中央空调智能工厂,经过布局优化调整,以总共不到300米见方的用地面积,实现了平均日生产大型中央空调主机50台,分机1000台的生产能力,同时能实现10大类、近百种中央空调产品的全柔性无缝切换生产,堪称装备工业生产的奇迹。

  同时生产线上有多达万余个传感器,这些传感器可实现产品、设备、用户之间的相互对话与沟通。

  通过物品全面数字化的管理来安排生产,智能制造不仅通过信息技术将机器与机器连接起来,还要将客户与产品直接连接起来。其技术基础是物联-信息网,物联设备、以及工业信息安全产品。

  新一代信息技术与制造业深度融合,创造出智能化的生产过程,使得终端用户的按需定制成为可能,个性化的定制将打通整个商业流程。

  彻底打通企业从上到下的生产管理信息流,这比早期的数字化工厂、柔性智能自动化工厂,又是一个大台阶的飞跃。

  工业4.0时代直接将人、设备与产品实时联通,工厂接受消费者的订单直接备料生产,省却了销售和流通环节,因此能够实现整体成本(包括人工成本、物料成本、管理成本)降低50%、生产周期缩短50%的目标。

综合的提升与附加的好处——绿色制造

  同时,它还能加快产品全生命周期管理、客户关系管理、供应链管理系统、智能检测监管体系的推广应用,促进集团管控、设计与制造、产供销一体、业务和财务衔接等关键环节集成,集成客户以及商业伙伴,全面提升企业研发、生产、管理和服务水平。

  最终,我们能将所有工业相关的技术、销售与产品体验统合起来,建构出一个有感知意识的新型智能工业世界。

  这个体系打破了工厂和消费者之间的围墙,发展一套制造-交易-研发三位一体的智能平台,能够支持大规模个性化定制的智能制造系统,满足消费者的个性化需求,同时推动产品制造技术的升级,实现精益制造能力。

  工业4.0时代的智能工厂,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。

  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。

  如采用能源管理系统,实现全厂能源动力数据的集中处理,显示及报表打印,并实现通讯、控制、报警等基础功能,以及用能实绩分析、动态跟踪,用能预测和计划等高级应用功能。

  进一步,更可利用智能物联网预测部分状况,例如天气预测、公共交通、市场调查数据等等,通过先进分析,及时精准生产或调度现有资源、减少多余成本与浪费等等(供应端优化),创建具有适应性、资源效率的智能工厂。

  以上这样的架构虽然还在摸索,但如果得以从操作智能、运营智能和商业智能三个层次,把设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户等紧密地连接在一起,最终能进一步通过分析各种大数据,打通供应链到市场端,直接生成满足客户的相关解决方案产品(需求定制化),创造出全新的信息-物理融合生产方式乃至商业模式、产业形态。

  这将意味着,工业4.0将是一件非常激动人心的实体经济形态大变革。

德、美、中三国制造政策

方兴未艾的未来

  工业4.0的关键自然是智能工厂。当然,这当中的难点非常之多,需要大量的跨专业的技术整合。将来的人才也需要更高的要求。

  在最早的发起者德国,联邦教育及研究部和联邦经济及科技部预计将投资达2亿欧元,用来提升制造业智能化。德国机械及制造商协会、德国电气电子及信息技术协会设立了“工业4.0平台”,发布了标准化路线图。博世、西门子等著名大企业积极投入其中。

  在美国,以智能制造/工业互联网为代表领导联盟的组织,也发起积极推进智能化制造业的未来。它由美国能源部牵头IBM、GE等大公司、大学、政府机构和实验室所组成。目标是促进智能化先进制造,带来制造业向美国回归。

  而在中国,对于许多刚完成了自动化的制造业企业而言,智能制造似乎还只是一个遥远的愿景。但需要指出的是,已有部分自动化程度较高的工程以及标杆性的海尔互联网工厂崭露头角。

  对实现“中国制造2025”的目标来说,这将是一个很好的开始。

原文发布于微信公众号 - 钱塘大数据(qtbigdata)

原文发表时间:2016-10-27

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