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0发展主要体现的几个方面,知识分享

工业4.0将使得制造企业实现迅捷、准时、无故障的智能化生产,随时跟上高度动态的市场风向。德国提出的“工业4.0”战略,以推动制造业智能化转型为宗旨。工业4.0发展主要体现为以下几个方面。其一,全方位互联。西门子、博世与蒂森克虏伯三大企业的研究人员表示,工业4.0的核心是万物互联。无论是机器设备、生产线、产品,还是工厂、供应商、用户,都将被一个庞大的智能网络连接成一体。这个智能网络由五个部分组成:无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施、CPS。在智能网络的覆盖下,不同的产品与生产设备,甚至是整个“数字世界”与“物理世界”都能互联成一体。人与机器都可以通过智能网络来保持数字信息的持续交流。

工业4.0”是德国十大未来项目之一,由德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念。该项目旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂,在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴资源。其技术基础是网络实体系统及物联网。

一、“工业4. 0”是互联

其二,全方位集成。“工业4.0”是信息化产业与工业化产业融会贯通的产物。“集成”也因此成为德国“工业4.0”战略的关键词。前述的由CPS控制的智能网络,可以实现人与人、人与机器、机器与机器、服务与服务四个层次的全方位互联。如此一来,整个工业生产就完成了纵向、横向、端对端三个层次的高度集成。纵向集成主要指企业内部物流、信息流、资金流、各个部门、各个生产环节、产品生命全周期的集成。企业内部所有因素的无缝连接,是一切智能化转型的基础。横向集成主要指不同的企业借助工业4.0这一价值链及物联网所完成的全方位资源整合。通俗地说,就是企业与其他企业能够做到全方位无缝合作。例如,实时提供各种产品与服务,联合进行研产供销,从产品研发、生产制造到经营管理,整个流程都实现综合集成。总之,各个企业在工业4.0时代需要信息共享与业务协同。从某种意义上说,“端到端的集成”是德国专家率先提出的一个新概念。但是社会各界对这个概念的理解有差异。所谓“端到端”,指的是产业链各环节价值体系的重构。“端到端的集成”是围绕产品全生命周期的价值链而展开的。通过工业4.0整合价值链上各个不同企业的资源,如创造集成供应商、制造商、分销商,并让各自的客户信息流、物流和资金流在价值链中集成为一体。

工业4.0)描绘了制造业的未来愿景,提出继蒸汽机的应用、规模化生产和电子信息技术等三次工业革命后,人类将迎来以信息物理融合系统(CPS)为基础,以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。

工业4. 0的核心是连接,要把设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户紧密地连接在一起。“工业4. 0”适应了万物互联的发展趋势,将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过信息物理系统(CPS)形成一个智能网络,使得产品与生产设备之间、不同的生产设备之间以及数字世界和物理世界之间能够互联,使得机器、工作部件、系统以及人类能通过网络持续地保持数字信息的交流。

其三,精准的实时大数据分析。德国不同行业对工业4.0的理解各异。比如,有的人认为工业4.0时代的核心是数据。提出这个观点的是德国机械设备制造业协会与全球第二大云公司——德国SAP公司的专家。在SAP高级副总裁柯曼看来,企业对实时大数据的精准好比汽车的前挡风玻璃。在第四次工业革命中,呈爆炸式增长的数据对于整个工业体系的价值远远超过之前三个时代的传统工业生产体系。CPS的推广与各种智能终端、智能传感器的普及,会源源不断地产生数据。这些渗透到整个产业链与产品全生命周期的海量数据,正是第四次工业革命的基石。其四,层出不穷的创新。从本质上说,第四次工业革命的转型过程,正是制造业全面创新升级的发展过程。制造工艺、产品研发、商业模式、产业形态、组织形式等领域的创新,将会变得层出不穷。

用通俗易懂的语言描述,工业4.0就是将分散在不同公司的人、物、系统连接起来。第四次工业革命(工业4.0)就是将网络技术融于工业生产全生命周期。准确地说就是:从售前服务、到采购、到生产、到销售、到售后服务全部在网络上实现。工业4.0充分利用物联网技术和信息技术成果,推动工业实现跨越式发展。

——生产设备之间的互联

其五,全方位、全纵深的转型。德国几个行业协会与西门子、博世、蒂森克虏伯等知名企业,在学术探讨中指出,推动制造业服务化转型是第四次工业革命的核心理念。随着工业4.0时代的到来,物联网与服务网络将全面渗透到工业体系的各个角落,将传统的生存方式转变为具有个性化、智能化色彩的产品及服务的生产模式。传统的大规模定制将让位于多元化的个性化定制。企业此前采用的是生产型制造模式,但在工业4.0时代将逐渐转型为服务型制造模式。而依赖廉价劳动力与资金投入的传统要素驱动模式,将被创新驱动的发展模式所取代。云计算、物联网等新信息技术,为传统的制造业带来崭新的产业链协同开放创新模式,以及用户参与式创新。整个社会的创新激情,将被工业4.0彻底激活。

工业4.0特点

工业4. 0的核心是单机智能设备的互联,不同类型和功能的智能单机设备的互联组成智能生产线,不同的智能生产线间的互联组成智能车间,智能车间的互联组成智能工厂,不同地域、行业、企业的智能工厂的互联组成一个制造能力无所不在的智能制造系统,这些单机智能设备、智能生产线、智能车间及智能工厂可以自由、动态地组合,以满足不断变化的制造需求,这是工业4. 0区别于工业3. 0的重要特征。

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工业4.0的特点可以概括为五点:互联、数据、集成、创新、转型。

——设备和产品的互联

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互联:互联工业4.0的核心是连接,要把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地联系在一起。因此工业4.0的首要特点是互联,而当今互联网十分发达,为工业4.0的来临打下了坚实的技术基础。

工业4. 0意味着智能工厂能够自行运转,零件与机器可以进行交流。由于产品和生产设备之间能够通信,使得产品能理解制造的细节以及自己将被如何使用。同时,它们能协助生产过程,回答诸如“我是什么时候被制造的”“哪组参数应该被用来处理我”“我应该被传送到哪”等问题。

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数据:工业4.0连接产品数据、设备数据、研发数据、工业链数据、运营数据、管理数据、销售数据、消费者数据等。

——虚拟和现实的互联

集成:工业4.0将无处不在的传感器、嵌入式中端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络。通过这个智能网络,使人与人、人与机器、机器与机器、以及服务与服务之间,能够形成一个互联,从而实现横向、纵向和端到端的高度集成。

信息物理系统(CPS)是“工业4. 0”的核心,它通过将物理设备连接到互联网上,让物理设备具有计算、通信、控制、远程协调和自治五大功能,从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合。信息物理系统(CPS)可以将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起,从而创造物联网及相关服务,并将生产工厂转变为一个智能环境,是实现设备、产品、人协调互动的基础。智能制造的核心在于实现机器智能和人类智能协同,实现生产过程的自感知、自适应、自诊断、自决策、自修复。

创新:工业4.0的实施过程是制造业创新发展的过程,制造技术、产品、模式、业态、组织等方面的创新,将会层出不穷,从技术创新到产品创新,到模式创新,再到液态创新,最后到组织创新。

——万物互联

转型:对于中国的传统制造业而言,转型实际上是从传统的工厂,从2.0、3.0的工厂转型到4.0的工厂,整个生产形态上,从大规模生产,转向个性化定制。实际上整个生产的过程更加柔性化、个性化、定制化。这是工业4.0一个非常重要的特征。

信息技术发展的终极目标是实现无所不在的连接,所有产品都将成为一个网络终端。万物互联就是人、物、数据和程序通过互联网连接在一起,实现人类社会所有人和人、人和物以及物和物之间的互联,重构整个社会的生产工具、生产方式和生活场景。人们能够以多种方式连接到互联网,基于感知、传输、处理的各类人造物将成为网络的终端,人、物、数据在网络环境下进行流程再造,基于物理世界感知和人群交互的在线化、实时化的数据与智能处理改变着我们对外部世界的响应模式。

工业4.0技术支柱

二、“工业4. 0”是集成

包括工业物联网、云计算、工业大数据、工业机器人、3D打印、知识工作自动化、工业网络安全、虚拟现实和人工智能。

“工业4. 0”将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络,使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够互联,从而实现横向、纵向和端到端的高度集成。

工业4.0主题

——横向集成

“工业4.0”项目主要分为两大主题:

横向集成是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合,为实现各企业间的无缝合作提供实时产品与服务,推动企业间研产供销、经营管理与生产控制、业务与财务全流程的无缝衔接和综合集成,实现产品开发、生产制造、经营管理等在不同的企业间的信息共享和业务协同。

一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;

——纵向集成

二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。

就是企业内部信息流、资金流和物流的集成,是在哪一个层次、哪一个环节、哪一个水平上,是生产环节上的集成(如研发设计内部信息集成),还是跨环节的集成(如研发设计与制造环节的集成),或是产品生命周期的集成(如产品研发、设计、计划、工艺到生产、服务的全生命周期的信息集成)。工业4. 0所要追求的就是在企业内部实现所有环节信息的无缝链接,这是所有智能化的基础。

2014年11月李克强总理访问德国期间,中德双方发表了《中德合作行动纲要:共塑创新》,宣布两国将开展工业4.0合作,该领域的合作有望成为中德未来产业合作的新方向。而借鉴德国工业4.0计划,是“中国制造2025”的既定方略。

——端到端集成

所谓端到端,就是围绕产品全生命周期的价值链创造,通过价值链上不同企业资源的整合,实现从产品设计、生产制造、物流配送到使用维护的产品全生命周期的管理和服务,它以产品价值链创造集成供应商(一级、二级、三级等等)、制造商(研发、设计、加工、配送)、分销商(一级、二级、三级等等)以及客户信息流、物流和资金流,在为客户提供更有价值的产品和服务的同时,重构产业链各环节的价值体系。

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