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工业进化蓝图的4.0版本
2014-09-17 17:18:22  作者:丁海骜  来源:《CAD/CAM与制造业信息化》杂志
  •   以蒸汽机为标志的机械化生产代替手工劳动;电力驱动的大规模生产;以及电子工程和信息技术带来的高度自动化工业过程……科学和技术在工业化社会形成以后,成为人类进步的主要推动力,并带领人类越来越快地前行 ...

  以蒸汽机为标志的机械化生产代替手工劳动;电力驱动的大规模生产;以及电子工程和信息技术带来的高度自动化工业过程……科学和技术在工业化社会形成以后,成为人类进步的主要推动力,并带领人类越来越快地前行。人类进步的脚步因为对技术本身和应用方法的探究,而变得愈加轻快:从蹒跚到矫健,甚至开始奔跑前进。

  近年来,随着网络技术成为最为活跃的科技进步因子,如何借助其继续拉动工业进步,成为整个工业界普遍思考的问题:构架一个属于未来的工业进化蓝图,让当今的科技成果能够最大程度地成为工业进步的推动力,以进一步拉动人类社会的前行。

  西门子告诉我们:工业4.0时代已经来临。由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助,在德国工程院、弗劳恩霍夫协会和西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成的“工业4.0”研究项目就是一个具有前瞻性的工业进化蓝图。

  “大数据、云计算以及物联网这些技术都会用到第四次工业革命当中,但是第四次工业革命的范围又超过了这些技术本身。最终我们会看到制造业的未来有更多长足的进展,可能在接下来的十到二十年当中进一步推动工业4.0愿景的实现。”西门子股份公司管理委员会成员、工业业务领域首席执行官鲁思沃教授在2014年7月10日在北京举办的“西门子工业论坛”上谈到,网络化的生产和数字化的制造正在成为决定成败的关键,对于离散工业和过程工业而言都是如此,所以把现实的制造和虚拟的呈现完美地结合在一起是必然的趋势。

  “现实与虚拟生产相融合得益于创新的软件和强大的硬件。产品生命周期软件可以优化整个产品的生命周期,从最初的产品设计、生产规划,一直到生产实施,并最终服务于用户。”鲁思沃如是说。

  很显然,所谓的工业4.0正逐渐从空中楼阁变成一种可以逐渐着陆的向导图:基于以往工业积累的经验和知识,以及对信息化系统的成功应用规律,以智能制造为主导,通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统,将制造业向智能化转型,将建立起一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。短期看来,这种模式将提供包括智能工厂和智能生产等更具活力的工业发展方向。

  提问:工业4.0是工业发展的蓝图,那么对现实的工业企业有怎样的价值?是否意味着技术和生产过程的全面转变和升级?

  鲁思沃:现在的工业企业不仅要强调员工的生产效率,整个企业在资源和能源利用上也要更加高效。我们今天不仅要提高生产速度,还要缩短产品从创意产生到上市的时间,并满足客户更加复杂的需求。这些挑战使得制造业面临着前所未有的快速变化,在这新的世界当中,过去的方法或秘诀已经不再能够带来持久的竞争优势了。“工业4.0”不仅仅意味着技术的转变、生产过程的转变,同时也意味着整个管理和组织结构的调整。我们必须放弃孤岛式的想法,要为变革做好准备。我们认为任何一个公司或者国家单打独斗都不可能改变全球的制造企业,这就需要我们大家进行协作,各个企业、学科和行业都要来进行合作。

  提问:在西门子看来,工业4.0有哪些特征?

  鲁思沃:在西门子看来,工业4.0有三个要素:首先是跨企业的生产网络融合。MES将会起更加重要的作用,自动化层和MES之间的对接会变得更加重要,且更加的无缝化,还能跨企业来实现柔性的生产。所有的信息都要实时可用,供生产网络化环节使用。第二是虚拟与现实的结合,也就是产品设计以及工程当中的数字化世界和现实世界的融合,这就使我们能够满足生产效率越来越高、产品上市周期越来越短、产品日趋多样性等带来的挑战;第三是信息物理融合系统(CPS)。未来的智能工厂中,产品信息都被输入到产品零部件本身,他们会根据自身生产需求,直接与生产系统和设备沟通,发出接下来所需生产过程的指令,指挥设备把自己生产出来。这种自主生产模式能够满足每位用户的“定制”需求。

  提问:无论是生产网络的融合,还是虚拟和现实的融合,以及信息物理融合系统,工业4.0显然具有更高的自动化程度和柔性,但这只限于改变企业内部的生产和管理模式,对于整个工业界来讲,工业4.0对于优化上下游企业的合作有怎样的价值?

  鲁思沃:我们将基于强大的制造运行管理系统(MOM)来实现灵活的价值链管理。客户可以通过电子数据互换(EDI)的方式来管理供应商,在库存达到限值时,ERP系统会通知供应商补货,这其中没有任何人为的干预。产品数字化不仅局限于商品本身,商品中非常复杂的部件也可以实现数字化。ERP系统可以由此计算出所有的成本,根据当下机器运转的情况去确定最大供货量和最优价格。ERP系统能做出决策的建议,让客户实现与供应商之间的最佳交流。这是工业4.0从愿景到现实的第一步。

  提问:工业4.0时代,人的价值该如何体现?

  王海滨(西门子中国有限公司高级副总裁、工业自动化集团兼客户服务集团总经理):在工业4.0时代,制造企业的生产效率和自动化水平都将被提升到一个全新的高度。有人担心,到了那时,是不是这个世界就完全会由计算机和机器来控制?而人类会因此成为被控制的对象?其实,并不是这样的。未来的工厂并不会是“无人工厂”,人将会担当更有挑战性的角色,创新、规划、监督和协调机器的运作。只有这样,机器才会按照人的想法进行运转,制造才会更快、更加高效,才能使用到更好的资源,这是制造系统应该去遵循的原则。

 

  提问:西门子在中国工业4.0上会有怎样的构想?

  王海滨:在中国,我们有发展阶段不同的各类客户和合作伙伴,他们对自动化的应用处于不同水平阶段,因此他们的需求彼此之间差异也非常大。也就是说,从工业3.0到3.X,以及到4.0的过程当中,中国处在各个阶段的客户都有。我们的做法是全力满足处在不同阶段的客户的需求,不管他们来自于哪个行业。比方说,我们会为一些客户提供非常简单、易用的自动化解决方案,帮助他们尽可能减少工作当中人工的部分,提高自动化的水平;而对于自动化程度高、已经达到工业3.X甚至更高水平的客户,我们会提供解决方案帮助他们更加紧密地把虚拟世界和现实世界结合在一起。

  记者后记

  工业4.0,不是一个新话题。2013年12月,笔者就曾经应邀参观西门子工业自动化产品成都生产研发基地——这是西门子在德国之外的首家数字化企业,是西门子在中国创建的一个工业3.X企业的范本。而且鲁思沃教授在2013年也曾经多次到中国工程院等众多中国科研机构进行过讲解。应该说,工业4.0本身就是工业界对于自身未来发展的一种规划。事实上,近期业内对于未来工业的走向有非常多的研究,但是“工业4.0”的研究最贴近工业发展的规律。我想这不仅是因为德国作为工业革命的发源地,具有极强的工业情怀,同时,另一方面,西门子作为百年工业企业,自然对工业的发展规律有非常深切的体验,因此具有相当的发言权。从笔者的角度讲,推广“工业4.0”的概念,并非是要求所有的中国工业企业都要迅速上马,土法炼钢,而是要有明确的发展轨迹,以免在未来的进阶当中,迷失前进的方向。



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