从概念迈向应用,从曲高和寡到广受追捧,诞生于德国的工业4.0已进入第7个发展年头。
作为一项“未来工程”,工业4.0代表着第四次工业革命的德国路线,其核心是将生产制造与最先进的信息通信技术结合起来,源动力来自经济 会数字化的快速发展。
前三次工业革命均以一项决定性的技术发明为标志,比如蒸汽机、电力等。新一轮工业革命则非单一技术引领,而是不同技术和要素的融合,是各种“加法”和“排列组合”,技术基础包括自动化、物联 、大数据、云计算、人工智能等。
德国联邦教研部长万卡说,工业4.0在德国已不再停留在实验室,而是真正走进工业生产,从概念走向实践。
独一无二的个性标识
2016年和2017年,汉诺威大学连续两年在汉诺威工博会上展示了一条智能化的圆珠笔生产线,借以让参观者亲身体验工业4.0环境,突出表现个性化定制。
一支个性化圆珠笔诞生记,是有关整个工业4.0的“微小说”。
“数据黄金”是王道
由一条智能生产线拓展到一个智慧工厂,德国一些大企业已经拿出了解决方案。例如,位于德国洪堡的博世工厂能够在一条生产线上利用2000个不同的零件生产出200种不同的液压模块。同时,利用无线射频识别(RFID)技术,博世洪堡工厂的内部物流效率提高10%,生产积压减少近三分之一。
分析称,因为各种要素的融合,工业4.0的外延极广,不局限于一条生产线、一座车间或一家企业。按照德国工业4.0促进机构“工业4.0平台”的说法,工业4.0会持续改变德国工业未来生产及加工的方法,孕育出涵盖产品整个生命周期的智能价值链,灵活的个性化生产将成为新标准,资源消耗降低,生产的经济效益显著提升。
值得一提的是,工业4.0不仅关于制造,也关于服务。业界认为,制造与服务的融合是新一轮工业革命的突出特征。在第四次工业革命中,服务扮演着比前三次工业革命更重要的角色。西门子、博世、思爱普等工业4.0领军企业均在服务领域加大投入,创新商业模式。其中,前瞻性维修是工业4.0环境下的一种全新的维修服务理念,相关应用已经铺开。
“前瞻性维修”的基本原理是通过物联 ,实时监测、收集、分析、处理目标设备状态,提前做出故障判断并给出维修建议,避免设备意外停工,提高设备运作可靠性,降低维修成本。
洛伊克特说,思爱普为意大利铁路公司超过2000台机车和列车车厢安装了600万至700万个传感器,这些传感器不间断地收集、传输列车各部分的数据,不仅包括机车动力数据,还有空调等设备数据。例如,在空调可能出现故障前一至二周,系统就会做出提示并提供解决方案,工作人员能够做到未雨绸缪。“不仅能更好地服务乘客,还能节约维修成本8%至10%。”
在西门子公司看来,自动化生产流程出现故障时必须快速排除,因为时间就是金钱。尤其对那些依赖高效率生产和快速转运、面临全球竞争压力的企业,生产线停滞会造成难以承受的损失。因此,“前瞻性维修”是一块成长中的服务市场。
例如,一家电力供应商从西门子购买一款燃气涡轮机的同时,可以签署一份个性化定制的服务合同。基于此,西门子会提供日常监测、维修等服务,并快速排除紧急故障,保证客户企业全速运转。
事实上,工业4.0环境下工业服务水平的提高很大程度有赖于智能产品的应用。装配有智能计算机、传感器以及复杂系统的产品,比如燃气涡轮,会持续不断地产生反映其实时状态的数据,因此能够被全天候监测。与此同时,基于大数据分析提供的宝贵经验信息,供应商能够对零部件的寿命做出精确预测。这些数据也是提供高附加值服务的基础。
西门子认为,数据的收集和分析是关键,是提供个性化服务的基础。“大数据分析”或“数据黄金”的趋势已经在许多领域出现。
演进中的工业4.0
根据德国信息技术、电信和新媒体协会的数据,工业4.0相关产值增长迅速,2018年预计达70亿欧元。相关产业中,机器设备制造业是领头羊,今年产值预计增长23%,达15亿欧元。
与产值的快速增长同步,企业开发的工业4.0的应用数量也在快速增加。不过,仅从汉诺威工博会看,各企业开发的新应用理念与形式趋同,今年展示的应用与一年前区别不明显,反映出工业4.0渐进式演化的趋势。
1. 同种应用改良细节
一些企业在今年工博会上展示的产品或应用似曾相识,例如ABB集团展示的双臂工业机器人YuMi,去年展会已经亮相。然而,细节上的改进使得新一代产品更高效。
ABB集团首席数字官朱雷特说,相比去年,定位高精确度制造的YuMi变得更加灵活,已经具备一定的自我学习能力。更好的摄像头、更多的传感器和输入装置让YuMi今后有可能听到环境中的声音和信 并作出反应。
2. 同类应用举一反三
今年的工博会上,企业开发出的前瞻性维修解决方案越开越多,实际应用的领域越来越广。例如,美国通用电气(GE)基于其研制生产航空发动机的长期经验,将前瞻性维修解决方案应用于航空发动机,旨在提高发动机的运行可靠性,保障航空安全。
此外,GE还首次展出了应用于输油管道等密闭容器的前瞻性维修解决方案,利用传感器和机器人进行监测和维修,大大降低了维修准备周期,避免了人工作业的危险性。
与“前瞻性维修”类似,根据客户需求进行“个性化生产”也是较普遍的应用类别。一些企业展示了模拟数字工厂生产线,从订单个性化配置到订单跟踪、生产监控等,多采取类似的技术手段,只是生产的产品类别不同。
3. 中小企业崭露头角
据“工业4.0平台”的不完全统计,目前德国共有近300家制造业企业生产或使用工业4.0应用。西门子、博世、思爱普等大型企业引领着工业4.0的方向。相比之下,受自身能力所限,加上担心风险,中小企业参与工业4.0的热情不高。
不过,相比去年,今年工博会上可以看到一些德国中小企业正在参与工业4.0进程,尽管往往只是提供局部的产品或技术,比如应用于物联 及VR技术的软件。
4. 大企业拓展生态系统
从软件到硬件,从生产到服务,实力较强的大企业在开发工业4.0应用的同时,不断拓展自身的生态系统,培育更加自主、全面提供完整解决方案的能力,以求在工业4.0带来的产业链重塑中抢占更多先机。
库卡公司在今年工博会上展示了自主开发的KUKA Connect工业云平台,用户可在任何时间、任何地点查看和分析工业机器人的运行状态。KUKA Connect同时提供第三方合作伙伴的工业APP,创造围绕KUKA机器人的工业生态。
库卡公司监事会主席顾炎民把“智慧工厂”描述为对库卡工业机器人、云端系统和制造业物流等业务的整合,称它是“一个完整的工业4.0解决方案”。
同时,库卡还与一批咨询公司携手,为客户提供关于“智慧工厂”大规模定制化生产的咨询服务,将方案提供延伸到了生产前期。
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