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工业4.0给制造业带来巨大的颠覆

发表于:2019-06-08 11:26 作者:新闻小编 来源:新闻小编

  互联网+制造就是工业4.0。工业4.0是德国推出的概念,美国叫工业互联网,我国叫中国制造2025,这三者本质内容是一致的,都指向一个核心,就是智能制造。

  2015年中国有几个概念非常火,第一是大众创业、万众创新,第二就是工业4.0,第三个就是互联网+。

  互联网+是巨大无比的概念,互联网+里面有互联网+金融叫做互联网金融、互联网+零售、互联网电子商务,而互联网+制造就是工业4.0。它将推动中国制造向中国创造转型,所以很多人说,工业4.0是整个中国时代性的革命。

  工业4.0有哪些特点?

  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。

  数据:工业4.0连接和产品数据、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。

  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。

  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。

  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。

  工业4.0有哪些技术支柱?

  工业4.0九大技术支柱包括工业物联网、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。这九大支柱中会产生无数的商机和上市公司。

  哪类公司最有前景?

  结合中国工业现状来看,微信公众号工业智能化认为未来十年,中国工业4.0领域将有充足发展的三类公司有:

  第一类是智能工厂,分为两种,第一种是传统的工厂转型成智能工厂,第二种是一出生就是智能工厂;

  第二类是解决方案公司,为制造业公司提供智能工厂顶层设计、转型路径图、软硬件一体化实施的工业4.0解决方案公司。

  第三类是技术供应商,包括工业物联网、工业网络安全、工业大数据、云计算平台、MES系统、除这三类以外,虚拟现实、人工智能、知识工作自动化等技术供应商也会面临巨大的发展前景。

  解决方案包括软件硬件

  软件有工业物联网、工业网络安全、工业大数据、云计算平台、MES系统、虚拟现实、人工智能、知识工作自动化等;硬件是工业机器人(包括高端零部件)、传感器、RFID、3D打印、机器视觉、智能物流(AGV)、 PLC、数据采集器、工业交换机等。

  这是一次巨大的产业革命,错过了工业4.0也就错过了这个时代!谁最终赢得第四次工业革命主导权?第四次工业革命以2013年德国汉诺威为标志,宣布这一轮工作革命以智能制造为核心。

  德国政府所定义的德国工业4.0,由一个信息,一个网络,四大主题、三项集成、八项计划组成的框架机构。德国政府提出工业4.0整体框架有很多地方和中国的实际国情不同,操作上面还有一定的距离。

  第四次工业革命延续时间大概为30到40年,所以说工业4.0、移动互联网对中国工业的颠覆、再造和融合,才刚刚开始。第四次工业革命的本质是主导这个世界未来的工业标准之争,是由德国和美国按照自己的逻辑路径、表述方法来进行推进。

  美国提出了工业互联网标准,希望关注设备互联、数据分析、以及数据基础上对业务的洞察,他们对传统工业互联网互联互通,其关注点在大数据和云计算。

  德国提出工业4.0,拥有强大的机械制造技术,嵌入式以及控制设备的先进设备和能力,德国很关注生产过程智能化和虚拟化的深刻改变。

  可以看到,美国工业互联网和德国工业4.0,实施路径和逻辑相反,但是目标一致。美国是以GE公司、IBM这些公司为支持,侧重于从软件出发打通硬件;德国是以西门子、库卡、SAP这些公司为主导,希望可以从硬件打通到软件。无论从软到硬,还是从硬到软,两者的目标是一致的,就是实现智能制造,实现移动互联网和工业的融合。

  中国为什么选择德国标准?

  第一,中国政府认为,德国路径比美国路径更容易实现;第二,美国的工业空心化严重。IT公司出现工业4.0挑战大,缺少基础设施的落地,德国工业技术雄厚,是生产制造基地,生产设备供应商加IT业务解决方案提供商。在第四次工业革命的战略选择上,中国政府的策略是,紧盯新一轮产业发展的潮流,选择工业4.0,推出中国版的中国制造2025,寻找机会弯道超车,后发先制。

  工业4.0是一个全新的时代,一期刚刚开始,预计要30到50年的时间发展引进,按照国家工信部部长所说:德国是从工业3.0串联到工业4.0,中国是2.0、3.0一起并联到4.0。

  工信部和中国工程院把中国版的工业4.0的核心目标定义为智能制造,这个词表述非常准确。由智能制造再延伸到具体的工厂而言,就是智能工厂。智能制造、智能工厂是工业4.0的两大目标。

  在未来的工业4.0时代,软件重要还是硬件重要,这个答案非常简单:软件决定一切,软件定义机器。所有的工厂都是软件企业,都是数据企业,所有工业软件在工业4.0时代,是至关重要的,所以说软件定义一切。

  工业时代4.0这条路刚刚开始,但给了我们大概的方向,未来企业会变成数据的企业、创新的企业、集成的企业、不断快速变化的企业。对于整个制造业来说,这是一个巨大的颠覆,称之为工业革命,是毫不为过的。

  附加:工业4.0在国际上的发展情况

  德国成为新一代工业生产技术(即CPS)的供应国和主导市场(标准制定者、领先供应商),从而使德国制造业在持续发展的前提下提升它的全球竞争力。意味着德国人创建了新的生产环境,包括新的管理、流程、模型等,还提供新的智能生产装备和新的技术手段。将推动德国的机器人、制造成套装备、IT 技术、控制技术、信息技术等核心产业的变革,并加入到工业4.0 体系内,再借助这新的工业体系生产制造出来的产品冲击世界原有生产体系中的产品,确保了德国制造业的未来。

  德国的工业4.0 概念是建立在德国在自动化装备全球领先的优势地位上,几乎所有国内的大型自动化工业企业,以及上千的中小企业也将加入到这一体系里去。西门子、菲尼克斯电气、倍福、施耐德电气、库卡等都在朝这一方向努力。

  西门子(Siemens):凭借全集成自动化(TIA)和数字化企业平台,西门子长久以来占据着信息技术集成领域的领导地位。西门子公司还将与德国弗劳恩霍夫研究院以及大众汽车公司,通过利用产品生命周期管理软件(PLM)进行虚拟生产规划,可降低生产线上机器人的能耗高达50%。

  菲尼克斯电气(Phoenix Contact):全面投入Profinet 工业以太网的开发,目前形成了全面的基于Profinet 工业以太网的竞争力。

  倍福(Beckhoff):与传感器、视觉系统及机械厂商一起参与科技自动化-系统化工程与极速控制-标准加工设备能效提升两个项目的实施。

  施耐德电气(Schneider Electric):推出的EcoStruxure 能效管理平台,除了实现了对电力、工业、建筑楼宇、数据中心和安防5 大领域的技术和专业经验的整合,EcoStruxure 与其子系统更强调软件带来的灵活性。

  罗克韦尔自动化(Rockwell Automation):通过与思科密切合作,推进标准以太网EtherNet/IP 快速发展。Ethernet/IP 是未经修改的以太网标准,可以和现在所有的标准以太网设备透明衔接,使得产业融合成为可能。值得关注的是:2014 年4 月全球最大的工业展会汉诺威工业博览会上,西门子展示的新一代汽车生产线吸引了很多人。从表面来看只是机器人对生产线上的车体进行组装,任何一个汽车工厂都有这样的组装线。不过,制造的思路却完全不同。在该生产线上,车体与机器人一边对话一边进行组装。其工作原理为在车体内嵌入IC 标签,记录汽车型号、必要零部件以及组装顺序等信息。车体接近机器人时会发出需要5 扇门等指示。机器人会按照指示进行作业。

  强国在工业4.0方面的布局

  与德国的工业4.0 相比,其他工业化国家虽然未普遍使用这一术语,但尽可能降低生产操作成本、提高灵活性和加快创新周期也是这些国家的共同目标。

  美国:在美国,GE 主导的工业互联网革命同样如火如荼,已经成为美国制造业回归的一项重要内容。

  与工业4.0 的基本理念相似,它同样倡导将人、数据和机器连接起来,形成开放而全球化的工业网络,但其内涵已经超越制造过程以及制造业本身,跨越产品生命周期的整个价值链,涵盖航空、能源、交通、医疗等更多工业领域(九大平台)。

  相比于西门子的工业4.0,GE 的工业互联网方案更加注重软件、网络、大数据等对于工业领域的服务方式的颠覆 与德国强调的硬制造不同,软服务恰恰是软件和互联网经济发达的美国经济较为擅长的。

  根据GE 的预测,在美国,工业互联网能够使生产率每年提高1%-1.5%,那么未来20 年,它将使美国人的平均收入比当前水平提高25%-40%;如果世界其他地区能确保实现美国生产率增长的一半,那么工业互联网在此期间会为全球GDP 增加10 万亿-15 万亿美元 相当于再创一个美国经济。

  日本:一是采用小生产线的企业增多,本田公司通过采取新技术减少喷漆次数、减少热处理工序等措施把生产线缩短了40%,并通过改变车身结构设计把焊接生产线由18 道工序减少为9 道,建成了世界最短的高端车型生产线。二是采用小型设备的企业增多,日本电装公司对铝压铸件的生产设备、工艺进行改革,使得铸造线生产成本降低了30%,设备面积减少80%,能源消费量降低50%。三是通过机器人、无人搬运机、无人工厂、细胞生产方式等突破成本瓶颈,佳能公司从细胞生产方式到机械细胞方式,再到世界首个数码照相机无人工厂,大幅度地提高了成本竞争力。

  此外政府加大了开发力度,加大对3D 打印机等尖端技术的财政投入。2014 年,经济产业省继续把3D 打印机列为优先政策扶持对象,计划当年投资45 亿日元,实施名为以3D 造型技术为核心的产品制造革命的大规模研究开发项目,开发世界最高水平的金属粉末造型用3D 打印机。

  反观我国,随着人口红利的消失,劳动力供给减少、人工成本上升和新一代劳动力制造业就业意愿的下降,对我国制造业的国际竞争力形成了巨大制约。根据美国某咨询机构统计,中国沿海地区劳动力单位综合成本已经与美国本土部分地区接近。

  客观上说,抢先进入工业4.0时代、保持第一大支出产业 - 制造业竞争力,是中国无法不选择的一个命题。中国作为生产1/3 世界的制造大国如果不积极应对,一方面,规模化生产模式生产出来的产品将受到挑战;另一方面,产业升级时将被动接受德国的新标准、新设备。

  近几年来,国家及各级政府不断推出支持工业机器人行业发展的政策,推动行业发展。例如上海 、昆山、徐州、芜湖等多地规划了机器人产业园,推出政府引导资金、所得税优惠等多项产业扶持政策。2013 年11 月,浙江省提出在未来五年年均实施机器换人项目5000 项、完成技术改造投入5000 亿元。

  工业4.0智能工厂案例

  一、德国安贝格西门子智能工厂  作为工业4.0概念的提出者,德国也是第一个实践智能工厂的国家。位于德国巴伐利亚州东部城市安贝格的西门子工厂就是德国政府、企业、大学以及研究机构合力研发全自动、基于互联网智能工厂的早期案例。占地10万平方米的厂房内,员工仅有1000名,近千个制造单元仅通过互联网进行联络,大多数设备都在无人力操作状态下进行挑选和组装。最令人惊叹的是,在安贝格工厂中,每100万件产品中,次品约为15件,可靠性达到99%,追溯性更是达到100%。这样的智能工厂能够让产品完全实现自动化生产,堪称智能工厂的典范!

  二、德国博世洪堡工厂  作为全球第一大汽车技术供应商,博世的汽车刹车系统(ABSESP)在市场上有相当的实力。博世洪堡工厂,作为博世公司旗下智能工厂的代表,其生产线的特殊之处在于,所有零件都有一个独特的射频识别码,能同沿途关卡自动对话。每经过一个生产环节,读卡器会自动读出相关信息,反馈到控制中心进行相应处理,从而提高整个生产效率。在洪堡工厂引入的射频码系统需几十万欧元,但由于库存减少30%,生产效率提高10%,由此可节省上千万欧元的成本。独立的射频码给博世公司旗下工厂的20多条生产线带来了低成本高效率的回报。而这种让每个零件都能说话的技术,也是智能工厂的重要体现形式。

  三、德国巴斯夫化工集团凯泽斯劳滕工厂  还是对于射频码的利用,传统化工巨头巴斯夫则在这方面更进一步。巴斯夫位于凯泽斯劳滕的试点智能工厂所生产的洗发水和洗手液已经完全实现自动化。随着网上的测试订单的下达,其生产流水线上的空洗手液瓶贴着的射频识别标签会自动地跟生产机器进行通讯,告知后者它需要何种肥皂、香料、瓶盖颜色和标记。在这样的流水线上,每一瓶洗手液都有可能跟传送带上的下一瓶全然不同。该试验依赖于无线网络,机器和产品通过无线网络完成所有的通讯工作,唯一需要的人工输入就只是下达样本订单。虽然是个实验,但这种由客户直接下单到工厂的运作方式,足以给智能工厂的模式提供另一种发展途径。

  四、中国石化九江石化智能工厂  在工业4.0的风潮下,中国在此方面也并非完全无所作为。九江石化作为中国的第一家智能工厂试点,为实现可视化、实时化、智能化的生产和管理要求,与华为进行战略合作,在信息通信、生产协作、智能管理等领域开展广泛合作,共同打造世界一流智能工厂的基础设施。

  基于华为在通信和数据信息方面的技术实力,完成了工厂LTE无线宽带网络、调度系统、视频会议系统、视频监控系统、存储、巡检终端等设备的布局。虽然,目前工厂还未达到工业4.0所要求的智能工厂的运营标准,但在未来,依靠华为在大数据,云计算方面的技术优势,九江石化将建设一个云数据中心,实现虚拟化、云计算等IT智能化管理,进一步节省能源消耗率,提升资源利用率,实现更智能化的运营。

  五、美国工业互联网联盟  由于制造业巨头德国提出了工业4.0战略,大大刺激了处于世界高端技术的领导地位的美国。所以,由通用公司倡导的工业互联网战略在美国兴起。进而,ATT、思科、通用电气、IBM和英特尔几家互联网巨头宣布成立美国工业互联网联盟,正式进入美国工业4.0时代。

  工业互联网的理念与德国提出的工业4.0本质上如出一辙,就是将虚拟网络与实体连接,形成更具有效率的生产系统。但二者不同的是,由于美国在软件和互联网经济处于世界领先地位,美国更侧重于在软件服务方面推动新一轮工业革命,希望用互联网激活传统工业,保持制造业的长期竞争力。而德国在制造业的一枝独秀,智能工厂的发展成为了德国的最优之选。

  四次工业革命带来的启示

  第一次工业革命,蒸汽时代,生产方式进入机械化。

  第二次工业革命,电器时代,生产方式进入自动化。

  第三次科技革命,信息时代,生产方式变为电子化。

  如今,计算机和互联网发展已达到空前的高度,同时也意味着我们即将迎来下一次伟大变革第四次工业革命(工业4.0),智能时代,生产方式智能化。

  纵观四次工业革命,人类进行的所有活动,社会进步,政治改革,时代变迁,技术发展,这一切的一切都将围绕生产力和生产方式的推动而推动,而我们所要寻求的互联网+背后的真相,是生产力的不断提高和演变。因为,生产力与生产方式的改善与发展,是人类永恒不变的主题。

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