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德国工业4.0案例解读
  新华网 ( 2017-08-28 15:13:36 ) 来源: 《环球》杂志
 

    工业4.0目前可被局部感知,正在不断演化,但距工业4.0愿景的完全实现,距一场宏大革命的全面完成,仍有相当距离。

《环球》杂志记者/沈忠浩(发自法兰克福)

  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,源动力来自经济社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、物联网、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。

  根据《环球》杂志记者在德国的观察,尤其是在工业4.0诞生地和前沿展示阵地——汉诺威工业博览会的观察,工业4.0目前可被局部感知,正在不断演化,但距工业4.0愿景的完全实现,距一场宏大革命的全面完成,仍有相当距离。

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。

  不足100平方米的模拟车间里,依次设计了6个工位,搬运物料的机器人沿轨道在车间内有序穿梭……在工作人员的引导下,记者来到一号工位开始体验。一号工位仅有一台触摸屏,记者手写输入个人信息后,可以自主选择圆珠笔的个性化配置,包括笔芯颜色、笔帽颜色、笔杆手握处凹凸程度、笔头形状,此外还可以输入一行字符,作为雕刻在笔杆上的个性化图案。

  完成信息输入后点击“确认”,屏幕上显示出一个订单编号,该编号用于跟踪记者订制这支圆珠笔的全流程生产。

  离开一号工位,运送物料的机器人自动行驶到记者面前,呈上一个空的工具盒,工具盒的凹槽恰好对应一支圆珠笔的各个部件,右下角还有一个显示屏,黑色的电子墨水显示着记者的姓名和订单编号。

  拿着工具盒,记者来到二号工位。在工作人员的指挥下,将工具盒放在指定的传感器上,工位的触摸显示屏上随即显示出订单信息,确认信息无误后,工位上的一台大型机器开始运转。短短几分钟,伴随着刺耳的切割打磨声,一根实心的银色金属棍被制成笔杆,笔杆手握处凹凸程度与记者下单时的设置完全一致。

  将余热尚存的笔杆放入工具盒指定凹槽,记者随即来到三号工位。只见工位上摆放着两排塑料工具盒,分别装满了笔芯、笔帽、笔头等零件,颜色规格各不同。此外,每个盒子上方均装有一盏指示灯。

  经过身份和订单信息确认后,由于记者配置了蓝色笔芯、红色笔帽和凸形笔头,盛有相应规格零件的工具盒上方指示灯先后亮起。记者从盒中取走相应零件后,指示灯自动熄灭,而一旦误取了其他盒中的零件,相应盒子上方的指示灯会呈红色报警状。

  将各零件装入工具盒后,记者走到四号工位,这是一个激光雕刻工位。经过信息确认,将笔杆放入雕刻机,短短几十秒,记者最初输入的一行字符就被清晰地刻在了金属笔杆上,也让这支笔拥有了世界上独一无二的“个性标识”。

  五号工位是装配工位,一块触摸显示屏上,三维动画依次播放着人工装配圆珠笔的各个步骤。记者根据指示的分解动作,将工具盒的各零件按序组装,一支个性化的圆珠笔就此诞生。

  正当记者以为大功告成时,工作人员提示记者将装配的圆珠笔拿到六号工位进行质量检测。整个检测由一个微型机械手臂操作完成,无需人工参与。检测过关,从机械手中取下圆珠笔,整个生产流程才算完成。

  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网,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。

  “一列火车的空调在旅途中突发故障,乘客虽仍能抵达目的地,但乘坐体验将大打折扣,而新一轮工业革命带来的‘前瞻性维修’能够提前预判和解决故障,在给顾客提供稳定、舒适服务的同时,降低企业维修成本……”欧洲最大的软件公司德国思爱普公司负责生产和创新的董事会成员贝恩德·洛伊克特曾对记者介绍这样一个前瞻性维修的应用。

  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号并作出反应。

  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,比如应用于物联网及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。

来源:2017年8月23日出版的《环球》杂志 第17期

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