工业4.0:数据驱动型制造业

2015-04-16 13:29:15

在工业4.0时代,每一个工厂都应有一套智能系统,它首先能够通过传感器,对机器运作数据进行采集,并加以分析,从而实时地了解工厂的运作情况;其次,能够通过执行器对机器运作进行控制;此外,还能对消费者行为数据进行分析,对产品从设计到销售的全生命周期,进行最优化的管理。

  更自动化的生产设备,更灵活的流程管理,让工厂能够基于市场预测,快速地装配调度,智能地生产,从而以最快的速度匹配消费者需求。这就是工业4.0的主要特点。

  在工业4.0时代,每一个工厂都应有一套智能系统,它首先能够通过传感器,对机器运作数据进行采集,并加以分析,从而实时地了解工厂的运作情况;其次,能够通过执行器对机器运作进行控制;此外,还能对消费者行为数据进行分析,对产品从设计到销售的全生命周期,进行最优化的管理。

  与此同时,对于机器生产者来说,他们的消费者是各个工厂。因此,他们需要采集机器的使用数据,从而更好地了解机器被使用的情况,以便安排自己的机器维护服务,并对机器的设计进行改善。工业数据的采集,将催生出新的商业模式,逐渐打破工厂的边界,促进资产的流动,在全社会范围内优化资源配置。

  这些看起来枯燥的事情,在工业4.0时代都将内化成智能的数据,变得可见、可调节。

  智能的工厂

  传统意义上,经销商在市场预测和实际需求之间,有一定滞后;而在经销商订单和制造商实际供货之间,又有一定滞后。

  两者一叠加,随着时间的推移,库存量会产生剧烈波动。糟糕的是,他们越是试图积极调整,这个波动就越剧烈。长此以往,制造企业的生产周期管理就变得十分困难。

  因此,除了通过电子商务等互联网手段,缩短市场信息的传导机制外,制造企业的一个核心目标,就是打造一个智能工厂,进一步压缩生产周期,从而灵活地应对订单的变化。

  成立于1945年的奥地利滑雪板公司Blizzard,正试图用智能工厂提高自己的利润。

  以往,Blizzard需要两年的时间,不断地打折降价才能把库存消化掉。然而,老问题尚未解决,新问题又接踵而至。

  上世纪90年代,Blizzard只有10多个型号的产品,2000年后,滑雪板出现了40多种型号,现在则已经到了900种。

  同时发生变化的是,滑雪板的销售不再以终端客户的购买为主,而是80%的滑雪板都以租赁的形式流通于市场。

  另一方面,一些滑雪板的材料有18种,需要16周的生产时间。因此,Blizzard需要把生产阶段的效率进一步提高,用更短的生产周期去解决库存问题。同时,在管理上,需要参考市场的变化,比如型号增多、用途改变等,以更好地安排自己的生产。

  IBM智能分析解决方案的设计师施尼博(Stephan Schnieber)告诉《财经》(博客,微博)记者:“Blizzard提出的目标也很明确,首先,在生产过程中零故障;其次,在生产过程中最大程度地收集并分配信息;第三,要与现有的IT系统形成网络。”IBM是Blizzard智能工厂的方案解决商。

  IBM给Blizzard设计了一套工厂管理系统。首先,在流水线的机器上,安置了一些传感器和执行器;而每个物料托盘的底部,也都装有一个“数据卡”。这样,当物料通过搬运和加工时,就会以射频技术被系统识别。

  在此基础上,IBM用自己开发的Cognos系统,对生产行为进行记录、储存、分析以及分配。从而实时掌握每道工序上产品的来料追溯、加工状态、加工数目以及产品批次等信息。

  这些识别码在录入的同时,会生成一个短网址,并且能够在企业管理软件(ERP)中进行输入和输出,进而可以实现移动设备端的管理。然后再通过机器上的执行器,对机器的运行进行实际的管控。

  与此同时,在加工单元的监视器上,每隔一个小时,会自动显示一次目标参数与实际情况。

  如果未达到目标,监视器则会发出警报;Cognos系统也会对数据和错误进行分析,并达到实时汇报。IBM设计的统计软件,则可以自动生成生产管理中所需要的各种数据、图表,以帮助决策者把控整个生产过程。

  经过升级,Blizzard的生产周期缩短到8周,库存也减少80%。

  把机器作为底层,并在安装传感器和执行器后搭建一套应用系统以实现信息处理,从而形成了一套网络世界与物理世界的交互系统(Cyber Physical System),最终实现机器与机器之间、机器与人之间的对话。这便构成工业4.0中的智能工厂。

  但亦有评论认为,这只能叫做工业3.5,因为它与第三次工业革命中工业化与信息化的“两化融合”相比,只是实现了更多的数据互通、柔性制造、人机交互、复杂系统以及信息分析的功能。而这些在汽车、家电、电子的总装厂,以及化工、能源等行业身上,业已初步实现。工业4.0更关键的在于如何做到数据驱动。

  数据驱动的制造业

  通快(Trumpf)是一家做激光加工设备的老牌德国企业。对于它来说,真实世界与网络世界进行交互的技术,早已不是什么新概念。

  通快出售的不仅仅是激光加工设备,更包括使用激光设备所必需的工业软件。它的客户买来设备后,必须对相关工业软件进行编程,方能在自己的制造环节中使用这些设备。

  抽象来看,制造一辆汽车,已超越了对材料本身的物理加工,同时包括了不同加工设备之间几亿条工业软件中的代码完成。

  无论是通快还是西门子,这些装备制造商早已有大半个身子跨入软件行业。

  这些自动化设备的普及,不但加速了德国制造业向东转移,也推动德国本土制造业的管理流程不断向数字化转型。

  制革出身、有着160年历史的科德宝集团(Freudenberg),1995年基于SAP的企业管理软件完成对集团的数字化改造后,其IT部门甚至独立出来,成立了专门的软件方案提供商——科德宝宜合信息技术有限公司(FIT)。如今,他们不仅在中国为来华的跨国制造企业提供IT服务,并且在全球建立了11个数据中心。

  在第四次工业革命的语境下,德国的装备制造企业琢磨的是,如何能够把自己卖出去的设备所产生的数据给收集回来,并基于这些数据开发新的商业模式。

  以通快的激光融锡机器人为例,它有2000个产品分布在全球的多个行业。

  假设通快可以把这些机器人相连接,通快便可得知这些机器的工作状态,一方面用以优化自己保养维修的耗材管理;另一方面,可以在被损坏的机器和运行良好的机器之间,进行最优的生产配置。

  不仅如此,通快还可以收集机器使用者的用户体验,并可得知他们的机器究竟是如何被使用的。然后进一步通过分析得知,如何提高机器人的配置,如何把操作中的耗能和损耗减少到最低。因此,通快现在的研发重点在于,如何让机器更好地产生数据,从而了解被加工的工件、机器自身的性状以及工作状态。

  “我们的客户是金属加工者,他们希望能够更好地卖出自己的产品,那么,我们就可以把这些数据再加工为增值服务,反过来再帮助他们提升物流和销售水平。”通快激光与电器部门主席莱斌格(Dr. Ing Peter Leibinger)对《财经》记者说:“在这个领域,我们还只是刚刚开始。”

  当供应链上更多环节加入数字化管理的洪流,机器所产生的工业数据,将远远超过目前消费互联网所产生的数据量。海量的数据不仅能够造就新的算法,帮助人类更加深刻地理解工业本身,还让资源进一步打破智能工厂的边界,在全社会范围进行最优配置。

  因此,德国的制造业巨头西门子与软件业巨头SAP宣布,共同打造工业数据平台。“我们要证明,可以用一个第三方管理的商业模式,既可以达到设备的连接,也可以实现数据安全。”西门子大型设备部CEO霍克(Dirk Hoke)对《财经》记者说。

  通用电气公司(GE)也在打造自己的工业互联网系统。他们通过在飞机发动机中增加传感器,采集发动机数据,并以此给机队提供更多的实时数据,以便航空公司更好地配置自己的资产。

  在数据的驱动下,工业4.0时代下的制造业正演变成一项由软件技术主导的系统性工程。

  全社会的数据融合

  2011年,德国汉诺威工业展(Hannover Messe)提出的工业4.0概念,更多地是针对制造业领域的CPS(信息物理互联系统),核心是增加更多传感器以更好地了解设备的工作状态,同时也制造出大量数据。

  这种技术趋势在物联网、车联网、智能电网、移动健康、智慧城市等多个领域均有广泛运用,并通过大数据和云计算等信息基础设施,把信息从终端市场传递回制造业。

  这些数据正在创造“新摩尔定律”,即:每18个月产生数据,将比历史存量翻一倍。它不仅需要新的数据储存技术,更需要通过算法产生分析能力,从而更好地进行产品、制造、资产与产业链管理。

  制造环节也不仅仅是通过3D打印、工业机器人和智能工厂实现柔性制造,更将融入不断发展的社会网络。基于工业互联网,通过机器与机器的互联,资产成为一种流动的要素,进一步消弭工厂的边界。不仅仅在工厂内进行流程优化,更在全社会范围内,进行资源的最优配置。在此过程中,基于数据的新商业模式将大量涌现。

  对于ICT企业来说,大数据、云计算、分析、移动端,就成了制胜法宝。SAP、IBM、华为等,都已把它作为自己的战略构想。

  在推动全社会数据融合的路径上,欧洲和美国亦是有区别的。

  埃森哲的德国董事总经理雷蒙施派格(Frank Riemensperger)对《财经》记者说:“欧洲的途径是更加偏机械,而美国的核心则是不要被产品的发展周期给束缚住。”

  工业4.0本身,是一个社会变革维度的概念,产业链将以数据为维度,进行重新划分,整个社会变革为一个信息与物理互联的系统。

  现在的问题是,这个系统中不同的技术发展相对割裂。华为技术有限公司企业BG销售总裁何达炳对《财经》记者说:“从汽车的传感器、数据卡开始,从数据采集点,到整个网络、云平台、数据中心、全连接,我们认为信息通路很重要。需要统一的架构,以及接口的标准化。”

  解决这个问题,单靠哪家企业都不现实,但市场会推动企业们达成统一标准,而在这个过程中肯定会出现主导型的企业。

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在工业4.0时代,每一个工厂都应有一套智能系统,它首先能够通过传感器,对机器运作数据进行采集,并加以分析,从而实时地了解工厂的运作情况;其次,能够通过执行器对机器运作进行控制;此外,还能对消费者行为数据进行分析,对产品从设计到销售的全生命周期,进行最优化的管理。

2015-04-16 13:29:15

Recently, due to the persistent cost pressure in the south, the price of concrete has risen slightly with the raw materials, but the growth of market demand is limited, and the overall quotation is still stable. From October 31 to November 6, the national concrete price index closed at 112.47 points, up 0.31% annually and down 10.11% year-on-year.