工業(yè)4.0-向工業(yè)的未來進(jìn)發(fā)

　　摘要：踏上“工業(yè)4.0”這艘明日之舟的重要前提是進(jìn)行改革，以實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)公司整體業(yè)務(wù)、生產(chǎn)流程的管理控制及對(duì)所有生產(chǎn)設(shè)備通訊接口的裝配。本文以下內(nèi)容將對(duì)相應(yīng)解決方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。

　　“工業(yè)4.0”的動(dòng)機(jī)與設(shè)想

　　“工業(yè)4.0”的概念下蘊(yùn)含著新興的計(jì)劃，在此計(jì)劃中最新的IT技術(shù)及電子設(shè)備都將服務(wù)于制造工藝“信息化”的進(jìn)程，以期實(shí)現(xiàn)工廠智能化(Smart Factory)的目標(biāo)。該目標(biāo)表現(xiàn)為高度靈活、資源利用率高、使用人體工程學(xué)和將客戶與合作伙伴充分融入業(yè)務(wù)流程。其技術(shù)基礎(chǔ)為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)及在不久的將來創(chuàng)建的信息物理系統(tǒng)(CPS)。

　　選擇進(jìn)行這場(chǎng)變革的動(dòng)機(jī)及原因有很多(圖1)。總體來說可以將之歸為兩類：歐洲工業(yè)國(guó)家人口結(jié)構(gòu)的變化及日益多變的市場(chǎng)與繁復(fù)的成本壓力;而客戶對(duì)產(chǎn)品定制化、個(gè)性化解決方案及可持續(xù)拓展方面不斷上升的熱情與要求成為了這一趨勢(shì)的另一推手。由此即可較為詳細(xì)地描述通往“工業(yè)4.0”的幾點(diǎn)重要目標(biāo)：

　　1. 高度靈活性：此點(diǎn)不僅需要在生產(chǎn)制造方面，同時(shí)也需要在整體產(chǎn)品開發(fā)流程當(dāng)中體現(xiàn)出來。在整合所有數(shù)據(jù)信息及機(jī)械之后，企業(yè)可以創(chuàng)建一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，在其中所有參與者都可以直接掌握所需的內(nèi)外部信息。

　　2. 流程一體化實(shí)現(xiàn)最短的市場(chǎng)投放時(shí)間(Time to Market)：憑借大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù))，更快速、更成熟地推出新產(chǎn)品將成為可能。

　　3. 未來展望– 信息物理系統(tǒng)(CPS)。即所有機(jī)械及流程可以通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行直接信息交流，以此來實(shí)現(xiàn)智能機(jī)械輔助下產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新所有必需流程的自主分析、仿制及優(yōu)化。

　　屆時(shí)人與機(jī)械分離的場(chǎng)景將成為過去，人與機(jī)器人合作生產(chǎn)將成為未來的主流模式。

　　不過，在實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的道路上還存在很多急需解決的問題與挑戰(zhàn)，例如安全性及傳感器自主能源供應(yīng)(能量采集)。

　　邁向工業(yè)4.0進(jìn)程的后續(xù)步驟

　　過去40年對(duì)電子元件的應(yīng)用使工業(yè)的全貌發(fā)生了翻天覆地的變化(圖2)。初期人們?yōu)闄C(jī)械添加了電氣/電子模塊，但其均為單機(jī)(獨(dú)立)方案，針對(duì)不同機(jī)械將會(huì)有不同的特定的管理操作/編程。如今的情形已與往日不同：通過使用特定軟件工具已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)利用一個(gè)中央計(jì)算機(jī)對(duì)整體生產(chǎn)流程進(jìn)行控制。由此工業(yè)制造流程的產(chǎn)出質(zhì)量得以大大提高且成本在不斷降低。如何利用更好及更有效的軟硬件優(yōu)化配置已成為當(dāng)前及短期未來工業(yè)領(lǐng)域的核心議題。此外，使用更好物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的革新行為使得對(duì)整體生產(chǎn)進(jìn)程的整合成為可能。對(duì)機(jī)械間通信(M2M)的擴(kuò)展、對(duì)產(chǎn)品研發(fā)制造的所有知識(shí)資源(知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù))與服務(wù)&客戶行為的整合將給企業(yè)帶來更短的市場(chǎng)進(jìn)入時(shí)間與更高的產(chǎn)品質(zhì)量水準(zhǔn)。在對(duì)至今產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域尚處于分離狀態(tài)的流程進(jìn)行整合的過程中，隱藏著實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4.0的巨大的潛力。未來在此領(lǐng)域中IT團(tuán)隊(duì)將成為主導(dǎo)力量，而這一趨勢(shì)也將導(dǎo)致人們?cè)诠ぷ黧w制內(nèi)重新思考。由于在無干擾流程中的機(jī)械將在無人值守的情況下進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)相應(yīng)職責(zé)將被推移至工作準(zhǔn)備或計(jì)劃領(lǐng)域。當(dāng)前的生產(chǎn)領(lǐng)域的員工將不得不接受培訓(xùn)轉(zhuǎn)型為IT或工程領(lǐng)域的技工，以期可以正確掌握并控制未來的生產(chǎn)流程。作為結(jié)果是，越來越多的直接工作將轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接工作。在此趨勢(shì)的基礎(chǔ)上將可能逐漸產(chǎn)生信息物理系統(tǒng)(CPS)，影響其實(shí)現(xiàn)的因素將會(huì)是以工業(yè)4.0作為最終目標(biāo)解決現(xiàn)有問題的速度與進(jìn)程。

　　位于德國(guó)Amberg的西門子公司的電器工廠就是一個(gè)很好地示例。該工廠長(zhǎng)期使用“數(shù)據(jù)化控制”以保證其生產(chǎn)的高效與產(chǎn)品的質(zhì)量。其最主要的保證成功的秘訣是一套由公司自創(chuàng)的昂貴的進(jìn)行生產(chǎn)流程控制的完善軟件解決方案“Comesco”(連接式企業(yè)生產(chǎn)流程管理系統(tǒng))。該系統(tǒng)憑借可以直觀控制的細(xì)化功能實(shí)現(xiàn)了通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)所有流程信息進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)告。該系統(tǒng)除可以直接進(jìn)入所有必需的管理及分析工具外，還具有監(jiān)測(cè)功能以保證對(duì)生產(chǎn)步驟流程進(jìn)行持續(xù)監(jiān)視管理。如此模板化的工廠自動(dòng)化的結(jié)果顯而易見：其產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)達(dá)到99.9988%且將故障率控制到僅12件每百萬(wàn)件。