德國工業4.0案例解讀
http://www.debgrams.com 2017-08-28 16:47 來源：《環球》
工業4.0目前可被局部感知，正在不斷演化，但距工業4.0愿景的完全實現，距一場宏大革命的全面完成，仍有相當距離。
從概念邁向應用，從曲高和寡到廣受追捧，誕生于德國的工業4.0已進入第7個發展年頭。
作為一項“未來工程”，工業4.0代表著第四次工業革命的德國路線，其核心是將生產制造與最先進的信息通信技術結合起來，源動力來自經濟社會數字化的快速發展。
前三次工業革命均以一項決定性的技術發明為標志，比如蒸汽機、電力等。新一輪工業革命則非單一技術引領，而是不同技術和要素的融合，是各種“加法”和“排列組合”，技術基礎包括自動化、物聯網、大數據、云計算、人工智能等。
德國聯邦教研部長萬卡說，工業4.0在德國已不再停留在實驗室，而是真正走進工業生產，從概念走向實踐。
根據《環球》雜志記者在德國的觀察，尤其是在工業4.0誕生地和前沿展示陣地——漢諾威工業博覽會的觀察，工業4.0目前可被局部感知，正在不斷演化，但距工業4.0愿景的完全實現，距一場宏大革命的全面完成，仍有相當距離。
獨一無二的個性標識
2016年和2017年，漢諾威大學連續兩年在漢諾威工博會上展示了一條智能化的圓珠筆生產線，借以讓參觀者親身體驗工業4.0環境，突出表現個性化定制。
不足100平方米的模擬車間里，依次設計了6個工位，搬運物料的機器人沿軌道在車間內有序穿梭……在工作人員的引導下，記者來到一號工位開始體驗。一號工位僅有一臺觸摸屏，記者手寫輸入個人信息后，可以自主選擇圓珠筆的個性化配置，包括筆芯顏色、筆帽顏色、筆桿手握處凹凸程度、筆頭形狀，此外還可以輸入一行字符，作為雕刻在筆桿上的個性化圖案。
完成信息輸入后點擊“確認”，屏幕上顯示出一個訂單編號，該編號用于跟蹤記者訂制這支圓珠筆的全流程生產。
離開一號工位，運送物料的機器人自動行駛到記者面前，呈上一個空的工具盒，工具盒的凹槽恰好對應一支圓珠筆的各個部件，右下角還有一個顯示屏，黑色的電子墨水顯示著記者的姓名和訂單編號。
拿著工具盒，記者來到二號工位。在工作人員的指揮下，將工具盒放在指定的傳感器上，工位的觸摸顯示屏上隨即顯示出訂單信息，確認信息無誤后，工位上的一臺大型機器開始運轉。短短幾分鐘，伴隨著刺耳的切割打磨聲，一根實心的銀色金屬棍被制成筆桿，筆桿手握處凹凸程度與記者下單時的設置完全一致。
將余熱尚存的筆桿放入工具盒指定凹槽，記者隨即來到三號工位。只見工位上擺放著兩排塑料工具盒，分別裝滿了筆芯、筆帽、筆頭等零件，顏色規格各不同。此外，每個盒子上方均裝有一盞指示燈。
經過身份和訂單信息確認后，由于記者配置了藍色筆芯、紅色筆帽和凸形筆頭，盛有相應規格零件的工具盒上方指示燈先后亮起。記者從盒中取走相應零件后，指示燈自動熄滅，而一旦誤取了其他盒中的零件，相應盒子上方的指示燈會呈紅色報警狀。
將各零件裝入工具盒后，記者走到四號工位，這是一個激光雕刻工位。經過信息確認，將筆桿放入雕刻機，短短幾十秒，記者最初輸入的一行字符就被清晰地刻在了金屬筆桿上，也讓這支筆擁有了世界上獨一無二的“個性標識”。
五號工位是裝配工位，一塊觸摸顯示屏上，三維動畫依次播放著人工裝配圓珠筆的各個步驟。記者根據指示的分解動作，將工具盒的各零件按序組裝，一支個性化的圓珠筆就此誕生。
正當記者以為大功告成時，工作人員提示記者將裝配的圓珠筆拿到六號工位進行質量檢測。整個檢測由一個微型機械手臂操作完成，無需人工參與。檢測過關，從機械手中取下圓珠筆，整個生產流程才算完成。
一支個性化圓珠筆誕生記，是有關整個工業4.0的“微小說”。
“數據黃金”是王道
由一條智能生產線拓展到一個智慧工廠，德國一些大企業已經拿出了解決方案。例如，位于德國洪堡的博世工廠能夠在一條生產線上利用2000個不同的零件生產出200種不同的液壓模塊。同時，利用無線射頻識別（RFID）技術，博世洪堡工廠的內部物流效率提高10%，生產積壓減少近三分之一。
分析稱，因為各種要素的融合，工業4.0的外延極廣，不局限于一條生產線、一座車間或一家企業。按照德國工業4.0促進機構“工業4.0平臺”的說法，工業4.0會持續改變德國工業未來生產及加工的方法，孕育出涵蓋產品整個生命周期的智能價值鏈，靈活的個性化生產將成為新標準，資源消耗降低，生產的經濟效益顯著提升。
值得一提的是，工業4.0不僅關于制造，也關于服務。業界認為，制造與服務的融合是新一輪工業革命的突出特征。在第四次工業革命中，服務扮演著比前三次工業革命更重要的角色。西門子、博世、思愛普等工業4.0領軍企業均在服務領域加大投入，創新商業模式。其中，前瞻性維修是工業4.0環境下的一種全新的維修服務理念，相關應用已經鋪開。
“前瞻性維修”的基本原理是通過物聯網，實時監測、收集、分析、處理目標設備狀態，提前做出故障判斷并給出維修建議，避免設備意外停工，提高設備運作可靠性，降低維修成本。
“一列火車的空調在旅途中突發故障，乘客雖仍能抵達目的地，但乘坐體驗將大打折扣，而新一輪工業革命帶來的‘前瞻性維修’能夠提前預判和解決故障，在給顧客提供穩定、舒適服務的同時，降低企業維修成本……”歐洲最大的軟件公司德國思愛普公司負責生產和創新的董事會成員貝恩德·洛伊克特曾對記者介紹這樣一個前瞻性維修的應用。
洛伊克特說，思愛普為意大利鐵路公司超過2000臺機車和列車車廂安裝了600萬至700萬個傳感器，這些傳感器不間斷地收集、傳輸列車各部分的數據，不僅包括機車動力數據，還有空調等設備數據。例如，在空調可能出現故障前一至二周，系統就會做出提示并提供解決方案，工作人員能夠做到未雨綢繆。“不僅能更好地服務乘客，還能節約維修成本8%至10%。”
在西門子公司看來，自動化生產流程出現故障時必須快速排除，因為時間就是金錢。尤其對那些依賴高效率生產和快速轉運、面臨全球競爭壓力的企業，生產線停滯會造成難以承受的損失。因此，“前瞻性維修”是一塊成長中的服務市場。
例如，一家電力供應商從西門子購買一款燃氣渦輪機的同時，可以簽署一份個性化定制的服務合同。基于此，西門子會提供日常監測、維修等服務，并快速排除緊急故障，保證客戶企業全速運轉。
事實上，工業4.0環境下工業服務水平的提高很大程度有賴于智能產品的應用。裝配有智能計算機、傳感器以及復雜系統的產品，比如燃氣渦輪，會持續不斷地產生反映其實時狀態的數據，因此能夠被全天候監測。與此同時，基于大數據分析提供的寶貴經驗信息，供應商能夠對零部件的壽命做出精確預測。這些數據也是提供高附加值服務的基礎。
西門子認為，數據的收集和分析是關鍵，是提供個性化服務的基礎。“大數據分析”或“數據黃金”的趨勢已經在許多領域出現。
演進中的工業4.0
根據德國信息技術、電信和新媒體協會的數據，工業4.0相關產值增長迅速，2018年預計達70億歐元。相關產業中，機器設備制造業是領頭羊，今年產值預計增長23%，達15億歐元。
與產值的快速增長同步，企業開發的工業4.0的應用數量也在快速增加。不過，僅從漢諾威工博會看，各企業開發的新應用理念與形式趨同，今年展示的應用與一年前區別不明顯，反映出工業4.0漸進式演化的趨勢。
1. 同種應用改良細節
一些企業在今年工博會上展示的產品或應用似曾相識，例如ABB集團展示的雙臂工業機器人YuMi，去年展會已經亮相。然而，細節上的改進使得新一代產品更高效。
ABB集團首席數字官朱雷特說，相比去年，定位高精確度制造的YuMi變得更加靈活，已經具備一定的自我學習能力。更好的攝像頭、更多的傳感器和輸入裝置讓YuMi今后有可能聽到環境中的聲音和信號并作出反應。
2. 同類應用舉一反三
今年的工博會上，企業開發出的前瞻性維修解決方案越開越多，實際應用的領域越來越廣。例如，美國通用電氣（GE）基于其研制生產航空發動機的長期經驗，將前瞻性維修解決方案應用于航空發動機，旨在提高發動機的運行可靠性，保障航空安全。
此外，GE還首次展出了應用于輸油管道等密閉容器的前瞻性維修解決方案，利用傳感器和機器人進行監測和維修，大大降低了維修準備周期，避免了人工作業的危險性。
與“前瞻性維修”類似，根據客戶需求進行“個性化生產”也是較普遍的應用類別。一些企業展示了模擬數字工廠生產線，從訂單個性化配置到訂單跟蹤、生產監控等，多采取類似的技術手段，只是生產的產品類別不同。
3. 中小企業嶄露頭角
據“工業4.0平臺”的不完全統計，目前德國共有近300家制造業企業生產或使用工業4.0應用。西門子、博世、思愛普等大型企業引領著工業4.0的方向。相比之下，受自身能力所限，加上擔心風險，中小企業參與工業4.0的熱情不高。
不過，相比去年，今年工博會上可以看到一些德國中小企業正在參與工業4.0進程，盡管往往只是提供局部的產品或技術，比如應用于物聯網及VR技術的軟件。
4. 大企業拓展生態系統
從軟件到硬件，從生產到服務，實力較強的大企業在開發工業4.0應用的同時，不斷拓展自身的生態系統，培育更加自主、全面提供完整解決方案的能力，以求在工業4.0帶來的產業鏈重塑中搶占更多先機。
庫卡公司在今年工博會上展示了自主開發的KUKA Connect工業云平臺，用戶可在任何時間、任何地點查看和分析工業機器人的運行狀態。KUKA Connect同時提供第三方合作伙伴的工業APP，創造圍繞KUKA機器人的工業生態。
庫卡公司監事會主席顧炎民把“智慧工廠”描述為對庫卡工業機器人、云端系統和制造業物流等業務的整合，稱它是“一個完整的工業4.0解決方案”。
同時，庫卡還與一批咨詢公司攜手，為客戶提供關于“智慧工廠”大規模定制化生產的咨詢服務，將方案提供延伸到了生產前期。
來源：2017年8月23日出版的《環球》雜志 第17期
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