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數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)是工業(yè)4.0的精髓

2017-06-23
關(guān)鍵詞: 自動(dòng)化 工業(yè)4.0

  1,、引言

  智能生產(chǎn)需要實(shí)現(xiàn)兩種不同性質(zhì)的自動(dòng)化,,一種是生產(chǎn)裝備的自動(dòng)化,另一種是數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化,。

  生產(chǎn)裝備的自動(dòng)化對(duì)制造企業(yè)而言是非常容易理解的,,它是通過(guò)自動(dòng)化的機(jī)床、機(jī)器人等各類(lèi)自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的過(guò)程自動(dòng)化,,但數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化又該如何理解?在智能工廠(chǎng)中,,數(shù)據(jù)是如何自動(dòng)化流動(dòng)的?需要經(jīng)過(guò)“幾關(guān)”?

  2、數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)是工業(yè)4.0的精髓

  在德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略中,,有縱向集成,、端對(duì)端集成、橫向集成3項(xiàng)集成,,這是工業(yè)4.0中非常重要的概念,,是實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)、企業(yè)間價(jià)值流集成的關(guān)鍵,。

  縱向集成主要是將各種不同層面的IT系統(tǒng)集成在一起,,例如,,執(zhí)行器與傳感器、控制,、生產(chǎn)管理,、制造和執(zhí)行及企業(yè)計(jì)劃等不同層面(摘自德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施建議)。從信息化角度來(lái)看,,就是在企業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)研發(fā),、計(jì)劃、工藝,、生產(chǎn),、服務(wù)等各環(huán)節(jié)間的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng),如圖1所示,。

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圖1縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)

  端對(duì)端集成則是通過(guò)產(chǎn)品全價(jià)值鏈和為客戶(hù)需求而協(xié)作的不同公司,,使現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界完成整合。端對(duì)端集成更加突出了以產(chǎn)品的研發(fā),、生產(chǎn),、銷(xiāo)售、服務(wù)等為主線(xiàn),,實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng),,如圖2所示。

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  圖2端對(duì)端集成

  作為3項(xiàng)集成中的最高層次,,橫向集成是指將各種使用不同制造階段和商業(yè)計(jì)劃的IT系統(tǒng)集成在一起,,這其中既包括一個(gè)公司內(nèi)部的材料、能源和信息的配置,,也包括不同公司間的配置(價(jià)值網(wǎng)絡(luò)),,即以產(chǎn)品供應(yīng)鏈為主線(xiàn),通過(guò)數(shù)據(jù)在企業(yè)之間的自動(dòng)流動(dòng),,實(shí)現(xiàn)一種社會(huì)化協(xié)同生產(chǎn),,如圖3所示。

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  圖3橫向集成

  由圖3可知,,在企業(yè)內(nèi)部的市場(chǎng),、銷(xiāo)售、管理,、計(jì)劃,、生產(chǎn)、工程各環(huán)節(jié)以及外部的設(shè)計(jì)人員,、客戶(hù),、供應(yīng)商、分包商等眾多角色之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)有序流動(dòng),。

  通過(guò)德國(guó)工業(yè)4.0對(duì)3項(xiàng)集成的定義可以看出,工業(yè)4.0愿景中,在企業(yè)內(nèi)部,、企業(yè)之間,、社會(huì)化的智能制造及服務(wù)中,數(shù)據(jù)自動(dòng)有序的流動(dòng)是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要技術(shù),。

  3,、企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)是打造智能工廠(chǎng)的基礎(chǔ)

  未來(lái)的企業(yè)是價(jià)值驅(qū)動(dòng)的企業(yè),是數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的企業(yè),,而數(shù)據(jù)自由有序的流動(dòng)是智能工廠(chǎng)的前提與基礎(chǔ),。

  機(jī)器聯(lián)機(jī)器暢通數(shù)據(jù)流

  現(xiàn)在的電腦、手機(jī)等終端都接入了網(wǎng)絡(luò),。試想一下,,如果這些智能終端不能聯(lián)網(wǎng)工作而只能單機(jī)工作,單是影響工作效率不說(shuō),,幾天下來(lái),,我們就可能要崩潰了:沒(méi)有網(wǎng)絡(luò),怎么工作?同樣,,一臺(tái)機(jī)器即便自身的智能化程度非常高,,能發(fā)揮的作用畢竟是有限的。

  通過(guò)專(zhuān)業(yè)的設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),,將網(wǎng)口,、串口等不同的接口形式,不同的數(shù)字控制系統(tǒng),,數(shù)控銑床,、數(shù)控車(chē)床、加工中心,、機(jī)器人等不同的數(shù)字化機(jī)器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),,實(shí)現(xiàn)機(jī)器的互聯(lián)互通,可徹底改變以前機(jī)器信息化孤島的局面,,從而可以發(fā)揮機(jī)器集群控制的優(yōu)勢(shì),,形成機(jī)器群體的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化,、智能化,,實(shí)現(xiàn)集約化、網(wǎng)絡(luò)化,、柔性化的生產(chǎn)模式,。

  聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器與機(jī)器的通信,而機(jī)器遠(yuǎn)程采集則實(shí)現(xiàn)了機(jī)器與人的交互,。通過(guò)通信協(xié)議,、傳感器和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù),,對(duì)數(shù)控機(jī)床、熱處理設(shè)備(如熔煉,、壓鑄,、熱處理、涂裝等設(shè)備),、機(jī)器人,、自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)等各類(lèi)數(shù)字化機(jī)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集,可監(jiān)控每臺(tái)機(jī)器的實(shí)時(shí)狀態(tài)和異常情況,,對(duì)故障停機(jī),、關(guān)鍵工藝參數(shù)超差等重要事件,可通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或手機(jī)短信等形式及時(shí)送達(dá)相關(guān)人員,,實(shí)現(xiàn)機(jī)器狀態(tài)透明化,、實(shí)時(shí)化的管理。通過(guò)機(jī)器的遠(yuǎn)程診斷與主動(dòng)式預(yù)測(cè)性維護(hù),,智能系統(tǒng)就像醫(yī)生一樣,,在機(jī)器還沒(méi)出現(xiàn)故障之前就得到及時(shí)預(yù)警、保養(yǎng),、維修,,為機(jī)器的健康、經(jīng)濟(jì),、高效運(yùn)行提供了保障,。

  機(jī)器互聯(lián)互通使得以前的“啞機(jī)器”能與外界交流,變得“耳聰目明”了,,這也是智能化中“聯(lián)接促進(jìn)智能”的一個(gè)典型應(yīng)用,。機(jī)器的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化,加速了賽博物理系統(tǒng)(CPS)的形成,?!皺C(jī)器+CPS”讓機(jī)器具有了群體協(xié)作能力及智能化的認(rèn)知能力。

  人,、機(jī),、物間數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng),自組織的智能制造

  通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)+制造模式,,實(shí)現(xiàn)人,、機(jī)、物相互聯(lián)接和自組織的制造,。在這方面,,有些先進(jìn)企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了很多有益的探索,并取得了良好的應(yīng)用效果,。

  博世是德國(guó)智能制造的一個(gè)樣板企業(yè),。在洪堡的物流中心,,設(shè)備與工件之間已經(jīng)借由互聯(lián)網(wǎng)和傳感器建立起了實(shí)時(shí)聯(lián)系:每個(gè)工件或者裝工件的塑料盒里都有記錄產(chǎn)品信息的無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別電子標(biāo)簽(RFID),每經(jīng)過(guò)一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié),,讀卡器會(huì)自動(dòng)讀出相關(guān)信息,,反饋到控制中心由工作人員進(jìn)行相應(yīng)處理,絕大部分生產(chǎn)活動(dòng)都可以實(shí)現(xiàn)自組織,。比如,工件在什么位置,,在什么機(jī)床上加工,,加工的時(shí)間長(zhǎng)短,物料庫(kù)存情況以及是否需要補(bǔ)料等,。這些信息直接與生產(chǎn)管理軟件無(wú)縫集成在一起,,生產(chǎn)過(guò)程中的所有數(shù)據(jù)均可在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)高效、實(shí)時(shí)的流動(dòng)和可視化展現(xiàn),,可輕松有效地解決生產(chǎn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題,。新系統(tǒng)投入使用后,工廠(chǎng)庫(kù)存減少了30%,,生產(chǎn)效率提高了10%,,由此節(jié)約的資金可達(dá)幾千萬(wàn)歐元。

  在博世北京工廠(chǎng)中,,所有的機(jī)床也實(shí)現(xiàn)了互聯(lián),。一臺(tái)計(jì)算機(jī)管理所有的數(shù)控機(jī)床,程序集中存儲(chǔ)在中心服務(wù)器中,,每臺(tái)機(jī)床需要加工程序時(shí)會(huì)遠(yuǎn)程自動(dòng)下載,,機(jī)床的狀態(tài)一目了然,開(kāi)機(jī),、關(guān)機(jī),、運(yùn)行,加工什么產(chǎn)品,,加工產(chǎn)品數(shù)量,,故障信息,機(jī)床的利用率等,,所有信息都自動(dòng),、準(zhǔn)確地顯示出來(lái),實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的透明化和自組織,。

  人,、機(jī)器、物料是企業(yè)生產(chǎn)的三要素,,通過(guò)數(shù)字化手段實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和物理實(shí)體世界與數(shù)字虛體世界的深度融合,,從而將制造業(yè)逐步推向智能化,。聯(lián)接產(chǎn)生協(xié)作,聯(lián)接產(chǎn)生效益,,聯(lián)接產(chǎn)生自組織,,聯(lián)接產(chǎn)生智能。

  虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界間數(shù)據(jù)自由流動(dòng),,打造中國(guó)經(jīng)濟(jì)“雙引擎”

  2016年5月25日,,李克強(qiáng)總理在貴陽(yáng)出席“中國(guó)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)峰會(huì)暨中國(guó)電子商務(wù)創(chuàng)新發(fā)展峰會(huì)”時(shí)指出,大數(shù)據(jù)新業(yè)態(tài)代表的創(chuàng)新理念要和傳統(tǒng)行業(yè)長(zhǎng)期孕育的工匠精神相結(jié)合,,推動(dòng)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界融合發(fā)展,,重塑產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈,、價(jià)值鏈,,促進(jìn)新動(dòng)能蓬勃發(fā)展、傳統(tǒng)動(dòng)能煥發(fā)生機(jī),,打造中國(guó)經(jīng)濟(jì)“雙引擎”,,實(shí)現(xiàn)“雙中高”。

  4,、互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)外的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)

  現(xiàn)在,,互聯(lián)網(wǎng)+已經(jīng)深入制造業(yè),通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)+,,可以消除企業(yè)與消費(fèi)者的距離,,實(shí)現(xiàn)零距離交互的營(yíng)銷(xiāo)等商業(yè)活動(dòng),更可以發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在社會(huì)資源配置中的優(yōu)化和集成作用,,形成更先進(jìn)的生產(chǎn)管理新形態(tài),。

  互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)據(jù)流動(dòng),實(shí)現(xiàn)制造端與消費(fèi)端的零距離交互

  為實(shí)現(xiàn)從大規(guī)模制造向個(gè)性化定制的轉(zhuǎn)型,,早在2012年海爾就開(kāi)始了互聯(lián)工廠(chǎng)的實(shí)踐,,致力于打造按需設(shè)計(jì)、按需制造,、按需配送的體系,。海爾通過(guò)“去中介化”、“去產(chǎn)品化”與用戶(hù)零距離地打造了用戶(hù)交互定制平臺(tái),,用戶(hù)可以遠(yuǎn)程查看自己所購(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)的全過(guò)程,。定制選擇、訂單流轉(zhuǎn),、生產(chǎn)過(guò)程,、物流運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)中,用戶(hù)都將不再是被動(dòng)的等待者,而是全流程的參與者,、監(jiān)管者,。智能化的交互定制平臺(tái)將用戶(hù)、企業(yè)融為一體,,極大地拓展了企業(yè)智能制造的范圍,,企業(yè)內(nèi)外互聯(lián)互通、協(xié)同生產(chǎn),,用戶(hù)與企業(yè)的關(guān)系更加緊密,。

  互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)據(jù)流動(dòng),重構(gòu)企業(yè)生產(chǎn)管理新模式

  隨著用工成本快速升高,、市場(chǎng)需求頻繁變化,、競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步激烈以及數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化,、智能化等新技術(shù)的快速普及,為適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展,,滿(mǎn)足個(gè)性化,、社會(huì)化、敏捷化的智能制造模式的需要,,將來(lái)的工廠(chǎng)一定會(huì)改變當(dāng)前“麻雀雖小,,五臟俱全”的局面,一定會(huì)向充分利用社會(huì)資源方面發(fā)展,,包括訂單,、人員、物料,、設(shè)備的共享,,也一定會(huì)淡化工廠(chǎng)之間的邊界,甚至推倒橫亙?cè)诠S(chǎng)與社會(huì)之間的圍墻,,打破封閉,、獨(dú)立的生產(chǎn)模式,構(gòu)建成開(kāi)放的,、服務(wù)型的平臺(tái),,數(shù)據(jù)將在工廠(chǎng)內(nèi)外、人機(jī)物之間,、信息系統(tǒng)與機(jī)器之間通暢地流動(dòng),,工廠(chǎng)不只是生產(chǎn)產(chǎn)品,更是生產(chǎn)數(shù)據(jù),,數(shù)據(jù)將成為企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力,,工廠(chǎng)將不再是今天的工廠(chǎng)。

  在這方面,,青島海爾模具公司走在了行業(yè)的前面,。為解決企業(yè)接單能力與企業(yè)人員成本這對(duì)矛盾,,該公司于2013年開(kāi)始著手打造“模具云設(shè)計(jì)平臺(tái)”,以期達(dá)到充分利用社會(huì)資源,,改變以前工作全部由企業(yè)員工完成的封閉局面?,F(xiàn)在,在這個(gè)平臺(tái)上,,活躍著數(shù)百位經(jīng)過(guò)技能認(rèn)證,、信用審核通過(guò)的企業(yè)外部工程師,企業(yè)將工作分解后在平臺(tái)上發(fā)布,,這些被稱(chēng)為“云端資源”的工程師會(huì)根據(jù)技術(shù)要求,、價(jià)格、工期等信息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接單,,任務(wù)交付并驗(yàn)收通過(guò)后,,通過(guò)在線(xiàn)實(shí)時(shí)支付薪酬,整個(gè)工作全部通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)接,、協(xié)作,。這樣,通過(guò)“眾包”這種社會(huì)化協(xié)作模式,,社會(huì)上各種技能的技術(shù)人員,,包括國(guó)企、外企,、民營(yíng)企業(yè)以及學(xué)校中有初級(jí)技能的學(xué)生,,均可利用自己的時(shí)間資源和智力資源,承接與自己技能匹配的工作,,獲取相應(yīng)的報(bào)酬,,實(shí)現(xiàn)自身“剩余智慧”的價(jià)值。對(duì)企業(yè)而言,,通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)+的思想,,在不增加員編制的情況下,可以將企業(yè)人力資源迅速提升數(shù)倍乃至數(shù)十倍,,企業(yè)在效率提升,、成本降低以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、抗風(fēng)險(xiǎn)能力等方面,,都有了質(zhì)的提升,。

  這種“云設(shè)計(jì)平臺(tái)”是一個(gè)典型的以工廠(chǎng)為中心,眾多“云端資源”配合的社會(huì)化協(xié)作模式,。將來(lái)的工廠(chǎng)為解決供需信息不透明,、不匹配的矛盾,避免工廠(chǎng)產(chǎn)能過(guò)剩或訂單找不到合適工廠(chǎng)的情況發(fā)生,,必然要打破自身組織的“圍墻”,,將自己的訂單、設(shè)備,、物料,、人員等信息通過(guò)社會(huì)化的平臺(tái)進(jìn)行分享,實(shí)現(xiàn)企業(yè)—企業(yè),、企業(yè)—個(gè)人等多組織形態(tài)的社會(huì)化協(xié)作,,構(gòu)建“網(wǎng)狀”的社會(huì)化制造生態(tài)圈。

  如同青島海爾模具公司探索的這種商業(yè)模式,,未來(lái),,企業(yè)將不再是一個(gè)相對(duì)封閉的組織,而是一個(gè)可充分利用社會(huì)資源的,、社會(huì)化的,、具有高度智能調(diào)度和超級(jí)加工能力的組織。該組織不屬于任何企業(yè),,可以隨時(shí)隨地把他們的加工能力分享出去,,承接世界上任何人、任何組織的訂單,。

  5、智能工廠(chǎng),,數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)無(wú)極限

  未來(lái)的工廠(chǎng),,一切以客戶(hù)價(jià)值為導(dǎo)向,承載知識(shí)的數(shù)據(jù)沿著產(chǎn)品價(jià)值方向而自由流動(dòng),,從市場(chǎng)需求,、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)計(jì)劃,、生產(chǎn)執(zhí)行,、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)到售后服務(wù),數(shù)據(jù)在收集,、分析,、決策、執(zhí)行中增值,,虛實(shí)精準(zhǔn)映射,,數(shù)字虛體世界指導(dǎo)、控制著物理實(shí)體世界的生產(chǎn),,解決了物理實(shí)體世界中的不確定性,、多樣性和復(fù)雜性等問(wèn)題,確保正確的數(shù)據(jù)在正確的時(shí)間發(fā)送給正確的人和機(jī)器,并進(jìn)行正確的執(zhí)行,。同時(shí),,物理實(shí)體世界又通過(guò)反饋優(yōu)化著數(shù)字虛體世界。虛實(shí)兩世界相互融合,,共軛發(fā)展,,共同實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。

  6,、結(jié)束語(yǔ)

  將數(shù)字化設(shè)備,、產(chǎn)品聯(lián)入網(wǎng)絡(luò),聯(lián)接一切可以聯(lián)接的數(shù)字化事物,。實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化之間,、設(shè)備之間、信息化系統(tǒng)與設(shè)備之間以及企業(yè)內(nèi)外之間的信息化集成與聯(lián)接,,賽博空間,、物理實(shí)體通過(guò)數(shù)據(jù)流動(dòng)而深度融合,并相互促進(jìn),。

  虛虛聯(lián)接,、實(shí)實(shí)聯(lián)接、虛實(shí)聯(lián)接,、內(nèi)外聯(lián)接,,網(wǎng)聯(lián)一切可以聯(lián)接的數(shù)字化事物。聯(lián)接產(chǎn)生價(jià)值,,聯(lián)接產(chǎn)生新的商業(yè)模式,。

  未來(lái)的企業(yè)是價(jià)值驅(qū)動(dòng)的企業(yè),是數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的企業(yè),,而數(shù)據(jù)自由有序的流動(dòng)是智能工廠(chǎng)的前提與基礎(chǔ),。


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