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工业4.0专家访谈:什么是真正的“智能工厂”?

更新时间:2016-06-22

        第四次工业革命将要来临。至少,这是德国许多企业与政府领导人的观点,他们用工业4.0的概念开辟制造业的新道路。在第三次工业革命中,信息技术是关键推动力。未来的趋势是互联网将与制造业紧密联合,21世纪无处不在的互联网平台与其他先进计算机科技都将推动制造业的发展,带来我们常说的“智能工厂”。

      一个智能工厂具有什么样的特征才称得上“智能”?至少有四点:

      人机一体化,虚拟现实,具有自组织和超融性的能力,具有自学习和自我维护能力,有自律的能力。那么如何实现设计制造一体化、管控一体化呢?

       1、首先设备或者仪表等传感器要能够自组织、自学习、自维护的感知能力,理解环境信息和自身信息,并进行分析和判断来规划自身的行为和能力。能够跟随环境的变化自己做出决策来调整行动CONTROL ENGINEERING China版权所有,有较强有力的支持度和记忆支持的模型为基础。

      2、工业互联网实现互联互通、实时控制,进而实现安全、节能将是智能工厂的核心技术。具体而言通过网络获取大数据的应用,开发、销售、ERP、PLM、SCM等业务管理系统与实际生产过程之间的协同等。通过设备间的互联,提高设备间的相互协同能力,从而使生产模块间的搭配方式更灵活、更自由;

      3、利用机器视觉,人工智能等技术,使机器人与设备具备更加智能化的功能;通过信息化技术与自动化技术的结合,构建深度整合的数字化工厂;

      智能工厂中不仅仅是智能系统、智能模型这么简单,而是把传统的工厂附加上形象思维,让他独立承担起分析、判断、决策的任务,在智能机器的配合下能够更好的发挥出人的潜力,使人机之间表现出一种平等共事、互相理解、互相协作的关系。因此,在智能制造系统当中,高素质、高智能的人将发挥更好的作用。

      人工智能则承担起了能够帮助厂区分析、判断、决策的任务,机器智能和人的智能能真正的集成在一起,相互配合、相得益彰。

      4、实现虚拟现实技术也是实现高水平的人机一体化的关键技术之一,虚拟现实技术是以计算机为基础,融合信号处理、动画技术、智能推理、预测、仿真多媒体技术为一体,借助多种音像和传感器,虚拟展示现实生活当中各种过程、部件,因而能够模拟制造过程和未来的产品。从感官和视觉上给人获得完全如真实的感受,它的特点是可以按照人的意志、意念来变化,这种人机结合的新一代的智能界面是智能制造的显着特征。

      总结现代智能工厂有四大关键点:

      一是要连接所有网络以拿到数据。

      二是要有智能传感器。

      三是大数据,将所有设备、所有人连接后,所有数据都大批量传送到智能终端上。

      四是分析,得到数据后从中抓取出应用趋势来,提高设备状态的检测和预测水平。要形成高速传输、大数据,保证实时性、安全性和节能就变得十分关键。

      因此工业互联网是承载人工智能的技术平台、大数据则成为人工智能的生产要素。

      德国工业4.0专家访谈:什么是真正的“智能工厂”?

      IT科技与制造业的汇合就是工业4.0的目标,德国政府推动了许多项目来发展这项计算化生产概念。德国统一后,苏醒成为一股强大的工业力量。工程学博士Thomas Bauernhansl教授即将在德国法兰克福召开的ISC高性能会议上,讲阐述工业4.0的话题。Bauernhansl教授在德国Fraunhofer应用研究促进协会以及斯图加特大学工业制造与管理中心担任总监,他在德国汽车与机械工程行业有八年工作经验CONTROL ENGINEERING China版权所有,并参与了一系列顶尖制造技术的研发。以下是他自己对于第四次工业革命的个人观点。

      自动化对于工厂来说并不陌生,已经存在了几十年。“智能工厂”的概念有何不同之处?

      智能工厂之所以新,不只是因为数字化,还有将智能生产系统实时互联的可能性。只有通过大数据分析,这才有可能实现。

      同时,智能工厂也是实现去中心化的重要一步。实体的物理数据将通过传感器的方式获得。智能工厂也将使用全球都可以获得的数据,这必须经过分析和储存。联网将通过数字化通信技术实现,而实体世界中的运营将由人类或者机器人来实现。

      智能工厂的目标是根据终端客户,以特定方式来提供定制化服务。只有通过阶层性较弱的网络来互相配合,才能让这种服务在经济上取得成功。

      这需要应用什么样的计算技术?

      在不久的将来,利用数据和专业技术来创造价值,将成为所有商业模型的核心。我们的挑战是如何从收集到的大量数据中,自动生成出可用的信息和知识,并且非常经济地管理大量数据。

     物联网(IoT)平台是许多新商业模型的支柱,提供了几乎实时的沟通,以及交易的高透明度。

      所谓的“网络-物理生产系统”(CPPS)将是智能工厂的关键。相应的层面有三种:在应用层面,信息从生产控制和运营中获取。平台层面是负责各种IT服务的整合。最后,元器件层面提供了传感器、促动器、机器、订单、员工和产品。将这些所有层面结合在一起www.cechina.cn,就有了数字化制造,用高级科技能力整合社会经济需求。

      总体来说,智能工厂将如何改变制造商们的竞争趋势?

      制造商们必须更加灵活和多元。他们必须放弃控制。类似这样的复杂系统没法完全控制,因为智能机器、订单和工具基于动态数据来进行决策。有时候,人们没法理解其内在的决策原因。人们必须得认识到这一点,知道如何控制结果。

      企业与竞争者之间必须互相配合——这也是新的。之所以必须,是因为个体化、个人化的生产会通过多方使用的生产平台进行组织:客户、供应商、服务商等等。这种新的商业生态将整个生产过程相互关联起来。

      企业的产品会成为一种传递信息与专业技术的媒介。产品和用户之间的关系会变得透明,这带来了新的机遇。为了利用这样的机遇,企业必须理解这种新的商业逻辑,建立合作式的商业模型,即便是竞争依旧存在。这能带来巨大的潜在经济节省。

      此外,客户、供应商和合作伙伴之间的高度配合非常重要,远远超越了纯粹的买卖关系。在理想的情景下,消费者也包括在了生产过程中,会带来额外的价值。作为结果,消费者也负责承担复杂度所带来的部分成本。在过程中,消费者会带来重要的数据,企业可以以此为基础打造附加服务,从而直接或间接地开展业务。

      让我们举一个具体的例子。这样的趋势对于汽车制造行业有什么样的影响?

      19世纪的工业效率先锋弗里德里克·泰勒(编者注:弗里德里克·泰勒(1856-1915)是美国“科学管理之父”,担任美国机械工程师协会主席和哈佛大学教授,提倡科学化、标准化管理,其思想在美国和欧洲影响深远。)所设立的一些原则,如今必然会走到尽头了。固定周期的生产和组装线将会被模块化的移动工作台取代。举个例子,对于汽车制造来说,这意味着车身将通过一个自动化指导设备移动到一台智能机器,机器可以通过WIFI或者互联网进行实时沟通。机器“告诉”车身部件,自己准备好进行生产了。这样,汽车工业将再一次被改变。

      许多人将工业4.0描述为第四次工业革命。这也与汽车行业的新要求有关。对于许多新类型的设备来说,需求都在上升,尤其是个人化的需求。虽然在前面的三次工业革命中CONTROL ENGINEERING China版权所有,更高的生产力永远都是目标,不过现在,灵活生产、满足定制要求的优先级更高。

      在这个新环境中,工厂工人的角色又是什么呢,他们还有角色吗?

      人依旧会是生产制造的中心。在某些领域的员工可能会更少,例如营销、订单处理和管理。但是工厂永远都会需要工人。工人会从沉闷的任务中解放出来,如果说制造过程是一曲交响乐,那么工人就会是指挥家。有了智能IT工具的帮助,他们会专注于决策和控制生产。工人必须在IT和其他领域获取新的技能。

      我们必须花更多功夫来整合目前已有的IT技术,灵活、无缝地连接进入智能工厂基础设施,工厂基础设施是以工人为中心、以数据为驱动的。另外,我们还会越来越多地应用多模式人机交互界面。

      在智能工厂中,新的工具会为车间中的工人带来力量。通过利用灵活的工厂基础设施来整合多个建设模块,人们可以专注在工人的需要、期望和要求上,获得组织层面策略与变革管理的支持,从而实现进步。

      在第四次工业革命中,强大的机器人会给工人提供支持。这些机器人只要几分钟就可以执行新的日常流程,并告诉员工需要实施哪些步骤。机器人可以持续不停地工作,对于工厂来说,无论是哪天工作、什么时间段工作,耗费的成本都是一样的。

      要让这个概念成为现实,最大的挑战是什么www.cechina.cn,包括技术上和文化上的挑战?

      最重要的挑战是无处不在的快速互联网基础设施,以及网络-物理系统的标准界面。对于制造平台的大数据应用,我们需要安全与保护,这样,行业内的人们才会信任这种与工业互联网连接的新型联网技术——工业4.0。

      可持续经济发展的潜能已经在我们的面前。这已经能够说服行业去开拓新领地,利用恰当的投资和灵活性,随着第四次工业革命前进。这是国家可以保持国际竞争力和持续发展的唯一办法。

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