工業4.0將會給制造業帶來什么?
欄目:行業資訊 發布時間:2021-08-20
工業4.0寓意是以信息物理系統(Cyber Physical System)為基礎,以生產高度數字化、網絡化、機器自組織為標志的第四次工業革命。

工業4.0寓意是以信息物理系統(Cyber Physical System)為基礎,以生產高度數字化、網絡化、機器自組織為標志的第四次工業革命。這個概念起源于2012年的德國漢諾威工業博覽會(Hannover Messe),工業40被定義為制造業的信息智能化,包括更高層次的互聯性、更智能的設備和機器與設備之間的通信。在工業40時代,機器設備具有強大數據處理能力,它們提供的信息、統計數據和動態分析通過互聯共享能夠使生產變得更智能、更精益、更節能。

完整的工業40智能化體系

工業40的目標是智能制造,其精髓是智慧工廠,其基石是精益生產和信息互聯。而這一切都需要硬件,軟件,大數據和管理系統的支撐。相對于傳統工業用6MMaterialMachineMethodsMeasurementMaintenanceModeling)來表示其特征,智能制造的生產方式可以用6C來定義:ConnectionCloudCyberContentCommunityCustomization。未來工業的智能化體系結構可以直觀的用一個金字塔來表示。

完整的工業40智能化體系

將來會怎樣?

工業40最終將導致制造業和工業的一個與以往任何時刻都不同的顯著變革。從長遠來看,“連接”是未來工業最醒目的主題詞,所以生產者,生產要素(設備,工廠,物料),供應商和客戶工都將在連接的范圍之內。工業40將無處不在的傳感器,各種嵌入式終端系統,智能控制系統,通信設備和交通工具,通過信息物理系統編織成一個智能網絡,使得設備與設備之間,設備與產品之間,人與設備之間,人與產品之間,人與人之間通過該智能網絡實現虛擬與現實,數字世界和物理世界的持續的互聯互通,信息交流,行為交互。

工業40智慧工廠

對于未來工廠而言,在智能控制基礎上的智慧工廠的各種智能生產設備和產線將能根據具體情景進行自動調節并作出更多的自主決策。今后,隨著智能工廠在世界各地的出現,工廠之間的地理邊界和數據隔離可能成為過去。對各個行業來說,工業40是一個絕佳的機會,它們可以利用這個機會逐步實現傳統工廠到智能工廠的轉變。新技術也將導致更多靈活的、可持續的和環保的生產線的出現。

未來工業方向

1、高度集成化:在企業內部實現把所有生產、運營環節信息的無縫連接,即實現企業內部信息流,資金流和物流的產品全生命周期縱向集成;在企業之間通過價值鏈及信息網絡實現研,產,供,銷無滯銜接的橫向集成;在企業與客戶之間通過各種先進的互聯和社交工具實現共享價值鏈的端到端集成。

2、數據就是核心:未來工業對于各種產品數據,運營數據,價值鏈數據和外部各種客戶數據的大數據積累,模型建立以及實施數據的精準分析將是工業4.0的生產體系區別于傳統工業生產體系的本職特征。

3、層出不窮的創新:圍繞信息技術將分別實現新的智能技術,工業技術的融合與發展;智能產品和裝備的涌現;以及智能生產模式,產業生態和組織機構的創新。

4、生產方式大轉型:實現從生產型制造向服務性制造轉型;從生產要素驅動向創新驅動轉型。

通向未來之路

對于現存的傳統工業所面臨的問題,以及如何向未來挺進,可簡單用以下圖來闡述。在企業邁向未來的升華之路上,將用智慧、經驗、產品和技術竭誠為您提供最簡捷的解決方案和最完美的服務。

相關:最接近工業40的自動化工廠

工業40概念在中國被炒得火熱。相比之下,它的創造者德國人卻并不熱衷于提這個概念。制造企業更愿意從自身發展需求出發進行技術升級和改造,下面要分享的是我們08年為瑞士做過的一個全自動無人工廠項目。

當時還沒有工業40這個提法,但該系統當時已經大大超前,現在看來在技術上是最接近工業40理想的解決方案了。

1、工業40應用技術

柔性生產

該生產系統所要實現的目標是使生產實現最大的柔性化。

自動化和信息化是實現柔性定制個性化生產的手段。

從視頻中可以看到,AGV小車將毛坯推入代加工區域,而這些毛坯木料的尺寸大小都是不同的,按照頂點順序進行排列,符合JIO理念。

JIOJust In Order)是繼JITJust In Time)準時制生產的基礎上提出的,要求供應商不僅應按時將零部件送抵生產現場,還要求不同規格零部件的順序按照要求排列,以便滿足混線生產的要求。

這樣不同型號的產品在裝配時,不會因為零件順序錯落而發生裝配錯誤的問題。

豐田的JIT只適合單一產品的大批量生產,而JIO則是混線生產,柔性制造模式所必需的供應鏈運作機制,是生產模式的變革。

目前國內的自動化項目都號稱40,但絕大部分無法實現柔性制造。

所以在筆者看來,中國企業談40只是按照自動化集成去理解,并沒有真正領會生產模式變革的意義。

數據追蹤

在產品的整個生命周期中會產生很多數據,即所謂的大數據。

制造商需要能夠利用這些數據對產品進行跟蹤,以了解產品的狀態。

比如某個客戶購買的某產品中的某個零件出了問題拿到售后服務部門去維修,這時生產廠應該能夠知道這個零件的供應商是誰,哪個生產環節中的哪個人應該對此負責,并計算出損失。

相關的技術和軟件產品(PLMPDMERP CRM SCM等)早在幾乎20年前就已經非常成熟,相對欠缺的是生產環節的大數據處理。

盡管也有相對成熟的解決方案,如MES(制造執行系統),SCADA(現場數據采集系統),APS(先進生產計劃系統)等,但是由于缺乏強大的車間級管理系統去協調各生產設備,生產車間的自動化和信息化層始終存在著難以打破的屏障,原因很多此處不展開討論。

而視頻中的生產系統則采用相對簡單和獨立的軟件系統,在設備層實現了對生產數據的集成和管理。

首先機器人通過專用的檢測設備對入庫毛坯進行全檢,再掃描條形碼,根據讀取的產品信息自動調用加工程序(NC代碼由產品設計數模自動生成),并自動調整支撐夾具的位置,以適合零件的尺寸。

加工完畢后,由于條碼在加工過程中被破壞掉,所以再次貼敷條碼,并更新產品生產數據,記錄設備運行數據,將這些數據通過現場總線傳入上位機的生產管理/監控系統。

由于每個零件上都有條碼,每個條碼對于正確的程序,所以不論來料按何種順序排列,加工過程是不會出現問題的。

也就是說生產管理調度軟件和生產設備之間是相互獨立運行的,就算生產調度出了問題,也不會造成生產程序調用錯誤。

而即便產品信息和加工數據在對應上出現問題,機器人的入庫檢測信息也會與程序信息進行比對,不會出現加工廢品(即可能用較大尺寸的毛坯加工出小尺寸產品,而不會出現小尺寸毛坯調用大尺寸產品加工程序的問題)。

所以說,當我們評價工業4.0或工業互聯網,物聯網方案先進性的時候,不應只看技術實現的手段,不要去較真條形碼,二維碼,RFID哪個技術更先進,而更應該關注這些生產數據所支持的智能生產的運作機制。

工序集中

整套生產系統集中了每一個產品從入庫到出庫的全部工序,與以往生產單元的概念有所突破,除了機械加工和上下料以外,該系統集成了自動檢測,工裝夾具調整(柔性工裝),生產訂單管理等功能。

機加工序之后基本上直接進噴漆車間后就可以出廠了。

在生產戰略規劃上,該企業并沒有搞垂直整合,而是把附加值最高的定制化加工留給了自己,利潤薄,污染環境的上下游工序統統外購或外協。

優化設計

從產品開發邏輯上講,產品設計決定了生產工藝,而生產工藝決定生產設備。

當我們談論工業4.0或智能制造的時候,通常只關注到設備或軟件,而往往忽視了方法(工藝),更不會去在意設計(概念)。

產品設計從一開始不但決定了產品本身的價值,也決定了大部分的生產成本。

以該瑞士制造商為例,由于產品為定制化設計,所以在安裝時需要服務人員在客戶現場進行安裝,而由于瑞士的人工成本極高,所以在設計時就必須充分考慮到組裝的便捷性,即DFADesign For Assembly)。

說得更通俗些,這種木門的最終安裝實際上和組裝宜家家具是一樣的,但是安裝的復雜程度和精度要求要更高,安裝時也需要更專業的工具。

然而如果按照中國木匠打家具的方法,實地測量尺寸再鋸斷合適長度的木料,再釘釘子等等,那么瑞士的這套木門成本會極高。

所以就要求在設計之初就要求便于快速組裝,而且具有一定的通用性,小型功能零件盡量采用標準件,只是在門板樣式和規格上體現個性化差異。

這種產品設計既要保證便于個性化定制生產,也要合理降低制造成本,便于安裝維護。

所以說,一套體系化的產品設計理念和產品開發平臺才是成功實現工業40轉型最基本的前提。

2、產業變革的趨勢

沒有夕陽產業只有夕陽觀念

在中國人眼里,木門生產絕對是落后的傳統制造業,沒有利潤,沒有科技含量,沒有發展前途。

但是這個工業40項目卻落地在全世界工業技術水平最高,人工成本最貴的瑞士。

可見先進的智能化制造系統是完全可以彌補人力成本的劣勢,而傳統制造業向發達工業國回流也確實正在發生。

中國的制造企業必須有所作為才能避免在這次工業革命中被淘汰。

柔性智能生產系統增大利潤空間

制造成本是相對概念,當產品價值足夠高時,那么制造成本就可以忽略不計了。

視頻里的瑞士公司通過投資智能制造設備,首先在戰略上實現了定制化生產,使得產品本身的價值大幅提高,而全自動制造系統免去了人工成本,并且整個設備占地非常小卻可以實現以往一個工廠的全部工序,使得土地成本構成的比重大幅下降。

通常我們認為中國的土地和人力成本很低,因此制造業優勢明顯。但是一旦發達的工業國紛紛采用柔性智能無人/少人生產系統來實現工業40革命,那么未來制造業的利潤-成本構成將發生極大的變化:

土地,人力,能源等資源相關的因素在生產成本中所構成的比利將大為降低,智能設備的技術折舊以及雇用高端技術和咨詢人員的將成為未來主要的成本。

所以,如果不增加在知識和技術上的投入,中國制造業將面臨毀滅性的打擊。

企業看工業40往往只看到了相關技術的先進,看到了不足,但是缺乏合理的方法論去實現轉型升級。

中國企業要轉型升級,首先要看懂制造業的發展趨勢,在整理出合適自己的新的運營模式,再根據這個模式有所取舍地規劃企業轉型升級的途徑和戰略。

只要中國的制造企業多一些理性,少一些浮躁,以中國人的聰明才智總可以找到合適自己的轉型升級之路。


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