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工業(yè)4.0

2016-4-18  閱讀(989)

工業(yè)4.0是德國政府提出的一個高科技戰(zhàn)略計劃。該項目由德國聯(lián)邦教育局及研究部和聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部聯(lián)合資助,投資預(yù)計達2億歐元。旨在提升制造業(yè)的智能化水平,建立具有適應(yīng)性、資源效率及人因工程學的智慧工廠,在商業(yè)流程及價值流程中整合客戶及商業(yè)伙伴。其技術(shù)基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)實體系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)。
德國所謂的工業(yè)四代(Industry4.0)是指利用物聯(lián)信息系統(tǒng)(Cyber-PhysicalSystem簡稱CPS)將生產(chǎn)中的供應(yīng),制造,銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化,zui后達到快速,有效,個人化的產(chǎn)品供應(yīng)。
工業(yè)4.0已經(jīng)進入中德合作新時代,中德雙方簽署的《中德合作行動綱要》中,有關(guān)工業(yè)4.0合作的內(nèi)容共有4條,*條就明確提出工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化就是""對于未來中德經(jīng)濟發(fā)展具有重大意義。雙方認為,兩國政府應(yīng)為企業(yè)參與該進程提供政策支持。
"" 研究項目由德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部聯(lián)手資助,在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等德國學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動下形成,并已上升為戰(zhàn)略。德國聯(lián)邦政府投入達2億歐元。
德國政府提出""戰(zhàn)略,并在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出,其目的是為了提高德國工業(yè)的競爭力,在新一輪工業(yè)革命中占機。 該戰(zhàn)略已經(jīng)得到德國科研機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的廣泛認同,弗勞恩霍夫協(xié)會將在其下屬6-7個生產(chǎn)領(lǐng)域的研究所引入概念,西門子公司已經(jīng)開始將這一概念引入其工業(yè)軟件開發(fā)和生產(chǎn)控制系統(tǒng)。
""概念包含了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉(zhuǎn)變,目標是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式中,傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失,并會產(chǎn)生各種新的活動領(lǐng)域和合作形式。創(chuàng)造新價值的過程正在發(fā)生改變,產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。
德國學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認為,""概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命,或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)-信息物理系統(tǒng)(Cyber-Physical System)相結(jié)合的手段,將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。
""項目主要分為三大主題:
一是"智能工廠",重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程,以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn);
二是"智能生產(chǎn)",主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。該計劃將特別注重吸引中小企業(yè)參與,力圖使中小企業(yè)成為新一代智能化生產(chǎn)技術(shù)的使用者和受益者,同時也成為先進工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)造者和供應(yīng)者;
三是"智能物流",主要通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng),整合物流資源,充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應(yīng)方的效率,而需求方,則能夠快速獲得服務(wù)匹配,得到物流支持。
德國制造業(yè)是世界上競爭力的制造業(yè)之一,在制造裝備領(lǐng)域擁有*的地位。這在很大程度上源于德國專注于創(chuàng)新工業(yè)科技產(chǎn)品的科研和開發(fā),以及對復(fù)雜工業(yè)過程的管理。德國擁有強大的設(shè)備和車間制造工業(yè),在世界信息技術(shù)領(lǐng)域擁有很高的能力水平,在嵌入式系統(tǒng)和自動化工程方面也有很專業(yè)的技術(shù),這些因素共同奠定了德國在制造工程工業(yè)上的地位。通過戰(zhàn)略的實施,將使德國成為新一代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)(即信息物理系統(tǒng))的供應(yīng)國和主導(dǎo)市場,會使德國在繼續(xù)保持國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的前提下再次提升它的競爭力。
有一個關(guān)鍵點,就是"原材料(物質(zhì))"="信息"。具體來講,就是工廠內(nèi)采購來的原材料,被"貼上"一個標簽:這是給A客戶生產(chǎn)的XX產(chǎn)品,XX項工藝中的原材料。準確來說,是智能工廠中使用了含有信息的"原材料",實現(xiàn)了"原材料(物質(zhì))"="信息",制造業(yè)終將成為信息產(chǎn)業(yè)的一部分,所以將成為zui后一次工業(yè)革命。
商業(yè)模式對制造業(yè)來說至關(guān)重要。那么,在時代,未來制造業(yè)的商業(yè)模式是什么?就是以解決顧客問題為主。所以說,未來制造企業(yè)將不僅僅進行硬件的銷售,而是通過提供售后服務(wù)和其他后續(xù)服務(wù),來獲取更多的附加價值,這就是軟性制造。而帶有"信息"功能的系統(tǒng)成為硬件產(chǎn)品新的核心,意味著個性化需求、批量定制制造將成為潮流。制造業(yè)的企業(yè)家們要在制造過程中盡可能多的增加產(chǎn)品附加價值,拓展更多、更豐富的服務(wù),提出更好、更完善的解決方案,滿足消費者的個性化需求,走軟性制造+個性化定制道路 。
由德國""研究機構(gòu)、現(xiàn)貨相關(guān)院所和中德兩國企業(yè)組成的青島中德""推動聯(lián)盟,2月9日在*十一個級經(jīng)濟新區(qū)--青島西海岸新區(qū)成立,成為現(xiàn)貨*""聯(lián)盟。
2014年11月4日,現(xiàn)貨首套流水線在第十六屆現(xiàn)貨工業(yè)博覽會上亮相。
青島中德生態(tài)園管委主任趙士玉介紹說,青島中德生態(tài)園作為中德兩國共同建設(shè)的生態(tài)型、智能型、開放型利益共同體,中德""推動聯(lián)盟在這里成立十分有意義。""是大數(shù)據(jù)革命、云計算、移動互聯(lián)時代背景下,對企業(yè)進行智能化、工業(yè)化相結(jié)合的改進升級,是現(xiàn)貨企業(yè)更好的提升和發(fā)展的一條重要途徑。中德""聯(lián)盟成立后,青島西海岸新區(qū)將投入1億元人民幣對區(qū)域內(nèi)部分企業(yè)進行試點,未來將逐步實現(xiàn)企業(yè)""升級。
工業(yè)自動化是德國得以啟動的重要前提之一,主要是在機械制造和電氣工程領(lǐng)域。目前在德國和制造業(yè)中廣泛采用的"嵌入式系統(tǒng)",正是將機械或電氣部件*嵌入到受控器件內(nèi)部,是一種特定應(yīng)用設(shè)計的計算機系統(tǒng)。數(shù)據(jù)顯示,這種"嵌入式系統(tǒng)"每年獲得的市場效益高達200億歐元,而這個數(shù)字到2020年將提升至400億歐元。
有專家預(yù)計,不斷推廣的將為德國的西門子、ABB、通快(Trumpf)等機械和電氣設(shè)備生產(chǎn)商,以及菲尼克斯電氣(Phoenix Contact)、浩亭(Harting)以及魏德米勒(Weidmuller)等中小企業(yè)帶來大量訂單。
德國聯(lián)邦貿(mào)易與投資署專家Jerome Hull在接受時代周報記者專訪時表示,是運用智能去創(chuàng)建更靈活的生產(chǎn)程序、支持制造業(yè)的革新以及更好地服務(wù)消費者,它代表著集中生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變。
Jerome Hull介紹:所謂的系統(tǒng)應(yīng)用、智能生產(chǎn)工藝和工業(yè)制造,并不是簡單的一種生產(chǎn)過程,而是產(chǎn)品和機器的溝通交流,產(chǎn)品來告訴機器該怎么做。生產(chǎn)智能化在未來是可行的, 將工廠、產(chǎn)品和智能服務(wù)通聯(lián)起來,將是在新的制造業(yè)時代一件非常正常的事情。
是涉及諸多不同企業(yè)、部門和領(lǐng)域,以不同速度發(fā)展的漸進性過程,跨行業(yè)、跨部門的協(xié)作成為必然。同樣是在2013年漢諾威工業(yè)博覽會上,由德國機械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(VDMA)、德國電氣和電子工業(yè)聯(lián)合會(ZVEI)以及德國信息技術(shù)、通訊、新媒體協(xié)會(BITKOM)三個專業(yè)協(xié)會共同建立的平臺正式成立 。
根據(jù)德國DE雜志對該問題的解釋,"安全"在這里有兩層含義:一方面,人們所獲取的數(shù)據(jù)必須可信的,另一方面他們必須具有安全防盜功能,可以免遭外部的竊取或損害,如攻擊、間諜。
"誰來保證安全的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,這是主要的問題。包括政府、研究人員和企業(yè)在內(nèi)的所有人員都同意,我們需要有新的標準來實際有效地執(zhí)行新的解決方案。"Jerome Hull對時代周報記者說。
標準化的缺失實際上是德國項目推行過程中所遭遇的另一個困難。設(shè)備不僅必須會說話,而且必須講同一種語言,即通向數(shù)據(jù)終端的"接口"。
德國正致力成為這個標準的制定者和推廣者。德國總理默克爾認為,德國可成為標準的推動者,并在歐洲甚至推行這些標準。
德國*并沒有透露這些標準的相關(guān)內(nèi)容,但據(jù)悉,標準的制定工作正在緊鑼密鼓地進行當中。近日,平臺剛剛發(fā)布了一個工業(yè)數(shù)據(jù)空間,訪問者可以通過該空間獲取世界上所有工業(yè)的信息。這個空間有著統(tǒng)一的"接口"標準,并且允許所有人對其進行訪問。
探索標準化的還有他人。事實是,為了應(yīng)對去工業(yè)化、將物聯(lián)網(wǎng)和智能服務(wù)引入制造業(yè)的并不止德國一個。盡管提法不同,但內(nèi)容卻類似,如美國的"先進制造業(yè)戰(zhàn)略計劃"、日本的"科技工業(yè)聯(lián)盟"、英國的"工業(yè)2050戰(zhàn)略"等。而現(xiàn)貨制造業(yè)頂層設(shè)計-"現(xiàn)貨制造2015"也已經(jīng)在今年上半年推出。
2014年11月李克強總理訪問德國期間,中德雙方發(fā)表了《中德合作行動綱要:共塑創(chuàng)新》,宣布兩國將開展合作,該領(lǐng)域的合作有望成為中德未來產(chǎn)業(yè)合作的新方向。而借鑒德國計劃,是"現(xiàn)貨制造2025"的既定方略。
德國聯(lián)邦貿(mào)易與投資署現(xiàn)貨事務(wù)專家Christina Otte在接受時代周報記者書面采訪時認為,現(xiàn)貨工業(yè)轉(zhuǎn)型在現(xiàn)貨轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長模式的過程中扮演著重要角色?,F(xiàn)貨政府試圖重新去平衡經(jīng)濟發(fā)展,即減少以投資和出口為基礎(chǔ)的增長,尋求更多的來自內(nèi)需驅(qū)動的增長。為了實現(xiàn)這一目標,現(xiàn)貨需要實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化。為了保持GDP在一個穩(wěn)定的增長水平上,它需要從勞動密集型生產(chǎn)模式切換至的高科技生產(chǎn)模式。勞動力成本急劇上漲,并且在將來仍會繼續(xù)擴大?,F(xiàn)貨將在不久的將來面臨合格人才的短缺。從長期來看,只有那些進入制造業(yè)的企業(yè)才有機會留在市場里。這種由現(xiàn)代化所帶來的壓力將影響到現(xiàn)貨幾乎所有的行業(yè),而工業(yè)自動化和新一代信息技術(shù)的集成是關(guān)鍵。
"德國的可以為現(xiàn)貨提供一種未來工業(yè)發(fā)展的模式,幫助現(xiàn)貨解決眼下所面臨的一些挑戰(zhàn),如資源和能源效益、城市生產(chǎn)和人口變化等。"Christina Otte說。
隨著現(xiàn)貨的加入,德國對標準的制定或?qū)⒓铀?。
標準化
工廠要對內(nèi)外各種物品與服務(wù)進行聯(lián)網(wǎng),那么,通信方式、數(shù)據(jù)格式等許多內(nèi)容都需要標準化。目前在標準化舞臺上,美、德、日等發(fā)達能夠長期保持主導(dǎo)地位,主要憑借的就是強大的制造業(yè)綜合實力,而我國目前在標準化舞臺上仍然處于“聽眾”角色,也從一個側(cè)面反映了我國制造業(yè)整體水平的差距。
標準先行是“”戰(zhàn)略的突出特點。為了保障“”順利實施,德國將標準化排在行動*,成立一個工作組,專門處理標準化和參考架構(gòu)方面的問題。2013年12月,德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會發(fā)布了“”標準化路線圖。我國在推進信息技術(shù)與工業(yè)深度融合的具體實踐中,也應(yīng)高度重視標準化在制造業(yè)發(fā)展中的作用,及時出臺“兩化融合”或“兩化深度融合”的標準化路線圖,盡zui大可能實現(xiàn)標準的化,使現(xiàn)貨標準得到上的廣泛采用。
此外,跨學科、跨領(lǐng)域是制造業(yè)高技術(shù)發(fā)展的顯著特點。隨著制造業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展,各種高新技術(shù)以的廣度和深度滲透到制造業(yè)的各個環(huán)節(jié)中,使制造業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)過程和管理方式都發(fā)生了深刻,甚至是革命性的變化,催生了一大批新興高技術(shù)制造業(yè)出現(xiàn)。反過來,制造業(yè)在發(fā)展過程中,不斷融入和集成各種技術(shù),形成極為復(fù)雜的系統(tǒng)化過程。為此,只有從一開始就進行標準化的約束和引導(dǎo),才能有序開展與推廣“兩化融合”。
折疊 復(fù)雜的系統(tǒng)管理
實際生產(chǎn)過程與各種業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)協(xié)同之后,系統(tǒng)整體更加復(fù)雜化,對其進行管理將更加困難。產(chǎn)、學、研、用多個層面的聯(lián)合機制在一定程度上能夠化解系統(tǒng)的復(fù)雜化,不斷完善管理體系。德國“”是由德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子、博世等企業(yè)聯(lián)合發(fā)起的,工作組成員也是由產(chǎn)、學、研、用多方代表組成的。因此,“”戰(zhàn)略一經(jīng)提出,就很快得到了學術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的積極響應(yīng)。
從我國制造業(yè)來看,企業(yè)普遍重視技術(shù),但不重視流程管控,尤其是在技術(shù)研發(fā)方面。而未來的制造業(yè)體系將越來越復(fù)雜,這就需要產(chǎn)、學、研、用多個層面聯(lián)合來推動制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。因此,我國應(yīng)該充分吸收和借鑒德國“”的聯(lián)合模式,一方面,政府要通過引導(dǎo)和支持的方式促進不同類型的產(chǎn)、學、研合作聯(lián)盟發(fā)展;另一方面,選擇幾個重點行業(yè)和關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進行試點,由創(chuàng)新意愿較高的企業(yè)牽頭,聯(lián)合科研實力雄厚的大學或科研機構(gòu),組建多種形式的研發(fā)聯(lián)盟,充分調(diào)動各方資源和力量,共同推進技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用推廣。
德國認為,邁向“”的道路上,生產(chǎn)過程與各種業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)協(xié)同之后,系統(tǒng)整體會更加復(fù)雜化,對其進行管理將更為困難。為此,需要實現(xiàn)“制造系統(tǒng)的橫向、縱向集成”和“工程端到端的集成”。橫向集成主要解決企業(yè)和企業(yè)之間復(fù)雜系統(tǒng)管理,實現(xiàn)信息無縫的交流;縱向集成主要解決企業(yè)內(nèi)部的復(fù)雜系統(tǒng)管理,在企業(yè)的研發(fā)、設(shè)計、制造、驗證、物流、交互各環(huán)節(jié),所有的信息都無縫隙、、順暢地傳遞;端到端集成主要解決貫穿整個價值鏈的工程化信息系統(tǒng)集成的復(fù)雜系統(tǒng)管理問題,以保障大規(guī)模個性化定制的實施。
折疊 通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)
德國“”的本質(zhì)就是基于信息物理系統(tǒng)(CPS)實現(xiàn)“智能工廠”,讓制造業(yè)的各個環(huán)節(jié)充分地與互聯(lián)網(wǎng)融合,形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。而實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)就需要適用于工業(yè)的、具有高可靠性的通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)作為基本保障。此外,隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的形成,也必然會出現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)。工業(yè)大數(shù)據(jù)的采集、傳輸、交互和共享,必然要求建立容量、帶寬、存儲與數(shù)據(jù)處理能力更強大的基礎(chǔ)實施。
而當前的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施恐怕難以滿足“”時代的要求。因此,構(gòu)建容量更大、服務(wù)質(zhì)量更可靠的工業(yè)通信基礎(chǔ)設(shè)施,將成為未來制造業(yè)迫切需要解決的一項課題。
折疊 網(wǎng)絡(luò)安全保障
工廠與外界實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)之后,惡意軟件入侵、網(wǎng)絡(luò)受到攻擊的危險性會有所提升,這就需要制定保障網(wǎng)絡(luò)安全的對策與解決方案。
進入21世紀以來,各種針對工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)攻擊就開始出現(xiàn)。例如:澳大利亞下水道監(jiān)控系統(tǒng)和美國核電站監(jiān)控系統(tǒng)曾被第三方經(jīng)由無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)侵入,波蘭地鐵信號系統(tǒng)也被入侵。而近年來,這樣的攻擊更是愈演愈烈。2012年8月,沙特國營石油公司Aramco受到網(wǎng)絡(luò)攻擊,攻擊者的目標為制油/制氣工程,意圖通過使工程中止,讓石油/天然氣的生產(chǎn)發(fā)生異常。
隨著“”時代的到來,人力、物料、生產(chǎn)設(shè)備、各種生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及價值鏈上的眾多協(xié)同企業(yè)都將互聯(lián),隨之而來的是網(wǎng)絡(luò)安全問題的隱憂,這就迫切需要建立一套完善的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息安全認證體系,此外在認證制度的設(shè)計和標準規(guī)范的研究與設(shè)計方面,還需要大量的經(jīng)驗積累。初期,我國可以與認證機構(gòu)合作,開展聯(lián)合認證服務(wù),同時逐步建立自己的安全認證機制。這不僅是與通行做法接軌,也有利于信息安全領(lǐng)域的交流與合作,在切實提高我國信息安全水平的同時,幫助和促進工業(yè)企業(yè)提升信息安全技術(shù)水平,引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。[



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