德國政府在《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》一文中指出,將工業(yè)4.0作為德國十大未來項(xiàng)目之一,并于2013年4月在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式推出,目的就是為了在工業(yè)領(lǐng)域引領(lǐng)新一輪的革命性技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新。
一、工業(yè)4.0由來及含義
德國詳盡的分析了工業(yè)4.0所具備的內(nèi)涵、前景以及技術(shù)內(nèi)容,并提出了相應(yīng)的戰(zhàn)略實(shí)施建議。本質(zhì)上來說,它沒有引入更新的技術(shù),但是它的重點(diǎn)在于,在工業(yè)生產(chǎn)過程中,如何提高計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)資源的利用率,并使之與物理設(shè)備更緊密地融合,形成信息物理融合系統(tǒng),從而建立起一種協(xié)同度高、利用率高的互聯(lián)互通關(guān)系。
具體表現(xiàn)為:在新工廠內(nèi)的生產(chǎn)系統(tǒng)中,所需的產(chǎn)品組件直接與生產(chǎn)系統(tǒng)相溝通,發(fā)出相應(yīng)指令,指導(dǎo)接下來的生產(chǎn)過程。這將會(huì)徹底改變整個(gè)傳統(tǒng)制造過程,整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)智能化程度更高,物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更加緊密。不同的生產(chǎn)組件之間可以相互溝通,反應(yīng)也更加迅速。在這樣的互聯(lián)互通關(guān)系下,生產(chǎn)設(shè)備可以互相溝通,交換信息,互相控制,同時(shí)又可以獨(dú)立自主地運(yùn)作。
德國的人工智能研究中心和西門子等其他20多個(gè)研究、工業(yè)伙伴共同在德國建了一家示范智能工廠,在實(shí)際生產(chǎn)中闡釋了信息物理融合系統(tǒng)—CPS的運(yùn)轉(zhuǎn)方式。在該家示范工廠內(nèi),通過肥皂瓶的生產(chǎn)過程進(jìn)行展示產(chǎn)品與制造機(jī)器之間的通信方式。將無線射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽貼在空的肥皂瓶上面,這些RFID標(biāo)簽將指導(dǎo)生產(chǎn)機(jī)器該為瓶子套上黑色瓶蓋或者白色瓶蓋。
這和傳統(tǒng)意義的生產(chǎn)線顯然不同:傳統(tǒng)意義的生產(chǎn)線可以隨機(jī)地給肥皂瓶套上黑色或白色的瓶蓋,卻不能根據(jù)加在瓶身上的信息有選擇性的套某種顏色的瓶蓋。也就是說,對(duì)于目標(biāo)產(chǎn)品,在生產(chǎn)之初,從原材料、零部件開始就攜帶有數(shù)字信號(hào)的標(biāo)簽,通過RFID無線訊號(hào)與周圍環(huán)境、加工設(shè)備相互交流。
此時(shí),連接真實(shí)世界與虛擬世界的信息物理融合系統(tǒng)—在該產(chǎn)品身上得到了很好的體現(xiàn)。CPS的涵蓋面很廣,從機(jī)械加工制造業(yè)中的存儲(chǔ)系統(tǒng)、智能機(jī)器到生產(chǎn)設(shè)備都可以成為CPS。這將會(huì)從根本上改變包括工程、制造、供應(yīng)鏈、材料使用和生命周期管理在內(nèi)的整個(gè)工業(yè)過程。德國的電子電氣工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布預(yù)測(cè):不同生產(chǎn)部件之間可以相互溝通,將使生產(chǎn)效率提高30%左右。可以看出,在提倡節(jié)能、環(huán)保、高效生產(chǎn)的今天,工業(yè)4.0將會(huì)在未來影響或決定著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展速度。
回顧人類歷史上經(jīng)歷的三次工業(yè)革命
工業(yè)1.0:18世紀(jì)末由機(jī)械制造設(shè)備引起;
工業(yè)2.0:、20世紀(jì)初以電氣化技術(shù)為基礎(chǔ)的大規(guī)模生產(chǎn)方式;
工業(yè)3.0:20世紀(jì)70年代以IT技術(shù)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)。而對(duì)于今天的工業(yè)4.0,支撐技術(shù)必然是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和制造業(yè)向服務(wù)化轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。
工業(yè)4.0項(xiàng)目主要包括兩個(gè)方面,第一是指“智能工廠”,這包括工業(yè)智能傳感器系統(tǒng)、過程和分布式的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施,以此來滿足智能化生產(chǎn)所需;第二是指“智能生產(chǎn)”,包括整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃、內(nèi)外物流、現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)交互界面以及3D打印技術(shù)在生產(chǎn)過程中的具體應(yīng)用等。在工業(yè)4.0的指導(dǎo)下,中小型企業(yè)都可以低門檻、方便、便捷地參與其中,并搖身轉(zhuǎn)變成為智能化制造技術(shù)的實(shí)踐者和受益者,同時(shí)還是先進(jìn)工業(yè)制造技術(shù)的創(chuàng)造者、供應(yīng)商。
二、工業(yè)4.0對(duì)我國機(jī)械制造業(yè)的影響
作為東方大國的中國,憑借其巨大的制造業(yè)總量被稱為:“世界工廠”。但事實(shí)情況是,中國的制造業(yè)水平在全球價(jià)值鏈中仍處在低附加值的生產(chǎn)環(huán)節(jié),高強(qiáng)度、高消耗、高密集化的使用資源,給環(huán)境帶來了巨大的壓力。此外,人口老齡化是中國的制造業(yè)正在面臨的另一大嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。如果“世界工廠”化的生產(chǎn)模式不加以轉(zhuǎn)變,中國的制造業(yè)將很難實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,這將會(huì)給中國經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生帶來巨大的沖擊和損失。
工業(yè)4.0實(shí)施戰(zhàn)略,重點(diǎn)關(guān)注加工制造過程中的信息化,以信息技術(shù)推動(dòng)加工制造業(yè),實(shí)現(xiàn)其持續(xù)發(fā)展。這對(duì)我國加工制造業(yè)的發(fā)展有一定的啟示作用。
1.在政策導(dǎo)向上,要看準(zhǔn)“智能聯(lián)動(dòng)”,將其作為信息采集和信息智能化處理相融合的戰(zhàn)略支點(diǎn)。我國要努力將制造業(yè)的中心由傳統(tǒng)方式轉(zhuǎn)變到物聯(lián)網(wǎng)和智能聯(lián)動(dòng)上來。將傳統(tǒng)的信息化和單純的自動(dòng)化升級(jí)為智能化。注重政府與企業(yè)之間的共同合作,形成有效的政企聯(lián)盟,協(xié)同創(chuàng)新,使資源的利用效率最大化。
2.在技術(shù)方面,智能聯(lián)動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)是信息的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),只有相關(guān)約定、協(xié)議格式統(tǒng)一,信息溝通才能有效進(jìn)行。此外,信息技術(shù)服務(wù)的平臺(tái)化也是另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)以上的目標(biāo),必須做到硬件通用化,在彼此獨(dú)立的子系統(tǒng)中,硬件必須滿足通用化才能保障智能聯(lián)動(dòng)的順利進(jìn)行;軟件信息化,充分利用重復(fù)資源,例如相關(guān)的軟件等。軟件可重復(fù)利用,是實(shí)現(xiàn)高效率、低投入、高產(chǎn)出的基礎(chǔ)。
3.資金投入更大。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、信息通道系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、機(jī)器人等不但要增加設(shè)施設(shè)備,而且還要進(jìn)行整合。這就要求企業(yè)開辟更加廣闊的融資來源,以解決建設(shè)智能生產(chǎn)系統(tǒng)之需。
4.人員要分流。傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)人員密集型的特點(diǎn)顯著,而智能機(jī)械制造系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)業(yè)工人數(shù)量需求更少但綜合素質(zhì)要求更高,實(shí)施產(chǎn)業(yè)升級(jí)富余出來的工人,將分流到其它行業(yè)中去,其中,自主再創(chuàng)業(yè)和服務(wù)業(yè)應(yīng)有很大的包容能力。政府和企業(yè)都應(yīng)為安置好這部分人員發(fā)揮作用。中國要想實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0,目前的道路還任重道遠(yuǎn)。
對(duì)中國制造業(yè)的幾點(diǎn)建議:
1.師夷長技,要深入了解加工制造過程,學(xué)習(xí)先進(jìn)國家是如何設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的;
2.要了解加工裝備,尋求裝備之間的差異化,找到實(shí)現(xiàn)更大單位產(chǎn)出的方法;
3.要認(rèn)真思考,以提高產(chǎn)品已有價(jià)值、發(fā)現(xiàn)新的潛在價(jià)值為目的;
4.從管理層抓起,以規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化兩化融合的方面為落腳點(diǎn)。
5、要抓基礎(chǔ)科學(xué)研究。我國基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)落后,所以不能及時(shí)把一些高新技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。要通過政策導(dǎo)向和增加投入,夯實(shí)我國機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)。
6、加強(qiáng)人才培養(yǎng)。要通過知識(shí)教育和技能培訓(xùn),提高從業(yè)人員的綜合素質(zhì)。加強(qiáng)系統(tǒng)集成工程研發(fā),行業(yè)要發(fā)揮協(xié)調(diào)作用,集中優(yōu)勢(shì)力量,研究系統(tǒng)集成規(guī)律,提高整合質(zhì)量。
責(zé)任編輯人:CC
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