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对话工业4.0之父:中国制造将大有可为

2014年12月18日 11:28中国机床商务网点击:5157

  【中国机床商务网 市场分析】谈及制造业升级,“工业4.0”是时下的热词。作为传统的制造业大国,德国是“工业4.0”这一概念的提出者,它寓意人类将迎来以信息物理融合系统(CPS)为基础,以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。
  

 
  德国国家科学工程院院士克里斯托夫-梅内尔表示,智能化工厂是未来制造业发展趋势,工业4.0通过将信息技术与生产整合,实现一个全新的智能商业模式。此外,他梅内尔还表示,中国在工业4.0时代大有可为。
  
  物联网的发展
  
  我们先来看看物联网。物联网比我年轻,25年前,它开始为人们所知并改变我们的世界。物联网不仅改变了我们沟通和互动的方式,也改变了管理城市和企业的方式。应该说,我们现在还不能充分了解信息技术的发展会对我们未来的生活和社会组织产生什么影响,这些影响可能是超乎想象的。有了物联网,我们可以做些什么?它可以让我们畅想一个智慧城市——我们周遭的环境、家庭内部、城市的交通、街道都可以实现智能化,同时,生产流程,利用能源的方式,保护环境的方式等等都会因为信息技术而焕然一新。
  
  数字世界带来了什么?数字世界实际上和实体世界是相互联系的。数字世界中有实体世界的影子,通过这些影子我们可以看到,有时他们是相互存在的,但有时只能从虚拟的数字世界中看到部分实体世界。将来,我们会看到一个更加丰富的数字世界,它能够更加真实地反映出实体世界的变化。
  
  我们知道,信息技术诞生之初是为了用于一些研究和发展项目,并不是用来改变我们的沟通方式,但是人们喜欢这项技术,所以后来它不仅用来连接机器,也应用于商业和银行体系中。当然刚开始会存在很多缺陷,后来电脑科学家发明了新一代互联网协议——IPV6(互联网协议版本6)。不管是版本4还是版本6,这样新的技术可以让我们的电脑和网络系统互动,产生一个智能电网,一切都可以通过这个电网连接起来,进行互动。
  
  为了帮助大家进一步理解,我来举几个例子。以“智能家居”为例,通过信息技术,我们日常的家庭生活的很多方面可以实现智能化。例如供暖,目前供暖主要依靠机械装置,你需要手动来调节温度,但是如果利用了信息技术和感应器,供暖设备就可以实现自动控温。如果你不在家,温度就会自动降低,如果系统知道你快要回家了,供暖设备会重新启动。这只是一个方面,还有各种媒介的使用,比如电视,收音机等等,智能系统会记忆电视节目或是背景音乐并能自动找到你喜爱的内容。根据你的喜好,早上和晚上播放的音乐是不一样的。另外,照明系统也可以进行这样的智能控制。
  
  再来看“智能城市”,“智能家居”模式也可以在城市街道实现。比如交通系统,公交站点可以和公交公司总部连接起来,当公交车站有很多人等候的时候,总部可以自动派下一班车过去。现在我们可能是每隔10分钟或者20分钟发一班车,未来可以完全按照人们的需要进行发车。要实现这些,所需要做的就是将交通系统的各个环节都连接起来,完全靠智能系统掌握乘客的需求。
  
  还有“智能工业”,工厂的生产流程也可以高度智能化。智能化的工厂完全可以由物联网来加以控制,也就是说,生产流程完全由电脑来加以整合。实时的生产监控程序知道需要怎样的新材料,怎样的工序来确保生产流程顺利进行。这个不是简单的生产自动化的问题,而是实现智能的控制,如果系统监测到生产流程中突然出现故障的话,机器会自动暂停运作,自我修复,而不是继续运行,不断生产残次品。所以通过信息技术,我们可以保证对能源最有效的利用,这些都是将来智能化工厂所应具备的特点。
  

 
  物联网体现了一种全面的,整体性的发展观念,这种全局的发展观使我们生活的各个方面变得更有效,更高科技,更环保,同时在社会意义上也更包容。我们可以在许多方面实现智能化,包括智能化经济,智能化生产、智能化工厂、智能化生活、智能化家居、智能化的交通、智能化物流、智能化供应链、智能化治理、智能化环境等等。
  
  智能化工厂意味着什么呢?首先各种数据需要进行整合。比方说,一个小小的手机里很多感应器,这些感应器会产生出各种数据。过去,这类数据都是要储存到数据库中并进行结构化处理,但是现在我们可以看到,所有的数据都是自动存储在大数据库当中,这个大数据库是没有加以结构化的,没有按照某种方式进行分类,这是大数据的一个方面,它和智能化技术密切相关。所以首先要整合生产过程中产生的所有数据,然后对这些数据进行分析,这些数据分析能够确保整个生产流程正确运行,如果发生故障则自动发出警告。
  
  智能化工厂需要做的是,它的生产流程要基于信息技术系统进行运作和控制,从而发现生产过程中的需求。信息技术系统产生的是数字化数据,但这些数据能够影响生产流程,这个过程中又会产生新的数据,反馈到信息技术系统。所以两者之间不断地进行相互反馈,这使得整个生产流程变得极其高效。
  
  信息技术系统也可以把不同的工厂连接起来。比如一家工厂在进行生产的时候,某种原料用完了,它的供应商会自动获取信息,及时提供原料,因此整个生产系统也不会因为原料不足而停止运作。这种将信息技术和生产结合的方式,可以催生出一些新型的、智能化的商业模式。
  
  从德国汽车制造看工业4.0
  
  我们曾经经历过工业1.0时代,那个时候人们借助蒸汽机进行生产,这就是最初的工业化,近100年之后,到了1870年,原来零星的生产改变成为批量的生产。在1960年代,我们又看到了一个新的起点,人们利用早期的电脑实现自动化,现在我们看到的是一个虚拟网络和物理网络整合的系统,这就是工业4.0时代,这个时代才刚刚开始,毫无疑问它会将我们引向更辉煌的未来。
  

 
  我们以德国的汽车制造业为例,来进一步了解工业4.0。我们知道,一台汽车有很多零部件,实际上在新的时代,每个零件都可以自动生成很多数据,这些数据可以告诉人们零部件是否在正常工作,汽车生产商可以通过监测这些数据来了解零部件的工作情况,如果发现异常,则可以提前进行替换,生厂商可会及时把相关的零部件送到某家汽修店。因为厂商在实时捕捉数据,所以它知道汽车距离哪一家汽修厂最近。我想,毫无疑问,这样的汽车厂能够让我们看到在未来的4.0时代,虚拟网络和物理网络的结合会怎样改善我们的生活。
  
  关于工业4.0,在这里两个非常重要的方面,第一个方面我想很多社会科学研究者会很感兴趣,那就是我们劳动分工和专业化。这不仅是针对劳动者而言,也针对企业。这也是德国汽车业成功的原因,因为在这样一个大环境中,各个工厂往往都是高度专业化某些零部件的生产者,他们以非常高效的方式互动。
  
  另一个方面就是数字化。数字化使得笨拙的机器利用计算机进行智能化工作,这就是未来存在的潜力。我们需要克服什么挑战呢?首先,我们未来的水平整合将会进一步深化,也就是说在整个价值链上,生产商可以通过这种基于互联网技术的系统开展更好的协作。另一方面,在生产系统内,我们看到更多的垂直整合(产业链整合),为什么呢?因为每一个部分最后生成的数据,都可以使这些部分进行深度整合。我们前面讲到汽车零部件随时生成数据、生成信号,这就使得产品一直处于一个不间断的生命周期。以前,一个产品进入市场后几乎不在生产商的控制范围内,以后,产品会永远在生产商的控制过程当中,生产者可以随时得到反馈,知道该怎样进行设置,这对改善服务是非常有利的。
  
  德国怎样发展工业4.0
  
  为什么德国对这样的信息技术和实体生产结合感兴趣呢?德国有非常发达的制造业,整个制造业的产值是非常大的,这是德国和其他经济体不同的地方,有一些国家更多依靠金融行业,他们整个生产的稳定性或者整个经济的稳定性不如我们。而且我们走的是一个制造业大国的道路,现在中国和我们还是比较像的,也是高度重视制造业,很多经济的增值部分都是在制造业部门。我们的制造业不能一成不变,我们需要提升制造业的效率,让成本更加低廉,所以需要对其进行信息化改造,这就是我们为什么重视工业4.0的原因。
  

 
  德国的制造商和一些研发机构、大学的团队正在开展合作,我们专门建立了一个研究联合会,各方在这个平台进行分工,进行相关实验,模块制造,产品加工等。比如戴姆勒公司就和一些大学在这个平台上开展合作。联合会还会关注环境,研究有关环境保护的方案。联合会还有一个小组专门研究新的技术、新的生产方式的改变会怎样影响人类的工作。这一点非常重要,在德国,政府和学者非常谨慎,一开始就强调一定要让工会参与其中,为什么呢?工业4.0用了很多信息科技技术,这毫无疑问会重塑整个生产流程,工人们就会受到影响。大家都知道,在工业1.0时代发生过工人捣毁机械的事件,为什么呢?因为他们觉得这些机械夺走了他们的饭碗。现在的情况是类似的,信息技术可能会让员工丢掉工作,所以在这种担心下,他们会不配合甚至进行破坏。我们需要和他们讨论,告诉他们未来整个工作环境是怎么组织的,希望他们来参与进去,最终让科技来改善他们的生活,而不是让他们的处境变得更糟。
  
  对话梅内尔
  
  记者:最近,工业4.0概念在中国也非常热,李克强总理将其视为中国德技术合作的核心。作为发展水平存在差距的两个国家,中德在工业4.0方面的合作应该在哪些领域展开?
  
  梅内尔:我认为现在最重要是考虑朝着什么方向发展。工业4.0代表了这样一种愿景:如果把生产流程中的不同实体联系起来,这些不同的实体会提高效率和产品质量,并且更容易设计出个性化的产品。但实现这一愿景还有很长的路要走。在德国,我们从试点项目开始,一些公司与世界各地的研究人员展开合作。中国的公司也可以从试点项目开始,这些项目应该得到政府和科研机构的支持。
  
  德国大概在10年前就开始讨论工业4.0这个概念了,我们知道未来的发展方向就是让工业企业与研究部门合作,从而实现这一目标。所以中国可以选择一些有志于创新的企业与大学进行合作。我知道中国很多高校正在参与智慧城市的研究。其实智慧城市从某种程度上说与工业4.0类似,所以如果政府愿意提供支持,我认为中国发展工业4.0大有机会。
  
  记者:德国的信息技术与美国相比有什么优势和劣势?
  
  梅内尔:美国的硅谷在信息技术方面非常强大。许多知名信息技术公司都在硅谷创立。硅谷是一个强大的数字世界。德国在这方面并不是很强。我们有SAP这样的世界软件巨头,但并没有美国那么多。但是德国的制造业很强,比如我们的汽车工业,所以德国有很多机器制造商。我们会学习硅谷的信息技术,但同时我们会专注于我们的强项——制造业,致力于研究如何把我们的制造业带向未来。这就需要将制造业与信息技术融合。德国在嵌入式系统领域比美国有优势。它的原理就是将电子芯片植入机器,汽车等等各种装置中,这是工业4.0发展的第一步。
  
  记者:人与机器是一种怎样的关系?机器会不会脱离人,甚至反过来控制人?
  
  梅内尔:那些从事单一重复劳动的人会被机器代替,你的工作越复杂,你被机器代替的可能性就越小。我可以肯定的是,人们所要做的工作正在发生变化。比如欧洲老龄化问题很严重,照顾老人的工作不可能让机器来完成,所以也许未来越来越多从事工业生产的人会从事社会服务方面的工作。
  
  附加:德国工业4.0战略的愿景:
  
  (1)它的最大特点是制造业中所有参与者及资源的高度社会技术互动。互动主要围绕制造资源网络(制造机械、机器人、输送机和仓储系统及生产设施)进行,这些网络独立自主,在不同情况下能自我管理,自我配置,还装备了传感器,分散安装,并融入了相关规划及管理系统。作为这一愿景的关键组成部分,智能工厂将被纳入公司内部价值网络,它的特点是包括制造过程和制造产品的端对端工程,实现数字和物理世界的无缝衔接。智能工厂将使不断复杂的制造流程便于管理,并能同时确保生产过程的吸引力、生产效益以及工厂在市区环境的可持续性发展。
  
  (2)德国工业4.0战略中的智能产品可明确识别,并有可能随处可见。即使还在生产环节,其自身制造流程的所有细节均可被控。这意味着,在某些领域,智能产品可以控制各生产阶段,进行半自主生产。此外,这还能确保成品了解自身发挥最优性能的参数,并辨别生命周期中发生磨损和毁坏的标记。这些数据可集合使用,以便优化智能工厂的物流、布局、维护以及与业务管理应用程序的整合。
  
  (3)德国工业4.0战略实施后,将有可能把个人客户和产品的独特特性融入到设计、配置、订购、计划、生产、运营和回收阶段。它甚至可以在制造和运营之前最后一分钟或进行中提出改变的请求,这将使生产一件定制产品和小批量产品也能产生利润。
  
  (4)德国工业4.0战略的实施,将使员工能根据具体情况进行控制、监管和配置智能制造资源网络和制造步骤。员工再也无需完成例行任务,他们可以更多地关注创新和具有附加值的活动。因此,他们在确保产品质量方面将起到关键作用。同时,灵活的工作条件也将他们的工作和个人需求更好地结合起来。
  
  (5)德国工业4.0战略的实施,需要进一步扩展相关的网络基础设施,并通过服务水平协议进一步规范网络服务质量。这将有望满足大流量数据应用程序和服务供应商的高带宽需求,以保证关键应用程序的运行时间。
(来源:澎湃新闻)

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