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互联网思维 人机协作践行工业4.0

2014年12月25日 17:17中国机床商务网作者:罗百辉点击:4417

  【中国机床商务网 投稿专栏】 “互联网思维”概念源自中国互联网业的成功,也折射中国经济建设中的拿来主义思想,同时反应当下中国偏重虚拟经济而弱视实体经济的特征。
  
  “互联网思维”的特点是突破现有框架的限制,可以更广阔、更自由地发展,体现的是互联网的跨界无障碍精神,展现的是创造力。
  
  而“工业4.0”则是工业发展过程中阶段性的必然质变,虽然机器人、半智能化在早些年就已经有了,但是因为普及率不高,而且智能化不高,造成还是主要依靠人力来进行工作,而现在科技水平的提高,机器人设备的可行性与优越性得到了越来越多的认可,于是使得工业产业升级变自然又可行,于是便有了“工业4.0”。
  
  与“互联网思维”不同的是“工业4.0”的特点不在于创造力,而在于对现有的,已知存在的支持与优化,它并不创造什么,而是精化什么,更好、更精、更优是“工业4.0”的特色。
  
  在“互联网思维”刚被普及的时候,人们一窝蜂地觉得这是一个宝,似乎在这之前并没有这个模式似的,而在“工业4.0”提出来后又有很多人认为“工业4.0”好,是一个优越于“互联网思维”的模式,不论是喜新厌旧心理还是崇洋媚外心理,其实都是凸显出了文中最初的那句话——拿来主义思想。
  
  我们不能总是见一个好,就盲目地去认为它就是好的,就是值得自己去用的,而不去关心它是什么?它为什么能这样?它的优势是什么?等问题,也正因为如此,一窝蜂的团购网站兴起,又凋零;一窝蜂的P2P兴起,又出现跑路。
  
  其原因就在于我们还不了解它的时候就选择了它。
  
  “互联网思维”与“工业4.0”是两个不同的范畴,一个是无限发散创意,一个是无限精致聚焦。两者不存在孰优孰劣,但是两者却相辅相成,因为“互联网思维”有了“3D打印”,因为“工业4.0”有了“3D打印机”与“3D打印材料”并且持续优化。当前在德国、美国、中国及其他国家都在讨论“工业4.0”。数字制造、智能制造或者先进制造……制造工业的革命已成为一个热门术语。德国提出的第四次工业革命,其特点是生产制造环境和产品生命周期的日益数字化。
  
  由于德国所处的商业位置,保持其生产制造企业的竞争力具有非常根本的意义。由于来自全球市场的挑战压力不断增加,产品复杂度和个性化需求也不断增长,德国生产制造企业必须迎接这种挑战和制定相应的战略方针。所以,工业4.0的愿景就是,通过建立创造更多价值的制造生产产业链及与产品生命周期、生产制造工艺和管理信息的网络化和集成化,来创建动态实时优化、自组织的具有企业范围的生产制造价值创造网络,它的实施将大大提高制造业的竞争力。德国研究联盟对此已经通过“工业4.0”工作组制订了实施建议。在2013年汉诺威展会上提交给德国联邦政府的最终报告中,它为德国发展成为工业4.0应用和技术的领先提供者提供了新的机会。
  
  在执行工业4.0的战略中,将会大量推动智能生产和智能制造的研发和设计,无论是自动化生产制造商还是产品制造公司都希望开发一种灵活的、适应性和智能生产机械和设备工程新概念的解决方案,并以此提高德国在全球的竞争能力。
  
  这是我们面临的一个巨大的机遇和挑战。一个关键的焦点技术在于未来的工厂,即智能工厂是什么样子?自动化将因此派生出什么要求?对于菲尼克斯电气集团公司来讲:第一,它是一家产品生产制造企业,在全球的产品竞争中,要保持我们较高的市场占有率,只能借助于生产过程的智能自动化解决方案,以满足产品不断增加的多品种和客户定制化需求,产品设计更高效是工业4.0面对的重大挑战之一;第二,菲尼克斯又是一家创新工业自动化产品的供应商,需要提供未来最佳支持智能网络化和自组织制造技术的器件、系统和解决方案。
  
  基于这种企业发展和市场定位的结构,菲尼克斯电气无论从技术角度还是组织角度,都为迎战这些挑战做好了充分的准备。我们公司内部的机械制造开发部门和自动化研发部门与公司设备制造工厂的技术专家们进行了紧密协作,已经开始了用于未来制造的新产品和功能的研发和试验,开发了不少用于工业4.0的关键技术。所以,我们认为工业4.0将推动生产制造和生产工业的发展。
  
  菲尼克斯公司应用工业4.0的理念,首先从改进我们本身的生产制造技术开始。目前,我们已经感受到客户对于产品的采购量要求的多变性,这需要我们生产制造要将自动控制与产品的需求结合起来,产品的描述需要数字化,在产品的制造过程中按照数字描写的产品要求确定制造步骤。这大大增加了生产的灵活性,并提高了生产率。从产品供应商的角度来看,减少了生产时间、加快了交货时间,同时也能够提高产品生产的可预测性。这是特别适用于小批量、多品种的生产方式。从长远来看,通过实施工业4.0的技术,我们的生产量将有高达30%的增长。
  
  菲尼克斯电气作为全球电气工程、电子与自动化市场的领导者,组件、系统和解决方案的提供者,将不断推动工业4.0生产发展的模式。通过生产制造技术的不断创新,一步一步地将IT、工业通讯和自动化无缝融合。使得机械和设备将灵活地适应快速变化的制造工艺。在这里,一个重要的目的是用数字化描述整个生产产品和生产工艺的生命周期。此外,德国的专家们已为我们工业4.0愿景提供了一个重要的框架,按照这个框架确定我们的创新战略的方向。
  
  人机协作践行工业4.0
  
  “机器人Robot”最早源于捷克作家卡雷尔·查培克的剧本《罗萨姆的万能机器人》。剧中,人造劳力Robot是一个具有人的外表、特征和功能的机器。其后,机器人成为科幻片中经久不衰的题材之一,那些寄托了人类意愿和情感的机器装置,拥有人类智慧般的“智能”,能够靠自身动力和控制能力实现各种功能和任务。现在,这种“虚拟”的场景正越来越多地出现在德国及世界的各个工厂中。
  
  在德国,“人机协作”早已成为德国现代工厂生产发展的主流,不论是作为“领头羊”的大型企业,还是甘当“隐形冠军”的中小企业,都无一例外地乘上了“智能化”这辆超级快车,积极践行着“工业4.0”。
  
  大众:与机器人“同事”
  
  大众汽车在德国被称为“国民的汽车”,其受欢迎程度可见一斑。而在位于萨尔茨吉特的大众汽车发动机制造厂,在对高低起伏中的机械手臂的惊鸿一瞥之后,我真正体会到,传统也能跟上潮流。设备的先进程度和智能程度远远超乎我们的想象,透过机器的触角,德国已将“工业4.0”的精髓,注入了制造业的每一方土地。
  
  机器人这一工业科技时代“标志性硬件”的普及,使人工劳动力得到了极大的解放。在德国,平均每1万名工人就拥有273台机器人。工业机器人整合投入大规模生产线,让大众萨尔茨吉特工厂的员工们切实感受到了新工业革命吹来的春风。曾经,在生产发动机的过程中,工厂的员工必须辛苦地弯着腰,把电热塞插进几乎看不见的缸盖钻孔中。而现在,将电热塞插入缸盖钻孔的任务被一排排整齐的六轴UR5轻型机器人接管了。凭借一套特殊设计的分离系统,UR5机器人能够小心翼翼地抓取小巧的电热塞,并将其放入人工难以达到的钻孔中。然后,由一名员工负责固定电热塞,并对缸盖进行隔热处理,为下一道工序做好准备。通过与充当助手的机器人进行直接紧密地合作,员工现在能够以直立、健康的姿势完成这些工作。同时,他们可以始终观察这一过程,并在必要时迅速进行干预,确保生产顺利进行。
  
  一条条生产线旁,机器人们在专业而毫无怨言地忙碌着。一眼望去,整个车间只有寥寥数名工人,一个个小型“变形金刚”在富有节奏感的机械声中大显身手,恍如未来工厂。机器人的广泛应用,帮助萨尔茨吉特工厂重置并优化了生产线,生产流程被切分成了许多非常细小的片段,每个片段都严格遵循既定的顺序加工,片段之间用高精度的自动化传动机制联系起来,令其高度柔性化,缩短了交付时间,并促进了可持续性发展。机器人所主导的数据准确的批量生产,不仅让制造成本得到有效降低,平均生产每台发动机所消耗的能量和污染排放分别降低了67%和70%。
  
  智能精密的自动化硬件设备不但大幅提升了工厂的生产效率,降低了生产能耗,还有效地改善了不符合人体工程学的生产流程。在罗百辉看来,先进的科学技术及其所迸发出的生产力,核心仍然是人,“工业4.0”并不是一味地追求自动化,排斥人参与生产的全过程。与之相反,未来的智能科技将着眼于更高层次的人机交互领域,根据人的心理、生理和身体结构,来融洽处理人、机械和环境的关系,让科技硬件装备为工作人员提供更好的支持,并利用加上绿色智能的手段和智能系统等新兴技术,构建一个高效节能的、绿色环保的、环境舒适的人性化工厂。
  
  库卡机器人:人工智能不“高冷”
  
  未来的工业生产中,智能化软件和高性能生产硬件这两大要素将完美匹配,实现真正的“软硬兼备”。而工业机器人这一生产硬件在结合了工业软件之后,将显著提高生产效率和灵活性,使虚拟和现实的交互性不断加强。也就是说,未来的工业机器人,将会变得越来越“聪明”。
  
  在德国乃至欧洲的自动化领域内,库卡机器人的市场占有率始终名列前茅。从第一台纯电动机器人发展到现在,库卡的研发技术在同行中一直遥遥领先。从最早的专用控制系统,到后期使用工业PC作为控制系统,再到使用Windows作为人机互动界面,走在前列的始终是库卡。因此,为了一睹这工业机器人行业佼佼者的风采,我们来到了位于奥格斯堡的库卡机器人公司总部。
  
  巨大的橙色字母“KUKA”伫立在公司总部大楼上,简洁而又醒目。聆听完接待人员精炼到位的介绍之后,我们在展示厅看到了一台台大小不一、形状各异的工业机器人。纯白的展示墙下,机器手臂泛着微微的金属光泽,与冷光灯交相辉映。一位同行的客户还半开玩笑地说,“真是第一次看到这么‘高冷’的机器人呢。”不过,库卡机器人干起活来可是一点都不“高冷”,它们可用于物料搬运、加工、堆垛、点焊和弧焊,在空间节省、成本效益、灵活精准和节能高效等方面能够很好地满足工业制造自动化的不同需求。如在库卡机器人家族中最小的机器人:KR5R1400弧焊机器人,被誉为经济型薄板焊接专家,它能以极高的连续轨迹提高精确性,迅速且有效地完成工作。
  
  库卡公司工作人员说:“我们的机器人年产量超过1.5万台,至今已在全球安装了超过15万台工业机器人。虽然现阶段,库卡机器人仍主要集中于工业应用,但未来的技术发展趋势必定将朝着智能化的方向发展。”在“工业4.0”之下,工业机器人将推动生产制造向灵活化和个性化方向转型,高度灵活的全自动化生产要求机器人完全集成到生产流程中。
  
  在集成化的工业时代,单个的工作组件或物理端口因为智能化互联,将具有自我决策的能力,而人力将会被继续概念化。人与机器、虚拟电子物理体系的分工将转变为人类设计产品并决定产品规则和参数,机器、虚拟电子物理体系基于这些指令,触发、比对路径并选择、优化生产。依此计划,通过智能人机交互传感器,人类可借助物联网对工业机器人进行远程管理。这种机器人还将具备生产间隙的“网络唤醒模式”,以解决使用中的高能耗问题,从而促进制造业进行绿色升级。
  
  现代科技给我们提供了无限的可能性。软件的高速发展,硬件的不断迭代,使得曾经以机器、设备、油脂和钢屑等陈旧事物为代表的制造工业,转而成为了与软件、互联网、机动性和云计算等新兴事物接轨的摩登时代的产物。而在“工业4.0”的发展进程中,人所发挥的能动性可谓有增无减。
  
  过去,人是机械的“服务者”,工作范围被局限在某一区域,只能在轰鸣声中呆板地进行高强度重复劳动;现在,人已经转换成了机械的主控者、协调者,通过数据的可控性,以清醒的头脑和眼光掌控生产全局。而不久的将来,生产需要人作为决策和优化过程中的执行者,我们会拥有专业的高级技能,并能灵活地适应生产结构调整和技术发展速度,能够在一体化的生产过程中起到画龙点睛的作用。
  
  法国历史学家雷蒙·阿隆在叙述当今机器人时代时说:“这些人工智能的建构,把之前存储在人脑中的智能嵌入机器中,这在人类史上是重要的时刻。”德国工厂中“各显身手”的机器人只是未来工厂的一个缩影,而“工业4.0”也只是未来工业一个起点。未来的世界,必定是人与机器协作创造出来的世界,我们用双手创造价值的愉悦感,用智慧推动社会进步的使命感,将在数据与机器、虚拟与现实的交叠中,不断地被放大。
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