工業(yè)4.0-向工業(yè)的未來進發(fā)

　　摘要：踏上“工業(yè)4.0”這艘明日之舟的重要前提是進行改革，以實現(xiàn)軟件對公司整體業(yè)務、生產(chǎn)流程的管理控制及對所有生產(chǎn)設(shè)備通訊接口的裝配。本文以下內(nèi)容將對相應解決方案進行詳細介紹。

　　“工業(yè)4.0”的動機與設(shè)想

　　“工業(yè)4.0”的概念下蘊含著新興的計劃，在此計劃中最新的IT技術(shù)及電子設(shè)備都將服務于制造工藝“信息化”的進程，以期實現(xiàn)工廠智能化(Smart Factory)的目標。該目標表現(xiàn)為高度靈活、資源利用率高、使用人體工程學和將客戶與合作伙伴充分融入業(yè)務流程。其技術(shù)基礎(chǔ)為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)及在不久的將來創(chuàng)建的信息物理系統(tǒng)(CPS)。

　　選擇進行這場變革的動機及原因有很多(圖1)?？傮w來說可以將之歸為兩類：歐洲工業(yè)國家人口結(jié)構(gòu)的變化及日益多變的市場與繁復的成本壓力;而客戶對產(chǎn)品定制化、個性化解決方案及可持續(xù)拓展方面不斷上升的熱情與要求成為了這一趨勢的另一推手。由此即可較為詳細地描述通往“工業(yè)4.0”的幾點重要目標：

　　1. 高度靈活性：此點不僅需要在生產(chǎn)制造方面，同時也需要在整體產(chǎn)品開發(fā)流程當中體現(xiàn)出來。在整合所有數(shù)據(jù)信息及機械之后，企業(yè)可以創(chuàng)建一個智能網(wǎng)絡(luò)，在其中所有參與者都可以直接掌握所需的內(nèi)外部信息。

　　2. 流程一體化實現(xiàn)最短的市場投放時間(Time to Market)：憑借大量的數(shù)據(jù)存儲(知識數(shù)據(jù)庫)，更快速、更成熟地推出新產(chǎn)品將成為可能。

　　3. 未來展望– 信息物理系統(tǒng)(CPS)。即所有機械及流程可以通過物聯(lián)網(wǎng)進行直接信息交流，以此來實現(xiàn)智能機械輔助下產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新所有必需流程的自主分析、仿制及優(yōu)化。

　　屆時人與機械分離的場景將成為過去，人與機器人合作生產(chǎn)將成為未來的主流模式。

　　不過，在實現(xiàn)工業(yè)4.0的道路上還存在很多急需解決的問題與挑戰(zhàn)，例如安全性及傳感器自主能源供應(能量采集)。

　　邁向工業(yè)4.0進程的后續(xù)步驟

　　過去40年對電子元件的應用使工業(yè)的全貌發(fā)生了翻天覆地的變化(圖2)。初期人們?yōu)闄C械添加了電氣/電子模塊，但其均為單機(獨立)方案，針對不同機械將會有不同的特定的管理操作/編程。如今的情形已與往日不同：通過使用特定軟件工具已經(jīng)可以實現(xiàn)利用一個中央計算機對整體生產(chǎn)流程進行控制。由此工業(yè)制造流程的產(chǎn)出質(zhì)量得以大大提高且成本在不斷降低。如何利用更好及更有效的軟硬件優(yōu)化配置已成為當前及短期未來工業(yè)領(lǐng)域的核心議題。此外，使用更好物聯(lián)網(wǎng)應用的革新行為使得對整體生產(chǎn)進程的整合成為可能。對機械間通信(M2M)的擴展、對產(chǎn)品研發(fā)制造的所有知識資源(知識數(shù)據(jù)庫)與服務&客戶行為的整合將給企業(yè)帶來更短的市場進入時間與更高的產(chǎn)品質(zhì)量水準。在對至今產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域尚處于分離狀態(tài)的流程進行整合的過程中，隱藏著實現(xiàn)新型工業(yè)標準4.0的巨大的潛力。未來在此領(lǐng)域中IT團隊將成為主導力量，而這一趨勢也將導致人們在工作體制內(nèi)重新思考。由于在無干擾流程中的機械將在無人值守的情況下進行生產(chǎn)，生產(chǎn)相應職責將被推移至工作準備或計劃領(lǐng)域。當前的生產(chǎn)領(lǐng)域的員工將不得不接受培訓轉(zhuǎn)型為IT或工程領(lǐng)域的技工，以期可以正確掌握并控制未來的生產(chǎn)流程。作為結(jié)果是，越來越多的直接工作將轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接工作。在此趨勢的基礎(chǔ)上將可能逐漸產(chǎn)生信息物理系統(tǒng)(CPS)，影響其實現(xiàn)的因素將會是以工業(yè)4.0作為最終目標解決現(xiàn)有問題的速度與進程。

　　位于德國Amberg的西門子公司的電器工廠就是一個很好地示例。該工廠長期使用“數(shù)據(jù)化控制”以保證其生產(chǎn)的高效與產(chǎn)品的質(zhì)量。其最主要的保證成功的秘訣是一套由公司自創(chuàng)的昂貴的進行生產(chǎn)流程控制的完善軟件解決方案“Comesco”(連接式企業(yè)生產(chǎn)流程管理系統(tǒng))。該系統(tǒng)憑借可以直觀控制的細化功能實現(xiàn)了通過網(wǎng)絡(luò)對所有流程信息進行實時報告。該系統(tǒng)除可以直接進入所有必需的管理及分析工具外，還具有監(jiān)測功能以保證對生產(chǎn)步驟流程進行持續(xù)監(jiān)視管理。如此模板化的工廠自動化的結(jié)果顯而易見：其產(chǎn)品質(zhì)量等級達到99.9988%且將故障率控制到僅12件每百萬件。