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行業新聞

工業4.0核心概念及詳細解讀

2016-03-18 點擊數:1623

工業4。0是德國政府提出的一個高科技戰略計劃。該項目由德國聯邦教育局及研究部和聯邦經濟技術部聯合資助,投資預計達2億歐元。旨在提升制造業的智能化水平,建立具有適應性、資源效率及的智慧工廠,在商業流程及價值流程中整合客戶及商業伙伴。其技術基礎是網絡實體系統及物聯網。

德國所謂的工業四代(Industry4.0)是指利用物聯信息系統(Cyber-PhysicalSystem簡稱CPS)將生產中的供應,制造,銷售信息數據化、智慧化,最后達到快速,有效,個人化的產品供應。

欧宝体育 工業4.0已經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,有關工業4.0合作的內容共有4條,第一條就明確提出工業生產的數字化就是"工業4.0"對于未來中德經濟發展具有重大意義。雙方認為,兩國政府應為企業參與該進程提供政策支持。

背景

欧宝体育 "工業4.0" 研究項目由德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部聯手資助,在德國工程院、弗勞恩霍夫協會、等德國學術界和產業界的建議和推動下形成,并已上升為國家級戰略。德國聯邦政府投入達2億歐元。

德國政府提出"工業4。0"戰略,并在2013年4月的漢諾威工業博覽會上正式推出,其目的是為了提高德國工業的競爭力,在新一輪工業革命中占領先機。 該戰略已經得到德國科研機構和產業界的廣泛認同,弗勞恩霍夫協會將在其下屬6-7個生產領域的研究所引入工業4。0概念,西門子公司已經開始將這一概念引入其工業軟件開發和生產控制系統。

內涵

"工業4。0"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變,目標是建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式。在這種模式中,傳統的行業界限將消失,并會產生各種新的活動領域和合作形式。創造新價值的過程正在發生改變,產業鏈分工將被重組。

德國學術界和產業界認為,"工業4.0"概念即是以智能制造為主導的第四次工業革命,或革命性的生產方法。該戰略旨在通過充分利用信息通訊技術和網絡空間虛擬系統-信息物理系統(Cyber-Physical System)相結合的手段,將制造業向智能化轉型。

"工業4.0"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系統及過程,以及網絡化分布式生產設施的實現;

二是"智能生產",主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。該計劃將特別注重吸引中小企業參與,力圖使中小企業成為新一代智能化生產技術的使用者和受益者,同時也成為先進工業生產技術的創造者和供應者;

三是"",主要通過互聯網、物聯網、物流網,整合物流資源,充分發揮現有物流資源供應方的效率,而需求方,則能夠快速獲得服務匹配,得到物流支持。

目標

德國制造業是世界上最具競爭力的制造業之一,在全球制造裝備領域擁有領頭羊的地位。這在很大程度上源于德國專注于創新工業科技產品的科研和開發,以及對復雜工業過程的管理。德國擁有強大的設備和車間制造工業,在世界信息技術領域擁有很高的能力水平,在和自動化工程方面也有很專業的技術,這些因素共同奠定了德國在制造工程工業上的領軍地位。通過工業4.0戰略的實施,將使德國成為新一代工業生產技術(即信息物理系統)的供應國和主導市場,會使德國在繼續保持國內制造業發展的前提下再次提升它的全球競爭力。

關鍵點

工業4。0有一個關鍵點,就是"原材料(物質)"="信息"。具體來講,就是工廠內采購來的原材料,被"貼上"一個標簽:這是給A客戶生產的XX產品,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",實現了"原材料(物質)"="信息",制造業終將成為信息產業的一部分,所以工業4。0將成為最后一次工業革命。

商業模式

商業模式對制造業來說至關重要。那么,在工業4。0時代,未來制造業的商業模式是什么?就是以解決顧客問題為主。所以說,未來制造企業將不僅僅進行硬件的銷售,而是通過提供售后服務和其他后續服務,來獲取更多的附加價值,這就是軟性制造。而帶有"信息"功能的系統成為硬件產品新的核心,意味著個性化需求、批量定制制造將成為潮流。制造業的企業家們要在制造過程中盡可能多的增加產品附加價值,拓展更多、更豐富的服務,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 。

工業4.0聯盟

由德國"工業4.0"研究機構、中國相關院所和中德兩國企業組成的青島中德"工業4.0"推動聯盟,2月9日在中國第十一個國家級經濟新區--青島西海岸新區成立,成為中國首個"工業4.0"聯盟。

2014年11月4日,中國首套工業4。0流水線在上亮相。

青島管委主任趙士玉介紹說,青島中德生態園作為中德兩國共同建設的生態型、智能型、開放型利益共同體,中德"工業4.0"推動聯盟在這里成立十分有意義。"工業4.0"是大數據革命、云計算、移動互聯時代背景下,對企業進行智能化、工業化相結合的改進升級,是中國企業更好的提升和發展的一條重要途徑。中德"工業4.0"聯盟成立后,青島西海岸新區將投入1億元人民幣對區域內部分企業進行試點,未來將逐步實現企業"工業4.0"升級。

發展現狀

是德國得以啟動工業4。0的重要前提之一,主要是在機械制造和電氣工程領域。目前在德國和國際制造業中廣泛采用的"嵌入式系統",正是將機械或電氣部件完全嵌入到受控器件內部,是一種特定應用設計的專用計算機系統。數據顯示,這種"嵌入式系統"每年獲得的市場效益高達200億歐元,而這個數字到2020年將提升至400億歐元。

有專家預計,不斷推廣的工業4。0將為德國的西門子、ABB、通快(Trumpf)等機械和電氣設備生產商,以及菲尼克斯電氣(Phoenix Contact)、浩亭(Harting)以及魏德米勒(Weidmuller)等中小企業帶來大量訂單。

德國聯邦貿易與投資署專家Jerome Hull在接受時代周報記者專訪時表示,工業4。0是運用智能去創建更靈活的生產程序、支持制造業的革新以及更好地服務消費者,它代表著集中生產模式的轉變。

Jerome Hull介紹:所謂的系統應用、智能生產工藝和工業制造,并不是簡單的一種生產過程,而是產品和機器的溝通交流,產品來告訴機器該怎么做。生產智能化在未來是可行的, 將工廠、產品和智能服務通聯起來,將是全球在新的制造業時代一件非常正常的事情。

工業4.0是涉及諸多不同企業、部門和領域,以不同速度發展的漸進性過程,跨行業、跨部門的協作成為必然。同樣是在2013年漢諾威工業博覽會上,由德國機械設備制造業聯合會(VDMA)、德國電氣和電子工業聯合會(ZVEI)以及德國信息技術、通訊、新媒體協會(BITKOM)三個專業協會共同建立的工業4.0平臺正式成立 。

標準制定

根據德國DE雜志對該問題的解釋,"安全"在這里有兩層含義:一方面,人們所獲取的數據必須可信的,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,如黑客攻擊、間諜。

"誰來保證安全的數據轉換,這是主要的問題。包括政府、研究人員和企業在內的所有人員都同意,我們需要有新的標準來實際有效地執行新的解決方案。"Jerome Hull對時代周報記者說。

標準化的缺失實際上是德國工業4。0項目推行過程中所遭遇的另一個困難。設備不僅必須會說話,而且必須講同一種語言,即通向數據終端的"接口"。

欧宝体育 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,德國可成為工業4.0標準的推動者,并在歐洲甚至全球推行這些標準。

德國官方并沒有透露這些標準的相關內容,但據悉,標準的制定工作正在緊鑼密鼓地進行當中。近日,工業4.0平臺剛剛發布了一個工業數據空間,訪問者可以通過該空間獲取世界上所有工業的信息。這個空間有著統一的"接口"標準,并且允許所有人對其進行訪問。

欧宝体育 探索標準化的還有他人。事實是,為了應對去工業化、將物聯網和智能服務引入制造業的國家并不止德國一個。盡管提法不同,但內容卻類似,如美國的"先進制造業國家戰略計劃"、日本的"科技工業聯盟"、英國的"工業2050戰略"等。而中國制造業頂層設計-"中國制造2025"也已經在今年上半年推出。

2014年11月李克強總理訪問德國期間,中德雙方發表了《中德合作行動綱要:共塑創新》,宣布兩國將開展工業4。0合作,該領域的合作有望成為中德未來產業合作的新方向。而借鑒德國工業4。0計劃,是"中國制造2025"的既定方略。

德國聯邦貿易與投資署中國事務專家Christina Otte在接受時代周報記者書面采訪時認為,中國工業轉型在中國轉變經濟增長模式的過程中扮演著重要角色。中國政府試圖重新去平衡經濟發展,即減少以投資和出口為基礎的增長,尋求更多的來自內需驅動的增長。為了實現這一目標,中國需要實現工業現代化。為了保持GDP在一個穩定的增長水平上,它需要從勞動密集型生產模式切換至高效的高科技生產模式。勞動力成本急劇上漲,并且在將來仍會繼續擴大。中國將在不久的將來面臨合格人才的短缺。從長期來看,只有那些進入高端制造業的企業才有機會留在市場里。這種由現代化所帶來的壓力將影響到中國幾乎所有的行業,而工業自動化和新一代信息技術的集成是關鍵。

"德國的工業4。0可以為中國提供一種未來工業發展的模式,幫助中國解決眼下所面臨的一些挑戰,如資源和能源效益、城市生產和人口變化等。"Christina Otte說。

隨著中國的加入,德國對工業4.0標準的制定或將加速 。

四大難題

標準化

工廠要對內外各種物品與服務進行聯網,那么,通信方式、數據格式等許多內容都需要標準化。目前在國際標準化舞臺上,美、德、日等發達國家能夠長期保持主導地位,主要憑借的就是強大的制造業綜合實力,而我國目前在國際標準化舞臺上仍然處于“聽眾”角色,也從一個側面反映了我國制造業整體水平的差距。

標準先行是“工業4.0”戰略的突出特點。為了保障“工業4.0”順利實施,德國將標準化排在行動首位,成立一個工作組,專門處理標準化和參考架構方面的問題。2013年12月,德國電氣電子和信息技術協會發布了“工業4.0”標準化路線圖。我國在推進信息技術與工業深度融合的具體實踐中,也應高度重視標準化在制造業發展中的引領作用,及時出臺“兩化融合”或“兩化深度融合”的標準化路線圖,盡最大可能實現標準的國際化,使中國標準得到國際上的廣泛采用。

此外,跨學科、跨領域是制造業高技術發展的顯著特點。隨著制造業技術不斷發展,各種高新技術以前所未有的廣度和深度滲透到制造業的各個環節中,使制造業的產品生產過程和管理方式都發生了深刻,甚至是革命性的變化,催生了一大批新興高技術制造業出現。反過來,制造業在發展過程中,不斷融入和集成各種技術,形成極為復雜的系統化過程。為此,只有從一開始就進行標準化的約束和引導,才能有序開展與推廣“兩化融合”。

復雜的系統管理

實際生產過程與各種業務管理系統協同之后,系統整體更加復雜化,對其進行管理將更加困難。產、學、研、用多個層面的聯合機制在一定程度上能夠化解系統的復雜化,不斷完善管理體系。德國“工業4.0”是由德國工程院、弗勞恩霍夫協會、西門子、博世等企業聯合發起的,工作組成員也是由產、學、研、用多方代表組成的。因此,“工業4.0”戰略一經提出,就很快得到了學術界、產業界的積極響應。

從我國制造業來看,企業普遍重視技術,但不重視流程管控,尤其是在技術研發方面。而未來的制造業體系將越來越復雜,這就需要產、學、研、用多個層面聯合來推動制造業創新發展。因此,我國應該充分吸收和借鑒德國“工業4。0”的聯合模式,一方面,政府要通過引導和支持的方式促進不同類型的產、學、研合作聯盟發展;另一方面,選擇幾個重點行業和關鍵技術領域進行試點,由創新意愿較高的企業牽頭,聯合科研實力雄厚的大學或科研機構,組建多種形式的研發聯盟,充分調動各方資源和力量,共同推進技術研發與應用推廣。

德國認為,邁向“工業4。0”的道路上,生產過程與各種業務管理系統協同之后,系統整體會更加復雜化,對其進行管理將更為困難。為此,需要實現“制造系統的橫向、縱向集成”和“工程端到端的集成”。橫向集成主要解決企業和企業之間復雜系統管理,實現信息無縫的交流;縱向集成主要解決企業內部的復雜系統管理,在企業的研發、設計、制造、驗證、物流、交互各環節,所有的信息都無縫隙、高效、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集成的復雜系統管理問題,以保障大規模個性化定制的實施。

通信基礎設施建設

德國“工業4.0”的本質就是基于信息物理系統(CPS)實現“智能工廠”,讓制造業的各個環節充分地與互聯網融合,形成工業互聯網。而實現工業互聯網就需要適用于工業的、具有高可靠性的通信基礎設施建設作為基本保障。此外,隨著工業互聯網的形成,也必然會出現工業大數據。工業大數據的采集、傳輸、交互和共享,必然要求建立容量、帶寬、存儲與數據處理能力更強大的基礎實施。

而當前的網絡基礎設施恐怕難以滿足“工業4.0”時代的要求。因此,構建容量更大、服務質量更可靠的工業通信基礎設施,將成為未來制造業迫切需要解決的一項課題。

網絡安全保障

工廠與外界實現聯網之后,惡意軟件入侵、網絡受到攻擊的危險性會有所提升,這就需要制定保障網絡安全的對策與解決方案。

進入21世紀以來,各種針對工業基礎設施的網絡攻擊就開始出現。例如:澳大利亞下水道監控系統和美國核電站監控系統曾被第三方經由無線網絡系統侵入,波蘭地鐵信號系統也被入侵。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受到網絡攻擊,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/天然氣的生產發生異常。

隨著“工業4.0”時代的到來,人力、物料、生產設備、各種生產管理系統以及價值鏈上的眾多協同企業都將互聯,隨之而來的是網絡安全問題的隱憂,這就迫切需要建立一套完善的工業互聯網信息安全認證體系,此外在認證制度的設計和標準規范的研究與設計方面,還需要大量的經驗積累。初期,我國可以與國際認證機構合作,開展聯合認證服務,同時逐步建立自己的安全認證機制。這不僅是與國際通行做法接軌,也有利于信息安全領域的國際交流與合作,在切實提高我國信息安全水平的同時,幫助和促進工業企業提升信息安全技術水平,引導產業健康發展。

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