第一次工業(yè)革命是水和蒸汽動力帶來的機械化。第二次工業(yè)革命是電力的使用使大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。第三次工業(yè)革命是電子工程和IT技術的采用,以及它們帶來的生產(chǎn)自動化。工業(yè)4.0是第四次工業(yè)革命。相對來說,KUKA機器人維修,這一次變革仍然處于起步階段。依靠高級的軟件和能夠通信的機器設備,工業(yè)4.0將使工業(yè)生產(chǎn)進一步優(yōu)化。
工業(yè)4.0的關鍵是智能工廠。智能工廠是一種高能效的工廠,它基于高科技的、適應性強的、符合人體工程學的生產(chǎn)線。智能工廠的目標是整合客戶和業(yè)務合作伙伴,同時也能夠制造和組裝定制產(chǎn)品。
而且,未來的智能工廠將很可能在生產(chǎn)效率和安全性方面具有更大的自主決策能力。工業(yè)4.0更多的是依靠機器進行工作并解釋數(shù)據(jù),而不是依靠人類的智慧。當然,人的因素仍然制造工藝是核心,但人更多地是起到控制、編程和維護的作用,而不是在車間進行作業(yè)。
工業(yè)4.0的核心技術是什么?
目前是一個工業(yè)4.0時代,也是所謂第四次工業(yè)革命,按照馬克思指出的那樣,工業(yè)革命不僅僅是生產(chǎn)力的快速提升,同時還是生產(chǎn)關系的改變。那我們所處的時代真正的核心驅(qū)動力是什么?
大約250年前,英國發(fā)生了第一次工業(yè)革命。當時英國因為工人工資比較高,資本家發(fā)動了各種技術革新,期望解決工人工資較高的問題,其中機械化的紡織機就是最為典型的代表。機械化的應用,促進了機械化技術在其他領域的廣泛應用,從而導致了全社會掀起了一股機械化改造傳統(tǒng)生產(chǎn)的浪潮。
在第一次工業(yè)革命之后100年,又開始了第二次工業(yè)革命,也就是所謂工業(yè)2.0,這一次是以電氣化為代表的技術廣泛應用為特征。伴隨著的是管理的革命。生產(chǎn)車間的流水線應用,大大促進了大規(guī)模生產(chǎn)制造的發(fā)展,并且產(chǎn)生了一個新的階層(工業(yè)1.0產(chǎn)生了工人階級)專業(yè)管理層。按照哈佛商業(yè)歷史學家錢德勒在《規(guī)模與范圍》中的定義,英國是個人資本主義,德國和美國都是管理資本主義,也就是說英國比較重視個人及家庭對工廠的控制,而德國和美國廣泛的雇傭?qū)I(yè)管理人員來對工廠進行管理,這是它們之間的差別,同時也是英國在工業(yè)2.0時代落后的一個重要原因。
在其后發(fā)生的工業(yè)3.0,距今不過50年。工業(yè)3.0時代是一個信息技術廣泛應用的時代,在這期間,美國等傳統(tǒng)的工業(yè)強國積極發(fā)展新型電子工業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè),相對弱化了傳統(tǒng)的機械制造等工業(yè),這期間中國制造隨之逐步崛起。
從工業(yè)1.0、2.0和3.0的發(fā)展歷史來看,技術創(chuàng)新毫無疑問扮演了非常重要的角色。即便進入了工業(yè)4.0時代,技術創(chuàng)新仍然會扮演核心驅(qū)動的角色。其中有三大技術特征--高度自動化、高度信息化和高度網(wǎng)絡化,并簡稱為三個高度。
這些技術計實際載體也正改變著我們的生活。比如基于電機驅(qū)動系統(tǒng)工業(yè)機器人,電動汽車,高鐵,高精度機床等。電機驅(qū)動系統(tǒng)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學、信息和傳感技術等多學科而形成的高新技術,電機驅(qū)動系統(tǒng)的應用情況,也代表著一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。
電機驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展也離不開測試技術的發(fā)展。電機驅(qū)動系統(tǒng)是由電機和控制器組成,要實現(xiàn)更加完整測試電機運行系統(tǒng)的性能,那不僅要對電機進行穩(wěn)態(tài)測量,而且也要對電機驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)性能進行分析,傳統(tǒng)測功機已經(jīng)很難滿足測試條件。致遠電子在電機驅(qū)動系統(tǒng)測試技術上實現(xiàn)技術創(chuàng)新,可對電機驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能同時測量,讓國內(nèi)電機測試技術進入動態(tài)時代。
德國人創(chuàng)建了新的生產(chǎn)環(huán)境,包括新的管理、流程、模型等,還提供新的智能生產(chǎn)裝備和新的技術手段。將推動德國的機器人、制造成套裝備、IT技術、控制技術、信息技術等核心產(chǎn)業(yè)的變革,并加入到工業(yè)4.0體系內(nèi)。
1.信息物理系統(tǒng)(CPS)
CPS形式網(wǎng)絡通過(無線)傳感和驅(qū)動,能夠應對不斷變化的環(huán)境,甚至預測物理系統(tǒng)過程的變化。
2.云計算
云計算讓儲存在本地的應用程序或者服務連接到物聯(lián)網(wǎng)變得可能。
3.大數(shù)據(jù)分析
大數(shù)據(jù)是指大到那些典型的數(shù)據(jù)庫軟件工具無法收集、儲存、管理和分析的數(shù)據(jù)集。大數(shù)據(jù)分析方法讓工業(yè)智能化變得可能,比如說機器學習。
4.(IT)系統(tǒng)安全
數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的傳播以及所有其它工業(yè)系統(tǒng)、機器設備和原件都需要被充分保護,免于遭受網(wǎng)絡攻擊。
5.增材制造/3D打印
增材制造(AdditiveManufacturing,AM)技術是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術,相對于傳統(tǒng)的材料去除-切削加工技術,是一種自下而上的制造方法。
6.增強現(xiàn)實(HMI)
使用增強現(xiàn)實眼鏡的工人可以通過遠程接受指令來正確裝配零件或者協(xié)助調(diào)試。
7.機器人/人形機器人(HMI)
新技術使交互更安全,比如讓機器人去人類無法達到的地方執(zhí)行任務,這些機器人往往被設計成人類的樣子。
自動化技術朝著工業(yè)4.0發(fā)展
德國的工業(yè)4.0概念是建立在德國在自動化裝備全球領先的優(yōu)勢地位上,幾乎所有國內(nèi)的大型自動化工業(yè)企業(yè),以及上千的中小企業(yè)也將加入到這一體系里去。西門子、菲尼克斯電氣、倍福、施耐德電氣、庫卡等都在朝這一方向努力。
西門子(Siemens):憑借全集成自動化(TIA)和數(shù)字化企業(yè)平臺,西門子長久以來占據(jù)著信息技術集成領域的領導地位。西門子公司還將與德國弗勞恩霍夫研究院以及大眾汽車公司,通過利用產(chǎn)品生命周期管理軟件(PLM)進行虛擬生產(chǎn)規(guī)劃,可降低生產(chǎn)線上機器人的能耗高達50%。
菲尼克斯電氣(PhoenixContact):全面投入Profinet工業(yè)以太網(wǎng)的開發(fā),目前形成了全面的基于Profinet工業(yè)以太網(wǎng)的競爭力。
倍福(Beckhoff):與傳感器、視覺系統(tǒng)及機械廠商一起參與科技自動化-系統(tǒng)化工程與極速控制-標準加工設備能效提升兩個項目的實施。
施耐德電氣(SchneiderElectric):推出的EcoStruxure能效管理平臺,除了實現(xiàn)了對電力、工業(yè)、建筑樓宇、數(shù)據(jù)中心和安防5大領域的技術和專業(yè)經(jīng)驗的整合,EcoStruxure與其子系統(tǒng)更強調(diào)軟件帶來的靈活性。
羅克韋爾自動化(RockwellAutomation):通過與思科密切合作,推進標準以太網(wǎng)EtherNet/IP快速發(fā)展。Ethernet/IP是未經(jīng)修改的以太網(wǎng)標準,可以和現(xiàn)在所有的標準以太網(wǎng)設備透明銜接,使得產(chǎn)業(yè)融合成為可能。值得關注的是:2014年4月全球最大的工業(yè)展會漢諾威工業(yè)博覽會上,西門子展示的新一代汽車生產(chǎn)線吸引了很多人。從表面來看只是機器人對生產(chǎn)線上的車體進行組裝,任何一個汽車工廠都有這樣的組裝線。不過,制造的思路卻完全不同。在該生產(chǎn)線上,車體與機器人一邊對話一邊進行組裝。其工作原理為在車體內(nèi)嵌入IC標簽,記錄汽車型號、必要零部件以及組裝順序等信息。車體接近機器人時會發(fā)出需要5扇門等指示。機器人會按照指示進行作業(yè)。
與德國的工業(yè)4.0相比,其他工業(yè)化國家雖然未普遍使用這一術語,但盡可能降低生產(chǎn)操作成本、提高靈活性和加快創(chuàng)新周期也是這些國家的共同目標。
美國:在美國,GE主導的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)革命同樣如火如荼,已經(jīng)成為美國制造業(yè)回歸的一項重要內(nèi)容。