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工业4.0:开启数字化工厂的幻象新时代?

供稿:中国工控网 2016/8/1 10:34:57

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  • 关键词: 工业4.0 数字化工厂
  • 摘要:从幻象到理念,从开发和设计,从机器到机器,无一例外都会存在一条数字信息链。为了生产零件,3D打印技术这样一个完全新兴的领域由此产生。每个人都在谈论数字化,数字化的工厂模型应运而生。

  “现代工业经历了机械化、电气化革命,未来的第四次工业革命必然是以机、电、信息相结合的智能化制造革命。《经济学人》曾发表的《第四次工业革命:制造业与创新》专题报道中阐述了目前由技术创新引发的制造业深刻变化。”

——其中,数字化与智能化的制造技术是“第四次工业革命”的核心技术。


1、幻象——数字化工厂的幻象是惊人的


  当信息技术注入到工作中,工厂可以自己操作机器,那么智能化的工厂让人类何以自居?

  伴随着旧事物的消亡,新事物由此产生。通常,人们把这种现象叫做幻象,继而策略和目的才随之出现。

  从幻象到理念,从开发和设计,从机器到机器,无一例外都会存在一条数字信息链。为了生产零件,3D打印技术这样一个完全新兴的领域由此产生。每个人都在谈论数字化,数字化的工厂模型应运而生。

  一切,所有的一切都随之产生了改变

  就连团队之间合作的层次和形式都焕然一新。我们或许会产生这样的思考:机器人在数字化工厂中到底扮演着怎样的角色?“工业4.0”这样一个标语会像曾经的CIM(计算机集成制造)或者MIS(管理信息系统)那样昙花一现么?

  不会的。因为工业4.0是以芯片和机器人为基础的。30年来,它们都以惊人的速度在发展。根据摩尔定律,芯片的性能将越来越卓越,数字传感器会更加智能,而数据交换的网速也会不断提高。

  如今,芯片和机器人生产力的提高就像工业化时代的蒸汽机一样。机器人在机能上比人类强大,因为他们并不需要“休息”。并且,他们拥有大量的数据储备,甚至可能是知识储备,能够让他们去仔细挑选出正确的答案。

  然而,他们缺乏创造力,他们不可能去创造新鲜事物。

  ——数字革命也被迫带来了新的联盟。联盟中的一方为掌握和处理巨大的数据量提供技术支持,另一方制造软件和计算机,还有一些成员生产传感器、电缆、配电盘或者机器。在数字化制造中,在工业4.0中,在智能化工厂中或在综合性工厂中,产品、集装箱和机器都是实时相连的。



在工业4.0计划中未提及的人类也位列其中么?


  这就是互联网机器厂房的一切。在这里,所有的事物都紧密地联系在一起:机器、运输设备以及服务设备,最终,人类也是包含在内的(如设计师、运输工作、机电工人)这为我们带来了振奋人心的前景。“我们向未来迈出了完全崭新的一步。网络化的生产将持续改变我们对于工业的理解力,这在以前是从来没有过的”。德国机械设备制造业联合会主席Reinhold Festge博士说。


机械制造是网络化生产的关键性工业

  若仅将数字化当作提高经济效益的操纵器,这显然是不合理的。它经常与“文化断裂”紧密联系在一起,而企业必须打破旧的传统。这也可以被称作是一种新的文化革命,其会在所有行业建立一种新的团队合作模式。

——来自图宾根的教授Daniel Buhr认为,工业4.0不仅是一种经济的形式,而且使整个社会生活发生了巨大的改变。它不仅是一种技术,而且也将改变人类的能力。比如,它使工作时间变得更加灵活,和网络有更多的合作,并且和新的向导装置形式紧密联系在一起。


2、投资收益


  工业4.0并没有给出一个具体的投资金额、每一年的维护费用以及预期的需要精简的费用。


  这毕竟是关乎效率提高的问题。没有人能够回答,工人们将面临着怎样的考验。“我们保证,数字化会给尽量多的人带来回报,并且会使尽量多的人分一杯羹。”

  数字化工厂的成本效益被悄无声息地作为前提条件。但是人们绝对不要忘记,被数字化控制的过程只有在昂贵的细节工作中才得以进行。它还需要一个昂贵的,至少是要花费很大力气去维护的信息技术。

  一个管理者总是很乐意看到一种数字,这种数字是关乎于可衡量的经济效益,并且这种经济效益是持续增长的。他想看到投资的金额和预期的收益,这其中就包括组织的费用。对于产品的改进,当然还有大量的关于传感器、网络和计算机的硬件投资金额让他注意,但是他最感兴趣的还是软件及其每年的维护费用。


每一个真正意义上的创新都会有自己的特点

  然而,经济效益的提高该如何测定?仅仅是跟预想的一样,工资突破零么?或者跟那些大的汽车制造商一样,经济效益的提高有一个受限的框架,比如经济效益约占总成本的15%?又或者整个生产的加速度被作为是某种潜能被量化?一周的时间会被缩短到多少?

  ——没有人知道答案。或者人们只是想让经济效益更加透明化。不过,要让一个管理者做到这点,显然是很难的。


3、过程控制


  数字化的整体是全新的。具有思考能力的人类,作为在整个生产过程中有执行能力的组成部分,所期待的合理化途径也是全新的。但是,这在今天还被认为是一种乌托邦。


  事实上最耸人听闻的是(很少有人用耸人听闻来描述这件事),在货板上的每一个部件都在同时运行着控制信息。现在,已经不再是带有企业管理解决方案的中央计算机或者是类似企业资源计划的软件在控制着整个过程,而是机器之间的交流——A机器告知B机器,这样会使产品的生产更加智能化。

  在工业方面,只有很少的还在运行的模板。计划中的各项工作仍然都会进行非常严谨的处理,因为它们被很自然地认为是未来的模板。细胞在DNA中也会储存控制信息,这些控制信息使细胞到达原定的位置。不过,自然规律是不需要中央计算机的。

  人们所讨论的工业4.0的“智力”,不是来自硬件也不是来自软件,我们必须先编制新的算法(计算规则)。而现在流传下来的经验,不过是旧时代的大师和技术工人们通过他们的学识对一些影响正常生产生活的小干扰而产生的反应。


  “停止排队,保持运行”,这个被证明是非常可行的看板管理的口号由此发展起来。在数字化工厂中,一切都被看板管理的原则所约束。尤其是“获取原则”、“百分之百保证质量”、“瓶颈的不存在性”以及在生产过程中所有层面的每一个员工的企业态度。


  或者可以这样理解:关于生产的旧原则已经消亡

  无论是泰勒制、精益生产方式或者是企业再造

  它们都不再被讨论

  ——数字工厂是一个新的理念,不仅对于实际的生产制造,而且从供应商到客户的整个过程的控制都受其影响。就像之前的PPS(生产计划和控制系统)工作领域,这个系统在未来将不复存在,当它不能成就所有的事情,它将会被其他系统所取代。工业4.0也是一样的。


4、安全性


  数据的安全性是实践者们需要不断研究和思考的话题,因为就算在未来,也会存在某些缺陷、例外、黑客和干扰整个系统的一些方式。

  工业4.0的所有新系统都是数据吸入器。数字化使企业变成一个透明的图像,在这里,所有的一切都被监视着,不仅是产品,就连员工、企业管理层,甚至是客户都逃不开被监督的命运。

  这是一个不能被停止的发展趋势。这就是为什么对于这样的令人惊恐的发展需要我们制定严格规则的原因。

  数据滥用已不仅仅是一个理论术语

  产业工会、软件制造商,当然也包括政府,都必须为此进行一系列的讨论,并且尽早得出切实可行的方法。

  ——例如,在断电的情况下该怎么办?黑客突然袭击又该怎么去处理?当工厂遭遇爆炸威力达到10公里的原子弹,并且造成了整个电子设备的中断,那么工厂该怎样继续运行?在数字化工厂当然也会存在数据丢失、拥塞和错误,为了不影响生产率,它们又将如何被处理?为了达到一定的产量,产品的质量和生产期限又能得到保证么?


5、人类


  这里的人类是模拟的。所有在数字化工厂中的模拟都是一个系统断层,当然也包括人。人类的能力不再被需要了么?人类解决问题的权限范围,在面对改变和干扰的情况下所做出的快速反应,人类的能力和本质都将在本书中做进一步的阐释。


6、未来


  在未来的几年,我们当然还会有工业5.0。所有的一切都早就被网络化,功能都已经非常智能。


  若使当前和将来的效率得到本质的提高,又有哪些可以被预见的技术可能性呢?

首先,一如既往的是在尽可能灵活的基础上花费最少(批量=1!)。但是对于每一道工序,都会有一个明确的职责。与此同时,持续的改善过程(KVP)将会继续进行,简单化也被提上议事日程,甚至可能模糊技术(模糊=对于明确的性能指标付诸于模糊的工作量)的投入使用也会被简单化。

  最重要的是,机器人和那些具有企业思想的,有责任感的员工的加入,他们的功能到底是什么?

  ——每个环节都可以在千分之一秒得到交流真的可以实现么?也许不太可能,不过整个系统可以根据当时的情况进行重新设计。

因此将来就会出现以下的一些问题:


简单化还会有其他可能性么?

效率的提高有被测定的可能性么?

对于子系统或者工序,有专门的负责人么?

一些数据项可以被清除么?

信息技术、看板管理、应用软件、管理者导向作用等,他们的能力都被充分利用了么?

——这些问题在几年前就应该被提出,那么人们在今天也就可以为此付诸行动了。因此,工业4.0并不是发展的终结,而是为了实现生产的数字化与信息化而迈出的很重要的,而且是必不可少的一步。



文/蜂迷世界(简书作者)


审核编辑(王静)
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