簡要來說,“工業4.0”戰略旨在建立一個信息物理融合系統網絡,通過有線/無線等方式將所有生產企業的自動化設備、客戶需求、物流倉儲、生產 管理、各類軟件等產業鏈所有環節納入其中,使工業生產實現動態監測、自我調整、人機互動并以最優生產方式完成生產實踐。與此先關的八大技術正在賦予新的意 義。
1.工業大數據的應用
過去,企業做什么,客戶就要什么;現在是客戶要什么,企業就做什么,同時客戶獲取信息的渠道變得很廣,且需求也越來越多樣化。那么,企業該如何 精準的滿足這些客戶多樣化的需求呢?中國機械工業聯合會顧問朱森第告訴記者,互聯網就可以幫助企業做到這一點,就如大數據。企業可以通過挖掘過去若干年的 數據,分析出未來會有怎樣的趨勢及市場需求,進而了解自己的企業現在應該做什么。
大數據,是實現德國“工業4.0”、構建數字工廠的基礎,如果沒有大數據,企業無法及時了解最新的市場走向及客戶需求,更不用說跟隨時代的發展 建設數字工廠了。在這里,為了使我國的制造企業快速實現數字工廠的搭建,我們一起來談談工業上大數據的應用及實現數字工廠的最佳方法。
在此,也許有人會疑惑,工業大數據與其他行業的大數據有何不同?中國西電集團公司總經理張雅林告訴記者,工業大數據及其他行業的大數據沒什么區 別,只是重點應用的領域不同罷了。制造業的大數據重點使用在創新與流程再造上,同時在制造過程中及對客戶的總體服務上也會提供幫助。舉個簡單例子,企業要 研發新產品,首先就得通過大數據看客戶得反映,服務這塊也是如此。而其他行業的大數據,就如電子商務,更多地是運用在銷售端上,銷售人員可以通過客戶的購 買及瀏覽記錄數據,分析出顧客的愛好及最近的購買傾向等信息,便于銷售人員更好的銷售產品。
為了使制造業的同仁們能更好地運用工業大數據,以下就把制造業企業對大數據的應用案例分享于大家,希望對大家有所幫助。
2.工業云的應用
過去,制造業只是一個環節,但隨著互聯網和工業的融合,它的含義發生了巨大變化。因為它可以打破并重構工業生產的全生命周期,使產品的設計、研 發、生產制造、營銷、服務形成閉環,徹底改變工業的生產模式。如今,互聯網正在進一步向制造業的每個環節滲透,網絡協同制造的工業云也隨著出現。
所謂工業云,其與電子商務等其他行業運用的云沒有什么區別,只是用在不同領域有不同的稱呼而已。不過,據貿易軟件有限公司全球副總裁黃曉峰介 紹,國內沒有真正意義上的商務云,就如國內一些企業商務平臺,其運行模式看似完美,但背后有上千名技術、市場和銷售人員在服務。在黃曉峰眼里,這并不是真 正的云,真正的云不需要企業招聘如此多的市場和銷售人員服務,只需部分技術人員去開發更多的新應用,以服務客戶。
目前,國外的云發展較快,給很多企業帶來了便利;在國內,很多企業如今都是借助其他專業的云平臺來管理企業內部員工和外部供應商,因為企業要做 自己的云,需花費大量的成本且需要很長一段時間才能看到效益,有的企業甚至看不到效益在何方,因為他們不了解云真正的意義及應用,同時由于這些企業的專業 強項并不在構建云平臺上,所以很難利用云平臺來管理企業或挖掘出新應用服務客戶,因此很多大型的制造企業往往都是采用借助的方式來實現協同辦公等事項。
3.物聯開啟制造新時代
兩化融合的物聯網意義是互聯互通,工業4.0戰略的物聯網意義是萬物融合,從互聯互通到萬物融合是一個長期的過程。不過,無論是兩化融合策略下 推進建設的數字工廠,還是工業4.0所倡導的智能工廠,都離不開物聯網技術的支撐而獨行。車聯網,則是近期制造領域物聯網呼聲最高的案例,以下通過車聯網 的部分案例或可看到物聯網在數字工廠或智能工廠的縮影。
車聯網:全世界呼聲最高
車聯網,關乎客戶最需要的貼心服務。其作用在于通過信息的融合,構造共享的大數據。通過大數據的分析獲得實時道路交通狀況、車輛狀況的正確“語義”。目前,根據車聯網的技術分類,可分為車內網、車際網,及車上互聯網。
車內網車內網主要是總線通訊技術構造,感知范圍0--200米。在車內網的建設中,傳感器的作用是最大的。試舉幾例說明問題。
ADAS是車內的關鍵零部件,它是安裝于車上各式各樣的傳感器,用以研究攝像頭、雷達等的性能要求。通過研究,做出性能調整及集成。如國際上對 汽車防撞雷達可歸納為長、中、短3種距離的雷達,這3種雷達主要應用于自適應巡航系統、預碰撞安全系統,及盲區檢測系統。而隨著數字波速技術的發展,通過 數字波速賦形便可將3種模式的雷達集成為1種雷達,如目前多模電子掃描雷達正成為最新的防撞雷達模式。
同時,利用ADAS收集車內外的環境數據,可在第一時間對車內外的靜、動態物體辨識、偵測與追蹤并做技術上的處理,從而能夠讓駕駛者在最快的時 間察覺可能發生的危險。此外安裝在車輛上的其他傳感器也可獲得車輛的速度、加速度、車輪轉速、發動機轉速、線加速度、角加速度等;同時對于溫度、濕度、照 度等都有感知。
汽車線控技術也是車聯網著重考慮的要素。其主要是將駕駛員的操縱動作經過傳感器變成電信號,通過電纜直接傳輸到執行機構的一種系統。而車聯網的 線控技術對于油門控制、制動控制、轉向控制是側重關注。此外,通過對汽車動力學所涉及的諸多器件的物聯網技術改進,可對駕駛指引、危險報警等進行主客觀評 價。
車際網車際網主要是通過射頻技術構造,感知范圍300-1000米。車際網關注的是車路協同的技術。車聯網于其中的技術應用主要表現在自動引導 駕駛,改進安全性、節能駕駛等。安裝在道路上的傳感器也會獲得諸如道路交通流量、道路交通突發事件,信號燈的位置及狀態等,用以協助汽車安全行駛。
車上互聯網車上互聯網由寬帶無線通訊技術構造。車上互聯網對于駕駛輔助,諸如根據實時路況智能選擇行車路線,協助預定目的地車位、飯店等,道路交通突發事件實時播報等方面所做工作較多。同時,車上互聯網也可用于分時租賃、物流管理方面。
車上互聯網的熱議話題是車輛控制,而自動駕駛則是最大膽的想法。如2008年,上海科委承擔起無人駕駛智能電動汽車項目,2011年順利結題。 在模擬的復雜環境中進行演示,無人工干預跑完全程。其成功之處在于通過建立無人駕駛車研究平臺,現實環境感知,全局路徑規劃,局部路徑規劃及底盤控制等功 能的集成。通過“物聯—感知”,從而使汽車具備“思考—行動”的能力。
無獨有偶,2014年谷歌的無人車走得更遠。4月27日,谷歌宣布,開始在城市街道試驗自動駕駛汽車。之前,已經在加州進行了數千英里的試驗。而谷歌的案例也說明,未來依賴雷達、視頻、激光等傳感器和地圖信息數據庫來進行無人駕駛,將為汽車業發展翻開新的一頁。
當然,車聯網技術的應用還有許多方面正待破題。尤其是受汽車行駛安全理念的制約,信息的選擇及定量化評估,信息的定量化評價、人機交互技術的研 究、復雜大系統的安全保障都將是是制約并深刻影響車聯網發展的重要因素。好在,在路上的汽車有著企業及其用戶寄托的最美好的市場共贏前景!
4.工業4.0與PLM
工業4.0是完整的工業體系,它是國家行為,也是國家體系。而工業4.0實施的邊界條件,是數字化體系,數字化體系就是基于PLM的產品設計、 工藝和制造。因此,PLM涉及方案階段、工程研制階段、批生產階段、服務和銷售階段等全生命周期過程。目前,隨著中國制造企業信息化的快速發展,對于 PLM的應用也逐漸向深層次滲透。這正如金航數碼科技有限公司副總經理寧振波所說,“PLM在中國制造企業的使用并未隨著信息技術的發展而向前后端延伸, 但大多數企業僅僅做了PDM應用在工程研制和批生產階段應用,成熟的全面應用PLM技術并將其前延到方案設計,向后延伸至綜合保障階段還需要很長的路要 走。”
5.虛擬贏得市場
德國為什么會提出工業4.0?答案是新技術使制造企業的生產形態發生重大變化。變化在于:過去的工業生產過程都是線性的,而現在的新型生產呈現出復雜的網絡化特征。
在全球競爭的環境下,制造企業必須要有更加靈活的制造和生產。如近期國內提出在民航研制前,有必要聽取駕駛員的意見。而在生產制造的前期,因網 絡技術的突破也使得制造企業可以直接關注客戶需求,網絡平臺上客戶的創意正成為企業生產的重要組成部分。諸多因素決定,產品的生產前期就須滿足客戶需求, 而解決這樣的問題,借助網絡技術支撐的虛擬制造被推上了市場的前沿。
6.機器人“元年”的真正意義
中國制造企業使用工業機器人已經有20余年的歷史了。但由于人口紅利的持續存在,它一直處于不溫不火的狀態。但到了2013年,這種情況有了逆 轉,機器人大規模地進入國內制造企業。2014年中國也成為機器人的全球第一大市場。所以,2014也被稱為中國工業機器人“元年”。“元年”背后的指 向,并非單純的是“機器換人”,而意味著中國的制造業有了深刻的、不可逆轉的變革。在新一輪的工業革命來到時,在中國制造業轉型升級過程中,機器人的廣泛 使用,將根本性地改變世人對“中國制造”的刻板印象。
很多人把2014年稱為“中國工業機器人元年”。這是很有道理的。從銷售量來看,中國是全球增長最快的機器人市場,已經超過日本,成為全球第一 大機器人市場。而且,中國在制造領域中的工業機器人的應用,還有巨大的提升空間。以機器人密度而論,國際每萬名工人擁有機器人臺數平均為55臺,韓國為 347臺,日本為339臺,德國為251臺,美國為135臺,2013年已增至23臺。
可以預見,未來幾年中,工業機器人的浪潮會向中國制造業全方位襲來。有人把這種現象歸因為:一是“人口紅利”的消失,用工成本的上漲導致的勞動力市場倒逼來工業機器人的快速替代;二是由于技術成熟導致的工業機器人價格的大幅下降;三是國家政策對工業機器人的大力扶持。
7.融入智能制造
目前,工業機器人也到了一個轉型升級換代的時候。過去50年的發展,工業機器人是作為高端設備而發展起來,以后,它將朝著非生物人工智能的方向 發展。這與現在方興未艾的“智能制造”、工業4.0這些制造新理念一拍即合。可以預見,工業機器人將在未來仍然會扮演著骨干的角色。
現代化的汽車生產制造不僅要滿足批量化、自動化的要求,而且也要具備可配置的、靈活的、能傳遞信息的、可變化的生產單元。以前一條生產線只能生 產一種車型,現在則要求一條生產線上要同時并線生產五六種甚至更多的車型。在這個單元里,機器人也被要求可以編程,并與操控單元通訊,為適應生產要能根據 程序更換各種工具及改變生產節拍。
長安福特的車身的焊裝生產線上有超過500臺機器人,它們分別為福克斯、蒙迪歐、翼博等車型提供全部的高效率的焊裝工作,在一條生產線可以完成 六種車型的生產,它們使用的工具是根據編程要求而可以改變的。正是有這樣的基礎才能夠保證有工廠下一個不同車型訂單,產線能夠按時、按質、按量生產出來。
無獨有偶,在寶馬鐵西工廠處處可見機器人在不知疲倦的運轉和工作,它們的工作精準,高效,似乎永遠也不會停下來。寶馬把生產流程切分成非常細小 的片段,每個片段都遵循嚴格的順序加工,片段之間用自動化傳動機制聯系起來。它們還充分利用廠房空間,變傳統的地面運輸為空中運輸,在鐵西工廠的車間里, 整個運輸分樓上樓下三層,將每個工位緊密銜接在一起。
據工廠的工作人員介紹,整個工廠各處布滿了數不清的物聯網傳感器,它們在收集著各種生產數據和參數,同時,每臺機器人背后都是有一套復雜的生產 編程軟件及設備控制的工業電腦,所有這些組成了一個看不見的高度復雜的電子網絡體系。因此,鐵西工廠物流得以智能化,生產線得以高度柔性化。目前,在鐵西 工廠可以生產BMWX1,BMW3系標準軸距和長軸距,3個車型全部實現并線生產。不僅如此,3個車型都可以接受個性化定制生產,這對生產方式及作為其支 撐的機器人提出了更高的要求。
如果說第一次和第二次工業革命重點是擴大產能、提高效率、保證質量,那么第三次工業革命更多的是智能化生產及快速的反應,這與上兩次工業革命帶來的制造模式完全不一樣。
在第三次工業革命中,機器人將改變制造模式,它不是簡單地提高質量降低成本或者是提高效率,最本質的改變是對人工重大的替代,完成人無法勝任的 非常態下的工作,并極大滿足個性化的需求。與其說這是機器人肩上的使命,勿寧說這人類在數百年的工業化過程中,終于“培養”出了可以替代自已的助手,并通 過它,讓自已的智能得以延伸。
對中國而言,機器人的“元年”,標志著中國制造轉型升級的一次美好開始。它的影響,人們現在尚無法準確預估,但是可以肯定的是,今后的中國制造肯定會以更加美麗的面貌出現在世人面前。
8.3D打印:打印美好明天
從近代社會的發展看,任何新興產業的興起與技術的革新都是首先從學術界的爭論和輿論界的熱炒開始。對于3D打印的作用,目前尚存在一些爭論。有 人認為3D打印是“雷聲大,雨點小”,但雷打一分鐘,可能是小雨,雷打十分鐘,可能是中雨,雷打一小時,雨水肯定是小不了。爭論本身就是一種證明,證明人 們意識到了這一新技術的價值,以及新的制造方式將對現代工業產生的巨大影響。Wohlers報告顯示過去26年來全球3D打印技術領域復合年均增長 27%,2013年更達到34.9%,有人估計這個數字會在2014年高達60%以上。
2014年,人們對3D打印技術的關注達到了空前的程度。這其中,除了媒體的炒作外,還有核心技術專利保護的到期使3D打印得到了廣泛的普及, 更重要的是,3D打印在制造業各領域的成功案例令人驚嘆。國內外不時有3D打印的“杰出表現”被媒體呈現在人們眼前。全世界各大媒體對3D打印技術的報道 就從未間斷過且越來越熱,航空航天、軍工、能源、醫療、文化創意甚至食品、服裝等大眾消費品領域的應用報道幾乎是逐月倍增。
同時,大量的社會精英、各國政府都不斷對這一新技術發聲,IBM、微軟、谷歌等跨國公司的相繼高調進入。3D打印技術所引起的已經不僅僅是制造業本身的變革,甚至將對整個工業文明都將帶來影響且比想象中的更深入、更寬廣。
“中國制造”的電商契機
當比爾蓋茨提出,“21世紀要么電子商務,要么無商可務”的大膽預言后,一個屬于電子商務的時代已經拉開序幕。今天,每年的“雙11”都成為中 國電商競爭白熱化的紀念日。據相關機構的最新數據顯示,到2015年,我國電子商務交易額預計有望超過18萬億。由此,網絡經濟與電子商務相融合的新的商 業模式逐漸滲透到社會經濟的各個環節,并打造出新的經濟平臺,新的業態。中國電子商務創新推進聯盟秘書長徐經緯指出,未來,沒有電子商務這個詞匯,所有的 商務行為都在互聯網環境下進行,商務形式電子化已是常態。
與工業4.0息息相關
目前,我國制造業的電子商務大都以消費類產品為主,而在工業4.0的體系中,電子商務是其中的銷售與服務環節。因此,在網絡經濟與電子商務的逐 漸深度融合的過程中,傳統的制造模式已發生了根本的改變。在傳統制造模式下,企業銷售是銷售庫存,也就是企業先生產出產品進行儲存再進行銷售,這種方式是 以產定銷。現在,電子商務可以對市場進行快速的反饋,并將產業鏈上、下游企業串聯起來。企業可以快速的依據市場需求進行設計、制造也就是以銷定產。如海 爾,其制造的很多產品可以通過電子商務,將客戶個性化需求整合。在設計與制造階段,通互聯組織全球化的系統設計,并在全球進行采購,最終進行制造。
目前,在很多設計型與工程型制造企業中,都在采取全球化的設計模式,將全球最優秀的設計工程師進行網絡簽約,招入麾下。在這種模式下,企業的設計已不簡單的局限在企業內部,而是調動了全球的資源為企業服務,增加了產品設計的優勢,更大的提升了產品的價值。
徐經緯表示:工業電子商務的發展,要滿足小批量多批次的生產需求。在工業4.0的標準下,大批量的產品生產已經逐漸消失,人們的需求越來越趨于 個性化。這種需求必然產生C2B電子商務模式,即消費者對企業。他解釋到,無論是工業4.0還是數字化工廠,最基本的要求是要滿足需求而設計、制造,企業 要以市場需求為導向。電子商務正是企業的市場前端,通過前端連通市場得到反饋,通過網絡進行全流程采購、設計、生產。在以銷定產的趨勢下,中國的制造企業 再也無法在圍墻內自娛自樂,要保持良好而持續的發展,關注客戶需求進而制造產品、完善服務是贏得客戶的關鍵所在。企業要意識到客戶需求即市場,電子商務正 是企業與用戶之間的溝通平臺。目前,電子商務正在中國制造業大范圍推廣之中。
理性對待電子商務
2014年,中國制造業有大量的制造型企業,開始了電子商務的研究與實施,這樣的企業如雨后春筍般破土而出。對于中國制造企業大膽探索電子商務 的態度與行動,徐經緯指出,企業在發展電子商務時容易出現盲目跟風現象,電子商務模式有待完善。在狂熱的現狀中,企業還需要多一些理性,要根據企業實際狀 況,弄清企業需要的電子商務模式,一定要讓電子商務匹配企業業務的發展需要。
導致企業電子商務失敗的主要原因是對電子商務的模式的混淆清晰。他解釋說,電子商務分為使用電子商務與建立電子商務兩個層次,電子商務的初期模 式是使用電子商務也就是消費類電子商務B2C“商對客”模式,如阿里巴巴、京東等電子商務平臺都可助推企業拓寬傳統的銷售渠道。但在工業體系中,消費類電 子商務模式是不可行的。工業類電子商務模式被很多業內人士稱之為產業電子商務,也可以稱為B2B電子商務,是指企業對企業之間的營銷關系,它將企業內部 網,通過B2B網站與客戶緊密結合起來,通過網絡的快速反應,為客戶提供更好的服務,從而促進企業的業務發展。它與B2C的電子商務模式是截然不同的。
他表示,企業一定要明晰電子商務模式。首先,電子商務模式一定是商務化的,它是以商務以及實現商務目的為出發點。其次企業要充分利用電子商務自 身扁平化、快捷化、精準化的特質,良好的與業務進行匹配。同時,企業要在涉及大數據、云計算、物聯網等新興技術的電子商務平臺上,與供應鏈企業進行無縫對 接。當然這也是電子商務發展的必然趨勢。
找準企業切入點
在電子商務突飛猛進的發展下,傳統制造企業面臨著資源和環境的困境,以及過高的勞動力成本。如何發揮電子商務的作用,拓寬企業商品銷售流通渠 道,改變產品生產方式,推動企業轉型、升級,這值得每個企業深入思考。徐經緯指出,每個企業都需要電子商務,電子商務將成為一種環境與業態,企業找準切入 點才是關鍵。
2014年大批制造企業進入電子商務領域,開始電子商務工作部署與實施。主要存在兩種方式,一種方式是企業加入到行業的電子商務平臺中,進行產 品銷售,拓寬了企業產品的銷售途徑。第二種方式是企業自建電子商務平臺,在企業所處行業,將產業鏈中的供、需鏈進行銜接與整合。如在整個鋼鐵行業產能過 剩,市場疲軟的環境下,江蘇沙鋼集團,這家全國最大的民營鋼鐵企業通過自身自有的電子商務平臺,擴展的銷售渠道,產品行銷海外,正是因為電子商務對外的銷 售出口,讓今年的市場份額較2013年遞增了30%。在增加企業自身盈利的情況下,還帶動了處于同一產業鏈上的其他企業產生盈利。
他解釋到,在鋼鐵行業,產業鏈涉及上游的原材料采購,如鐵礦石的采購,在鐵礦石的采購過程中又涉及到進口、運輸等諸多環節。原材料進入鋼鐵企業 中進行冶煉、生產,生產出的產成品會進入到下游的銷售環節,最終由中間商銷售到客戶手中。傳統產業鏈模式下,產業鏈的下游環節中,鋼鐵制造企業與終端客戶 之間存在中間商——鋼鐵貿易商。所以,鋼鐵制造企業的客戶是鋼鐵貿易商而不是最終的終端用戶。
鋼鐵貿易商的存在說明,在產業鏈上,鋼鐵制造企業與最終用戶信息的不對稱,雖然中間商可以幫助企業解決資金、物流等問題,但也給本就利潤不高的 鋼鐵行業加重了負擔,對制造企業與最終客戶也沒有太多好處可言。現在,在電子商務模式下,鋼鐵企業完全可以繞過中間商,企業可以將物流委托于第三方物流公 司,這些專業公司憑借專業優勢可以為鋼鐵企業提供更好的服務。當鋼鐵企業直接面對最終客戶時,信息是實時對稱的,也讓管理與銷售扁平化、快捷化。在這種環 境中,企業的生產與銷售成本會降低,終端客戶自然也是受益的。
沙鋼這樣的電子商務實例說明,全產業鏈模式的電子商務也就是全程式電子商務,可以帶動鋼鐵鏈整個環節的采購、生產、銷售以及在線供應鏈金融的快 速發展。徐經緯表示,目前,在在線供應鏈金融這方面,銀行和企業之間的信用借貸,辦理時間最快三分鐘就可完成,這讓企業的財務流更加快捷與透明。
電子商務最大的特點是將整個社會的各種資源進行有效地調配與組合,為產業鏈以及企業創造巨大的效益。站在企業角度,消費類電子商務模式比較簡 單,也較容易實現。企業引入消費類電子商務,可以打破企業從采購到銷售的單一性。這種電子商務模式并不涉及生產與制造環節,只涉及采購與銷售,而且它與生 態鏈的關系較松散,與上、下游的關系也相對獨立。產業鏈的電子商務模式相對復雜,它要求企業從采購、設計、制造、銷售、服務等整個流程與產業鏈緊密配合, 企業初試電子商務這種模式需要高成本的投入,實現也較困難。
生態鏈競爭趨勢
針對2014年電子商務的發展趨勢,徐經緯表示,一方面中國制造業各行業的龍頭企業將對產業鏈進行整體驅動。電子商務將會形成帶動產業鏈、供應 鏈整體驅動的態勢,成為巨大的驅動力。以各行業的龍頭企業為核心形成若干個電子商務的骨干網絡。另外,電子商務將與多元素集成創新,集成多種商業要素。 如,電子商務與金融相結合產生的供應鏈金融;與物流相結合形成電子商務物流配送的實體網絡;與工業設計相結合、與產業鏈等相結合都會產生新的生態環境。因 此,電子商務的多元化集成已經成為必然趨勢。
在這種趨勢下,企業通過多元化電子商務的互通互聯,讓各種資源共享,有效的而快速的進行配制,使得電子商務,也就是骨干化電子商務,形成良性的生態圈。在未來,企業競爭不是單獨的平臺、企業的競爭,而是整個產業鏈的競爭,也是電子商務的生態圈的競爭。