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智能化、标准化、模块化——工业4.0时代的新常态

2018-04-11  来自: 上海拓野物流设备有限公司 浏览次数:451

“工业4.0”研究项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助,在德国工程院、弗劳恩霍夫应用研究促进协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成。20134月汉诺威工业博览会期间,德国工程院院长代表“工业4.0”项目组向德国联邦总理默克尔呈交“工业4.0”战略实施白皮书,至此,其正式上升为德国国家战略。

“工业4.0”的目的是为了提升德国工业的竞争力,在新一轮工业革命中占领先机,该战略得到了德国科研机构和产业界的广泛认同。德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会旗下7个制造领域的研究院已经全面启动相关研究,其中包括德国弗劳恩霍夫物流研究院(FraunhoferIML,简称德国物流研究院)。

工业4.0是以移动互联网、物联网和大数据等新一代信息技术为驱动,以虚实融合系统(CPS)为基础,通过深度融合机、电、自动化、信息与通信技术以及企业管理流程,实现向智能化制造的进化。工业4.0是在工业3.0的基础上更加自动化和智能化,在极大提升生产效率与质量的情况下达到低消耗、低能耗和低成本的个性化大规模定制。

从本质上讲,工业4.0包括将CPS系统技术一体化应用于制造业和物流业,以及在工业生产过程中使用物联网和服务技术。这将对价值创造、商业模式、下游服务和工作组织产生全新影响。

“工业4.0”对物流业的影响

首先,我们要看到“工业4.0”主要具备以下一些特性。

满足用户个性化需求——工业4.0允许在设计、配置、订购、规划、制造及运营等环节可以考虑客户的特殊需求,即使在最后阶段仍能变动。在工业4.0中,有可能在一次性生产且产量很低的情况下仍能获利。

灵活性——基于CPS的自组织网络可以根据业务过程的不同方面,如质量、时间、风险、价格及生态友好性等,进行动态配置。这意味着作业流程可以更加灵活,制造工艺可以实时改变,供应短缺问题可以得到补偿。

资源生产率和利用效率——CPS在贯穿整个价值网络的各个环节基础上,对制造过程进行优化。这意味着,系统可就生产过程中的资源利用和能源消耗进行持续优化,而不需要停止生产。

“工业4.0”主要分为三大主题,一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”,主要研究整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等;三是“智能物流”,主要通过传统互联网、物联网以及服务联网,整合物流资源,充分发挥现有物流资源的效率,而需求方,则能快速获得服务匹配,得到智能的物流支持。

“工业4.0”的重点是创造智能的产品、程序和过程。其中,智能工厂构成了工业4.0的关键特征之一。在智能工厂里,人、机器和资源如同在一个社交网络里一般,可以自然地相互沟通协作。

从全球物流业的发展角度来看,工业4.0带来的更多是供应链的创新与优化。其中,不仅涉及到传统的工业互联网,还涉及到正在发展的物联网,以及未来更加综合的服务联网。这样的系统一般具有传感器,既能感知周边环境得到信息,还能根据获得的指令,与环境感知互动。在执行动作时,使用分散式的智能控制系统,通过感知周围信息,智能地控制系统。

标准化、模块化和数字化的产品设计是实现工业4.0的基础。在工业4.0时代下,要想满足客户低成本个性化、定制化的市场需求,必须通过柔性化、灵活化的生产方式,多样化的软件与硬件集成方案来实现。以宝马为例,其3系发动机共有4种型号供客户选择,在排气量和缸体等指标均相同的基础上,通过选配不同的汽车电子单元,从而实现产品设计的多样性。

当前,德国汽车制造业已率先进入工业4.0时代。其从产品设计到生产制造、供应链管理,全程实现了智能装配、智能生产配送和智能供应链调度。汽车制造企业可以通过云端网络为全球供应商搭建一个信息化平台。一旦任何环节出现问题或变化,系统不仅可以自动报警,同时也可基于历史数据优化而提出相应的解决方案。这一基于大数据、云计算的智能管理系统,即是工业4.0时代的产物。

智能物流是支撑工业4.0的重要主题

德国制造业作为世界上最具竞争力的制造业之一,在全球制造装备领域拥有领头羊的地位。这在很大程度上源于德国专注于创新工业科技产品的研发,以及对复杂工业过程的有效管理。德国的装备供应商为制造企业提供世界 领先的技术解决方案,并以此成为工业4.0产品的全球领先的开发商、生产商和市场先导。

无论是全球系统集成领域排名第一的胜斐迩公司,还是全球工业车辆领域赫赫有名的永恒力公司,以不同的成长历程走到今天,却有着相似的战略布局。从单元化产品起家,到后来向物流自动化领域进军,再到近年来开始发力收购软件公司。可以看出,全球领先的物流装备企业已不满足于不断改进和研发新技术,而是有条不紊在为工业4.0时代到来做好准备。

德国弗劳恩霍夫物流研究院通过对过去数千年工业发展史的研究发现,工业3.0时期之前,已经诞生出很多自动化技术。1970年前后,由于工业自动化技术的大力推进,导致第三次工业革命全面启动,物流技术装备业从局部自动化向更深层次的全面自动化、标准化逐步演变。直至2010年,市场上不断涌现出更加智能化的设备,全球物流技术装备业开始向着规模化、信息化、自动化和智能化的方向高速发展。

工业4.0时期,物流装备不仅要求是智能的,且设备之间还要实现联网,从而实现物流系统的智能化要求。在此方面,德国物流研究院作为欧洲最具权威的物流技术规划和研发机构,一直不断引领全球物流技术装备产业的技术发展。

例如,inBin智能周转箱,德国物流研究院通过在单元化的周转箱上加装智能控制单元,使其可以自主管控。通过互联通信,智能箱自动接收系统发送的指令完成任务,再把任务完成情况的信息上传到网络。这项技术让基层数据信息与最高层的云端系统实现互联,也从另一个角度证明智能化、单元化的物流技术,是工业4.0的技术基础。

德国物流研究院作为德国国家级的物流与供应链权威机构,在德国及欧洲物流技术评审与标准制定方面扮演着中立的、权威机构的角色。其德国总部有大量实验室,和工业应用技术发展趋势是保持一致的。德国作为全球工业制造领域的强者,德国物流研究院为工业界所进行大量的应用技术研究,也提供了重要的支持。

在软件方面,尤其是仿真软件方面,德国人一直走在了业界最前沿。在供应链领域,无论是产业园区或网络布局规划,还是供应链或物流系统规划,德国物流研究院从成立至今研发出了众多实力很强的软件产品,并用于研究院所承接的客户项目中。

其中,德国物流研究院自主研发的OTD软件是目前在德国应用最广的供应链仿真软件,德国各大汽车厂家基本都在采用,其可以对复杂的供应链进行仿真,功能非常强大。此外,还包括Dismod是主要从事网络优化的一个软件;LogiChain是专业的流程优化的软件;DOSIMIS则是物流系统仿真软件。

在德国物流研究院所做的大众OTD项目中,OTD本身是一个仿真软件,同时也是智能决策支持软件系统。因为大众商务车的整车生产和发动机制造工厂分布在两个国家,需要通过一个智能系统,对整个供应链进行规划和管控。工业4.0时代,我们需要及时掌控客户需求,并让所有信息实现联网。这个智能决策系统,能够给生产线提供非常准确的决策依据。

进入工业4.0时代,在以往信息化的基础上还要实现网络化、智能化,这一发展趋势在德国物流研究院的OTD软件产品及项目上,就有很好的体现,并在多年前就已实现了。OTD软件,也是一个供应物流集成调度智能系统,可对所有信息点进行采集、调度,对系统进行预测和报告。

研究德国工业4.0的理念、发展思路和行动纲领,有利于推进我国开展两化融合工作,更好地把握两化融合为我国工业发展带来的机遇,使我国早日成为真正的制造强国与创新大国。

客户需求个性化,产品创新周期缩短,生产节拍加快,这不仅是生产型企业面临的重要课题,也是对支撑生产的物流系统提出的巨大挑战。在具有产业革命意义的工业4.0战略中,智能物流是支撑工业4.0的重要因素。作为世界物流技术的领 导者,德国对中国这一全球最大的物流技术装备市场持续关注。中德在物流技术领域的合作,将成为中国物流技术装备产业转型升级的重要机遇。

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