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目前,欧洲、美国和中国的公司都在大力推广和采用工业4.0技术。在未来5-10年间,工业4.0将彻底变革产品和生产系统的设计、制造、运营和服务流程。本报告指出,零部件、机器和人员之间的互联互通性日益加强,由此生产系统的速度和效率分别能提升30%和25%,同时大规模定制也将实现快速发展。

自工业革命以来,科技进步大幅推动了工业生产力的发展。蒸汽机的出现给19世纪工业革命提供了人力无法企及的物理动能。20世纪初,电力的普及让大规模制造成为可能。20世纪70年代,制造自动化技术让工业生产力大幅提升。然而,此后制造业技术的发展却放慢了脚步,与it、移动通信和电子商务等划时代的创新相比,近30年工业技术并没有取得突破性的进展。

如今,我们终于迎来了第四波工业创新浪潮:工业4.0??以9项数字化工业技术为基础的变革(参阅图1)。在这次工业转型中,传感器、机器和it系统将跨越单一企业在整条价值链上融合到一起。这种相互连接的系统(也称为智慧整合感控系统)通过标准的互联网协议进行互联,收集分析相关数据,预判错误,不断进行自我调整,从而适应不断变化的环境。

工业4.0背景下看未来生产力与制造业的发展前景

工业4.0包含9大支柱性技术,其中已经有很多应用在制造业中,但工业4.0将这些技术整合到一起,成为完整的生产流程,提升效率,进而改变供应商、制造商和消费者之间的关系,以及人与机器之间的关系(参阅图2)。

大数据分析

在制造业领域,基于海量数据的分析方兴未艾,但它已经能帮助企业优化生产质量、节省能源并改进设备服务。在工业4.0的环境下,对不同数据源(生产设备和系统以及企业和客户管理系统等)进行收集和分析将成为未来企业进行实时决策的标准配备。

自动机器人

很多行业制造商已经广泛采用机器人完成复杂的生产任务,但今天的机器人技术则变得更加强大。它们变得更加灵活且智能。最终,这些机器人之间不但可以互通互联,更可以安全地与人类一起工作,甚至从人类身上学习新的技能。这些新机器人不但在性能上远超今天的工业机器人,更大大降低了成本。

模拟技术

在工程设计领域,不少公司都采用了3d模拟技术来设计产品的结构和材料。未来,模拟技术将在工厂运营中扩展到更广的范围。人们可以用实时数据来模仿包括机器、产品和人在内的物理世界,将新产品放入虚拟的生产环境中。在进行实际生产前,公司可以对这些新产品进行测试和优化,从而减少设备装配调试的时间并提高产品质量。

水平和垂直系统整合

今天大部分公司的it系统并未完全整合。公司、供应商和客户常常相互割裂。企业内部,工程设计、生产和职能部门也往往各自为战。即便是工程设计这一环节,也没有几家公司能做到设计??制造??自动化的三位一体。但随着工业4.0的发展,公司、部门和职能将成为更加紧密的整体,一条横跨公司的数据网络将让价值链真正实现自动化。

工业物联网

随着物联网时代的到来,越来越多的设备,甚至包括一些半成品,都将装备嵌入式计算技术,并通过标准技术实现互联。届时,身处不同地理位置的产品设备将能进行互动和沟通,并由中央处理器集中控制。物联网将实现决策的去中心化,互联设备能进行自动分析和决策,对环境变化进行实时反应。

网络安全

随着工业4.0的到来,原先相互隔绝的设备将以统一协议相互连接,工业系统和生产线将连接成一体。届时,保护关键工业系统和生产线免受网络安全威胁的需求将大幅提高。安全可靠的网络通信以及身份辨别和接入管理系统将变得至关重要。

云计算

随着工业4.0的到来,越来越多与生产相关的任务需要更多的跨地域和跨公司的数据分享。与此同时,云技术的性能也会不断增强,使反应速度达到几毫秒。机器数据和功能将逐渐迁移到云端,越来越多的生产系统数据服务也会应运而生。未来,检测和控制生产流程的系统也会搬到云端。一些制造执行系统供应商已经开始提供云端服务解决方案。

增材制造

随着工业4.0的到来,增材制造将会广泛地应用到小批量生产定制产品上,带来诸如复杂或超轻量的设计等结构优势,高性能、去中心化的增材制造系统将降低产品的物流成本和库存。

增强现实技术

增强现实系统可以在很多方面协助工人生产,例如通过手持设备挑选仓库中的配件或发送维修指令。这些系统目前还处在实验阶段,但未来这些技术将为工人提供实时信息,帮助他们进行实时决策,改善生产流程。例如,未来工人可以装备增强现实眼镜等设备。当他们检查一台设备时,计算机就将故障原因和维修指南发送到工人的眼镜上。

工业4.0背景下看未来生产力与制造业的发展前景

工业4.0可以在不同的机器之间收集和分析数据,可以让生产的速度更快、灵活性更强且效率更高,从而提升产品质量并降低生产成本。它将大大提升制造业生产力,进而推动经济转型和产业发展,并改进劳动力就业结构,最终改变公司乃至国家之间的竞争格局。

工业4.0将为创新的生产制造商、系统供应商和整个地区带来巨大机遇。它也会对那些迟迟不愿行动的落后者带来威胁。随着商业模式、经济模式和技术需求的转变,我们将在公司和地区的竞争格局中迎来巨大的变革。

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