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赤鱼追波

建筑日记

 
 
 

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工业4.0背后的秘密  

2014-11-28 18:21:45|  分类: 文章 |  标签: |举报 |字号 订阅

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德国工业4.0背后的秘密

德国已经进入了制造4.0时代,并在整个德国企业界得到广泛应用。然而,有分析指出,德国不予余力地推动工业4.0还有其背后的用意。

德国工业4.0战略由来

德国是最早提出工业4.0概念的国家,在德国政府推出的《高技术战略2020》中,工业4.0被列为十大未来项目之一。“工业4.0”一词最早出现在2011年德国举行的汉诺威工业博览会上,在2013年汉诺威工业博览会上,“工业4.0”概念正式由德国“工业4.0小组”提出。

德国学术界和产业界对“工业4.0”概念的一个比较统一的阐释是继机械化、电气化和信息技术之后,以智能制造为主导的第四次工业革命。

主要是指通过信息通讯技术和虚拟网络-实体物理网络系统(CPS)的结合,将制造业向智能化转型,实现集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变,最终建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务生产模式。

虚拟网络-实体物理网络系统(CPS)包括智能机器、储存系统和生产设施,各个部分能够相互独立地自动交换信息、触发动作和控制。而物联网、服务网以及数据网是“工业4.0”的基础。

工业4.0在德国被认为是第四次工业革命,是德国政府201111月公布的《高技术战略2020》中的一项战略,旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新,保持德国的国际竞争力。

“工业4.0”战略愿景

“工业4.0”为人们展现了一幅全新的工业蓝图:在一个“智能、网络化的世界”里,物联网和务联网(服务互联网技术)将渗透到所有的关键领域,创造新价值的过程逐步发生改变,产业链分工将重组,传统的行业界限将消失,并会产生各种新的活动领域和合作形式。

首先,工业4.0将使得工业生产过程更加灵活、坚强。这将使得动态的、适时优化的和自我组织的价值链成为现实,并带来诸如成本、可利用性和资源消耗等不同标准的最优化选择。

包括在制造领域的所有因素和资源间形成全新的循环网络、智能产品独特的可识别性、个性化产品定制以及高度灵活的工作环境等。

其次,工业4.0将发展出全新的商业模式和合作模式。这些模式将力争确保潜在的商业利润在整个价值链所有利益相关人之间公平地共享,包括那些新进入的利益相关人。

同时,工业4.0“网络化制造”、“自我组织适应性强的物流”和“集成客户的制造工程”等特征,也使得它追求新的商业模式以率先满足动态的商业网络而非单个公司,这将引发一系列诸如融资、发展、可靠性、风险、责任和知识产权以及技术安全等问题。

再次,工业4.0将带来工作方式和环境的全新变化。全新的协作工作方式使得工作可以脱离工厂,通过虚拟的、移动的方式开展。员工将拥有高度的管理自主权,可以更加积极地投入和调节自己的工作。同时,随着工作环境和工作方式的巨大改变,可以大幅度提升老年人和妇女的就业比例,确保人口结构的变化不会影响当前的生活水平。

最后,工业4.0将促进形成全新的信息物理系统平台。全新的信息物理系统平台能够联系到所有参与的人员、物体和系统,将提供全面、快捷、安全可靠的服务和应用业务流程,支持移动终端设备和业务网络中的协同制造、服务、分析和预测流程等。

德国工业4.0背后的战略意图

德国总理默克尔亲自不予余力地推动工业4.0,其实还有其背后的用意。

对抗美国互联网。实际上,工业4.0体现出德国对美国的危机感和极高的竞争意识。CPU、操作系统、软件以及云计算等网络平台几乎都由美国掌控覇权。

近两年来,Google开始进军机器人领域、研发自动驾驶汽车;Amazon进入手机终端业务,开始实施无人驾驶飞机配送商品……美国互联网巨头正在从“信息”领域加速进入“物理”业务领域。

显而易见,这一趋势对制造业的破坏性影响只是时间问题,因此,德国产生了前所未有的危机感。

所以,德国的工业4.0战略详尽描绘了信息物理系统(Cyber Physical System)概念。希望通过信息物理系统,开创新的制造方式,实现“智能工厂”。

信息物理系统是指通过传感网紧密连接现实世界,将网络空间的高级计算能力有效运用于现实世界中。从而,在生产制造过程中,设计、开发、生产有关的所有数据将通过传感器采集并进行分析,形成可自律操作的智能生产系统。

从某种意义上说,工业4.0是德国希望阻止信息技术不断融入制造业之后带来的支配地位。一旦制造业各个环节都被云计算接管,那么制造业还是制造业吗?

所以,工业4.0希望用“信息物理系统”升级“智能工厂”中的“生产设备”,使生产设备因信息物理系统而获得智能,使工厂成为一个实现自律分散型系统的“智能工厂”。

那时,云计算不过是制造业中的一个使用对象,不会成为掌控生产制造的中枢所在。

压制中国制造业。近年来,从中国机械产业的高速增长中,德国看到更多的是“德国制造”自身的危机。

数据显示,德国以16%的份额占据2013年在全球机械出口首位,中国以11%份额,略低于美国,位于全球第三。同时,在全球设备制造业的32个子行业中,中国已经在7个子行业中取得了领先地位。

更有甚者,美国波士顿咨询公司的一篇相关分析报告曾提出警告:“欧洲机械制造商必须意识到,竞争环境已经改变,必须对越发明显的威胁做出反应,否则他们将被来自中国的咄咄逼人的挑战者打倒。”

由此,德国《世界报》网站在今年327日报道称“中国机械制造业严重威胁德国!”

2014624日,德国机械设备制造业联合会(VDMA)在日本东京举行发布会,介绍了德国机械制造行业的情况。VDMA拥有120多年的历史,涵盖机床工业联合会、机器人工业联合会等38工业联合会,是德国横跨各个机械产业的庞大社团组织。VDMA也是搭建“工业4.0平台”,实施德国工业4.0战略的重要牵头组织之一。

据日本媒体报道,当天,VDMA主席菲斯特格(Reinhold Festge)旗帜鲜明地指出:“日本和德国的机械制造企业应该为确保长期发展和经济上的成功,应进行深入合作。尤其在有交叉的一些产品领域,两国应该携手面对中国的挑战”。从中,德国对中国制造业的防备之心已显而易见。

争夺新科技产业革命的话语权。德国亟须通过战略调整指引企业积极争夺国际制造业竞争制高点。新一代信息通信技术的发展,催生了移动互联网、大数据、云计算、工业可编程控制器等的创新和应用,推动了制造业生产方式和发展模式的深刻变革。

在这一过程中,尽管德国拥有世界一流的机器设备和装备制造业,尤其在嵌入式系统和自动化工程领域更是处于领军地位,但德国工业面临的挑战及其相对弱项也十分明显。

一方面,机械设备领域的全球竞争正日趋激烈,不仅美国积极重振制造业,亚洲的机械设备制造商也正奋起直追,威胁德国制造商的地位。

另一方面,软件与互联网技术是德国工业的相对弱项。为了保持作为全球领先的装备制造供应商以及在嵌入式系统领域的优势,面对新一轮技术革命的挑战,德国提出自己的“工业4.0”战略,目的就是充分发挥德国的传统优势,大力推动物联网和服务互联网技术在制造业领域的应用,在向工业化第四阶段迈进的过程中先发制人,与美日等国争夺新科技产业革命的话语权。

德国工业4.0对中国的启示

中国社会科学院工业经济研究所研究员张其仔认为首先是组成跨界研究小组或平台。

为推进“工业4.0”计划的落实,德国三大工业协会——德国资讯技术和通讯新媒体协会(BITKOM)、德国机械设备制造业联合会(VDMA)以及德国电气和电子工业联合会(ZVEI)共同建立了“第四次工业革命平台”办事处,以吸引并协调所有参与本次革命的资源。

先,中国也应成立类似的机构或平台,囊括自然科学家、工程技术专家、社会科学家、企业等,对第四次工业革命进行深入研究。

次,在参与工业4.0的过程中,要充分发挥优势,重视话语权建设。当新的产业革命正在进行之际,德国没有附和其它国家的规划,而是提出工业4.0战略,其目的就是要充分发挥德国的传统优势。

中国在参与新一轮产业革命的过程中,也要立足于充分发挥中国现有优势,在深刻分析和把握新工业革命的规律与特性的基础上,提出本国参与、推进第四次工业革命的战略规划,要力争在新的科技发展与产业革命中建立自身的话语权。

者,大力推进标准的国际化建设和产品安全设计。为了顺利实现向工业4.0的转化,政府为了实现生产和服务模式之间的整合而引入的相关标准。为此,不仅要在国内加强标准化的工作,而且还要实现标准的国际化,使中国设立的标准得到国际上的广泛支持。

第四次工业革命的发展更受制于网络发展的速度、信息安全等因素的影响,中国不仅要在国内大力推进先进的网络基础设施建设,而且要加强与战略性伙伴国家在网络基础设施建设的协调,提高互联互通能力。

四,利用市场规模优势,对传统工厂生产模式进行智能化改造试点。中国的制造业不可能在一夜之间完全达到工业4.0的标准,在向工业4.0推进过程中,需要把新的技术引入到旧的系统中,将传统的工业流程系统改造成实时的能动系统,通过与跨国公司合作,开展工厂4.0试点,对传统工厂生产模式的智能化改造。

时,把发展大数据产业、推进人脑科学发展,置于抢占工业4.0制高点的高度加以推进。中国在参与脑科学的竞争中,不仅要重视脑科学研究的应用性,而且要高度重视脑科学的基础研究,进行重大科研布局。

在大数据分析、处理技术上,中国不仅应加强大数据的应用研究,更要加强大数据分析和处理技术的开发,在大数据产业发展上要避免出现核心技术、关键技术受制于人的局面。此外,我们还要重视大企业的龙头作用,充分吸收中小企业参与。

全球“机器人革命”来袭

相信有不少人对蔡明与郭达演的小品《机器人趣话》记忆犹新,而小品中折磨着郭达有性格的“蔡明”机器人已经实现了。

美国AT&T贝尔实验室推出了一款机器人名叫洛克希。身高170公分的洛克希体重60(27公斤),肤色和发色均可变化,且四肢动作灵活。而它的主要功能在于为使用者提供性服务。

洛克希毫无疑问是一个机器人,但与一些女形机器人和人形机器人不同,洛克希更像是有性格的人体模型。尽管它的爱好与主人相同,但是它也会闹情绪,有时候也会犯困。

它也能够加载其他预设好的性格特征,例如“成熟的玛莎”、“年轻的洋子”或者“冷漠的法拉”等等。“洋子”刚过18岁,但她没什么经验并且愿意学习;“玛莎”经验老到,可以引导她的主人。“狂野的温迪”什么都愿意做,而“法拉”则需要多加哄劝。

不过,“玛莎”也好,“洋子”什么的也罢,它们提供的可不仅仅是性体验——它们更像是一个真正的伴侣,会与你在性爱前后交谈,或是在你没心情的时候为你代劳。它就在一边等着你来和她建立联系。

尽管洛克希所能提供的性格还很粗糙,但却是很有建设性的——至少让我们看到了性爱机器人的发展前景,尤其是在定制性爱机器人的技术日渐成熟的大背景下。

洛克希的发明者电气工程师和计算机科学家道格拉斯?海因斯称,这是个令人激动的发明,人类与类人类之间的区别正在淡化。他表示会继续研发智能系统,并植入机器人的大脑,使“她们”不仅仅满足使用者的性需求,并能成为主人心灵的慰藉。

早在1920年捷克斯洛伐克剧作家卡雷尔在他创作的剧本《洛桑的万能机器人公司》中塑造了一个按照人的意志活动的劳动奴隶Robot的角色“Robot"一词也开始出现在人类历史中。

直到1959年,机器人终于拥有了实体性意义。乔治?德沃尔和约瑟?英格柏格发明了世界上第一台工业机器人,命名为Unimate意思是“万能自动”。英格伯格负责设计机器人的“手”、“脚”、“身体”,即机器人的机械部分。由德沃尔设计机器人的“头脑”、“神经系统”、“肌肉系统”,即机器人的控制装置和驱动装置。

首先什么是机器人,1981年美国国家标准局NBS提出一个得到世界公认的机器人定义一种通过编程可以自动完成操作或移动作业的机械装置。

一种为服务机器人,是一种应用在工业自动化以外的多用途的机器人,包括:个人服务机器人指服务于个人而非商业的机器人;专业服务机器人,商用服务机器人,通常由受训过的人员操控。

在文章开头提到的日本高仿生机器人则是机器服务机器人。

而另一种为工业机器人在工业自动化中使用的固定式或移动式,具有三轴及三轴以上可重复编程、多用途的自动控制操作机。

工业机器人相对于服务机器人,功能简单,人工智能程度低。随着工业机器人发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高,工业机器人早已在众多领域得到了应用。

据统计,60%以上的工业机器人应用于汽车制造领域,主要应该在弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业。随着现代汽车工业的发展,对机器人的需求也会越来越大,机器人在汽车制造业中所起到的作用也会更加重要。

同时在电子电气行业、橡胶及塑料工业、金属制品、食物行业等其他行业,同样有着工业机器人的身影。

而正是现在,一场看似无声无息的机器人革命正在发生。

19世纪初工业革命时期,自动化技术为人类生活带来翻天覆地地变革,并在新的领域创造出上亿的工作岗位。

而这场巨变则是由第二波自动化革命引领,其核心是廉价的传感器和人工识别、机器学习、分布式智能技术。这促成了机器人发展强大的动力。

根据长城证券研究中心(IFR)的数据,全球机器人新装机数量大幅提升。2013年全球工业机器人总装机量达到17.9万台。同比增长12%1993-2003年全球机器人销量年复合增长率为4%。而到2003-2013年,该增长率上升为8.3%较前十年增速提高一倍。

在此机遇上各个国家纷纷推出机器人发展战略。

美国发布机器人发展规划路线图。2013年美国机器人协会联合MITCMU、加州伯克利、宾夕法利亚等大学发布机器人发展规划路线图。对制造业、医疗服务、服务、空间探索、国防五大领域的机器人发展做了详细的规划。

德国力推工业4.0 战略。2013 年德国在汉诺威工业博览会上首次发布《实施“工业4.0”战略建议书》。工业4.0在德国被认为是“第4次工业革命”。

英国发布机器人RAS 2020战略。英国政府技术战略委员会已经拨款6.85亿美元作为下一年的发展基金。其中2.57亿美元将用于发展机器人和自主系统RAS。英国政府希望通过RAS 2020战略使其能够在2025年获得届时估值约1200亿美元的全球机器人市场10%的份额。

日本发布《机器人白皮书》。提议充分运用机器人技术来解决人口减少问题等社会课题。其中预测医疗、护理等服务行业机器人将进一步普及。2020年市场规模预计为现在的3倍以上,达到约2.8万亿日元(约合1700亿元人民币)

同时,这种技术带来的深层次的自动化,将触及从体力劳动到脑力劳动的所有岗位。对已经实现自动化的工业部门,机器会进一步巩固它们的地位。接着机器人会取代组装流水线上的工人,然后再取代仓库里的工人。它们可以搬运箱子,对箱子进行分类,然后装上卡车。

机器人还将继续进军蔬菜水果采摘业,直到把人类全部挤出普通农场。药店后台有一位发药机器人就够了,药剂师只要关注病人的咨询就好。接下来,打扫办公室和学校这种需要多些技巧的工作也会被夜班机器人抢走,它们可以从打扫门窗干起,最终学会打扫厕所。高速长途货运则会由固定在驾驶室的机器人完成。

电商巨头亚马逊为了提高订单的配货效率,收购了智能机器人公司Kiva Systems,利用Kiva在机器人协同工作方面的先进技术,设计了一整套自动化物流系统,让一大群运货机器人在巨大的物流仓库里自主地穿梭于各个货 架,拣货、运货、打包,既合作无间而又互不干扰。此外,为了能够克服路面运输的不便,更快地把货物送到客户手里,亚马逊也在积极研究无人机在物流领域中的使用。

中文网机器人还将继续进军白领工作。我们的很多机器上都已经有了人工智能,只不过我们没有意识到。以美国叙述科学公司的一款软件为例:这种软件可以根据比赛情况撰写体育赛事新闻,或者根据网络上点点滴滴的文字通报公司股票每天的表现。

任何文书工作都可以由机器人胜任,包括医学领域的许多工作。即便在那些不能简单用文书概括的医学行当,比如外科手术,机器人的身影也越来越多。任何有关海量信息处理的死板日常工作都可以自动化。无论你是医生、律师,还是建筑师、记者,甚至是程序员也一样:机器人革命是大势所趋。

在今年6月,日本智能机械人专家石黑浩在东京展出全球首个基于安卓系统的机器人新闻主播Kodomoroid,这位机器人主播不仅说话流利,还颇具“幽默感”。

工业4.0(德国国家战略)

工业4.0Industry 4.0)是德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一,并已上升为国家战略,旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。中国首套工业4.0流水线也已经亮相第十六届中国工业博览会。[1]

中文名工业4.0

外文名Industry 4.0

性质高技术战略

属性国家战略

国家德国

1、简介

“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,并已上升为国家级战略。德国联邦政府投入达2亿欧元。

德国政府提出“工业4.0”战略,并在20134月的汉诺威工业博览会上正式推出,其目的是为了提高德国工业的竞争力,在新一轮工业革命中占领先机。 该战略已经得到德国科研机构和产业界的广泛认同,弗劳恩霍夫协会将在其下属67个生产领域的研究所引入工业4.0概念,西门子公司已经开始将这一概念引入其工业软件开发和生产控制系统。[2]

2、内涵

“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变,目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中,传统的行业界限将消失,并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变,产业链分工将被重组。

在国内,工业4.0的转化网站已悄然上线。其中,家纺类的转化网站----不俗网已崭露头角,建立了家纺类个性化与定制化的生产模式。这种模式下,家纺流通行业将逐渐消失,传统家纺生产企业将不再为库存所累,家纺产业链分工将被聚合。

德国学术界和产业界认为,“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命,或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—信息物理系统(Cyber-Physical System)[3] 相结合的手段,将制造业向智能化转型。

“工业4.0”项目主要分为两大主题,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”,主要涉及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。该计划将特别注重吸引中小企业参与,力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者,同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。

3、目标

德国制造业是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科研和开发,以及对复杂工业过程的管理。德国拥有强大的设备和车间制造工业,在世界信息技术领域拥有很高的能力水平,在嵌入式系统和自动化工程方面也有很专业的技术,这些因素共同奠定了德国在制造工程工业上的领军地位。通过工业4.0战略的实施,将使德国成为新一代工业生产技术(即信息物理系统)的供应国和主导市场,会使德国在继续保持国内制造业发展的前提下再次提升它的全球竞争力。[4]

参考资料

1.中国首套工业4.0流水线亮相工博会.网易新闻 [引用日期2014-11-12] 

2.德国联邦政府的高科技战略举措行动“工业4.0”.控制工程在线 .2013-2-21 [引用日期2013-09-13] 

3Spimes, Cyber Physical Systems and Industrie 4.0360DOC个人图书馆 .2013-08-05 [引用日期2013-09-13] 

4.工业4.0:制造业未来?.中华工控网.2013-04-27 [引用日期2013-09-13] 

机器人 Kodomoroid

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