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工业4.0:工厂升级

2017-02-143627人次浏览
  第四次工业革命——是一个流行词?还是一个概念?还是正在发生?这取决于你谈论的目标,其含义可以是上述之一或都包括在内,并且还包含其他含义。

  这个词虽然很短,但涵盖范围深广,并且就像食用大家熟知的厚皮动物肉一样,我们往往需要将其切成小块,以利于消化。然而,只看盘子里的肉片无法辨别这到底是什么动物,而孤立地分析工业4.0的构成有时候会忽视更广阔的前景以及更大的潜能。

  自动化是这一概念的一个关键方面,并且与制造执行系统和企业资源规划整合在一起。大数据、云存储、和网络安全的特点都很鲜明,并夹杂了预见性维护、员工调度和物流管理。所有这些及很多其他方面构成了一个整体,最终的结果并非仅仅是渐进式改进——更快、更廉价、更好——同时也为新型商业模式带来了机遇,为企业将产品投放市场提供了方法,即:通过技术演化实现工业革命。

  你可能注意到,在上述段落中,本人没有直呼其名,而是将第四次工业革命与工业4.0混在了一起,然后引用了多个还需进一步做出定义的行业术语。这诠释了所有行为中都会存在的一个基本问题——如何定义其名称,并用简明的英语对其进行描述。

  英国政府更愿意英国成为首次发生第四次工业革命的地方。工业4.0这一词已经广为人知,不过其他说法之间也往往混用,例如:工业物联网(IIoT)、智能工厂、企业联网、数字化制造以及很多其他说法。

  我们不应陷在语义中不可自拔,但与全幅景象相比,这些用词本身有时会将其含义限定在一定范围内——你可以争论说,带来的受益不会被限定在工厂围墙内,或者你也可以质疑,制造一词是否包括水处理或发电。也许最宽泛的用词还是工业4.0,去除这一用词中的“4.0”后,将只留下一个词,而这个词包含了许多行业,包括制造、处理、物流、建筑、农业和商业。

  不管这些词汇到底有多少,重要的是这些用词能够用于进行对话,并有助于对概念和机遇形成更广泛的认知和鉴别。来自工业、政府、学术、机构、以及媒体的各种利益相关者团体都基于同一目标进行协作并向其靠拢——即:英国工业的未来战略。

  因此,我们提出了一系列能够描述部分或全部举措的标题,但其背后是什么呢?智能联网数字化工业制造工厂革命4.0的定义又是什么呢?

  国际标准化组织拥有一个战略咨询组,对能够定义现象范围的特征做出规定。规定的结果是任何一个定义都应包括:交易和增值过程中客户与合作伙伴的整合;人类、嵌入式系统、自动化机器和系统中的系统的协作;以及先进制造能力、数字技术和物联网的集合。将这些因素综合起来,就产生了:新的价值创造模式、新的商业模式和新的服务模式;人类生产力的提高和创新周期的改善;安全、安保、工作结构和工作职责的演变;以及产品(批量等于一)、服务和过程的个性化。

  上述总结还是不错的,但最重要的是,上述总结成功聚焦于制造技术之外的更广泛的商业模式、创新、就业和供应链目标。可根据三个不同的维度对这种宽泛的参考模式进行进一步划分,这三个维度为:纵向、横向和时间。

  纵向维度是指所有商业系统的连接和集成,从制造和加工,到物流、规划和工程。你可以想象:生产计划系统与维护计划、备件管理和资源调度相连,从而自动组织形成最有效的生产能力和资源使用。

  横向维度贯穿供应网络。设备实时与供应基地和客户相连,从而以最有效的方式动态下单、处理订单、推进订单和交付订单。

  时间维度涵盖整个产品周期,从设计和开发,到生产、使用、最后回收、再使用或维修。通过对产品和制造工艺的建模和模拟,可实现快速数字化开发。追踪和监测产品不但有益于生产,而且也有益于其使用过程和使用后的处理。设计过程中整合反馈、条件监测和增量更新,都可通过提高连接性和数据采集而得到加强。

  有些受益一直都与自动化息息相关——提高生产量、效率和质量,从而产生更好的产品和服务,而这只是受益中的其中几项。产品微型化和大批量生产是另外的优势——否则智能手机和平板也不会被生产出来了。工业4.0包含三种主要的商业模式,可在削减成本和提高客户体验方面带来更多益处。

  首先,全面自动化可将客户体验提高一个级别——大规模定制这一目标和“批量等于一”的理念可将产品个性化提高至一个前所未有的水平,同时却不会产生通常与之相关的昂贵价格。供应商可通过选择菜单,在本地高效地完成定制产品的制造。客户可购买他们确切需求的配置,而无需支付定制服务所需的成本。

  另外,通过在高薪经济体内实现高效生产,本地化制造也扭转了大批量制造向低成本劳动力国家转移的趋势。这使得制造场地能够位于市场所在地,既降低了运输成本,也缩短了交付周期,而这两者都是商业中的关键性竞争因素。设计开发数字化意味着本地合同式制造业能够制造由专家、企业、客户或终端用户设计的商品。

  另一种商业模式是通过提高产品和生产者之间的连接性而实现服务化。传统模式是出售商品,然后客户负责使用并实现所需的性能。而服务化则意味着客户在持续的基础上购买性能级别,产品由供应商负责维护。例如:按月支付服务费,而非买下一台机器。在这种情况下,供应商将提供一台机器,但同时负责保持机器的性能并进行维护。为了实现这一目标,供应商需要连接机器来获得数据、进行监测并根据实时分析采取行动。

  这是否是正在发生的事呢?在讨论工业4.0时,我经常听到的其中一个说法就是“这没什么新鲜的,我们这么做至少已经20年了。”我在某种程度上同意这种说法,但这也有点像阿帕网络(Arpanet)的一位先驱所宣称的,现场直播的交互式网络研讨会没有什么新奇的,他们二十世纪70年代就已经在多台电脑之间共享纯文本信息了。这是通过数据速度、存储和连接的进步而从根本上进行改进后的应用。

  毕竟,我们打电话的时间已经超过100年,但利用蓝牙耳机的声控电话与通过手动电话交换机打电话并不相同。

  工业革命已经开始,但只有实现了客户能够找到本地制造、制造已经完全与商业系统集成并且制造与客户和供应商实时连接,从而迅速地生产出批量定制商品,工业革命才能算作真的正在发生。那时,我们将不再称其为“工业4.0”,而只称之为“工业”。

  低价值商品个性化
  批量定制

  长久以来,汽车工业一直都能够提供个性化汽车,从颜色、装饰和车轮选择,到众多附加设备的选择。这使得制造商能够向其客户提供足够多的组合选项,从而使几乎每辆车都按订单生产。然而,这种批量定制商业模式仅对高价值商品具有可行性,如:汽车,但还未大范围用于产品价值仅有几英镑甚至更低的工业,例如:食品饮料行业。

  麦片定制化公司Mymuesli是工业4.0创业中的一个颠覆性的绝佳实例,该公司采用了先进的自动化技术向其客户提供定制麦片。其生产设备可提供超过566千万亿种可能的什锦麦片组合。客户通过Mymuesli网站创建自己独一无二的麦片食谱,随后该配比被安排进入生产流程,在直接运送给客户之前,智能承运人与灌装机进行通讯。

  这与批量制造相同产品、从而形成经济规模的模式完全相反,改进了客户选择,改变了食品产品进入市场的途径。这一案例中的一个重要方面是:开始这种商业模式的并非是一家成型的食品制造公司,而是三个年轻的企业家,他们有了这种想法,然后找到工具实现了这种想法。

  这种模式尚未普遍采用,但在服装工业中也能发现这种模式,服装工业是另一个多数客户无法获得具有独特设计的定制低成本商品的典型例子。诸如Youtailor等衬衫制造商采用了一种类似的在线设计流程,客户可在诸如材料、衣领、袖口、纽扣等等众多选项中进行选择,创建他们自己喜欢的确切规格,而不是面对传统零售商那里的有限选择。

  推动制造效率的提升
  技术开发

  经常出现的情况是,自动化隐藏在现场和“运行机器”的后面,甚至察觉不到其存在。而产生的质量、生产量或效率的提高则是令人吃惊的,但产生这种提高的带有闪烁LED灯的小盒子却往往被藏在了罩子里。

  技术飞跃带来新生产力的一个例子是Ubisense的智能工厂,这是一套实时定位系统,跟踪人员、工具、机器和产品的位置,从而制定与之相关的灵活制造系统。我们的肉眼一般无法看到该系统,但该系统却大大提高了管理复杂操作的能力。

  宝马公司(BMW)在雷根斯堡(Regensburg)每天制造的汽车超过1000辆,同一条组装线生产多种型号,每种型号都对应一种客户定制的规格。150个工作站和成千上万的复杂流程面临着很高的失误、延误和浪费风险,所有这些都影响着成本和生产率。

  Ubisense系统连接所有这些因素,确保每个在建车型的每项操作中零部件、工具设置和交互活动都正确无误。

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