“德国’工业4.0战略解读’”之艾纳·安德尔教授

1-150RG02949247         互 联网的技术分成几个阶段,每个阶段大概有五年时间,首先是1995年这个时间左右,93年万维网诞生了,通过万维网我们能够将文本文件进行相互连接。之后 2000年左右我们能够将图片、影像还有音频直接连接到文件中,当时我们引入了相互连接的多媒体。之后2005年左右是社交媒体时代,人与人的相互连接。 之后在2010年,这些社交媒体相互连接,把这些企业联系起来。2015年,现在进入的是信息物理系统的时代,首先人与人相互联系,企业相互联系,最终实 现的就是系统之间的相互联系。

工业4.0就是这个时期非常重要的议题,它受到了物联网、服务联网、数据联网的极大的影响。

第 一次工业革命是在18世纪末,当时引入了制造工厂,它的基础是水动力和蒸汽动力。第二次工业革命是由大规模生产带动的,驱动它的基础是电力,电力促成了第 二次工业革命。第三次工业革命是在20世纪70年代初,引入了信息技术,用它来促进生产中的自动化。第四次工业革命,基础就是信息物理系统。

为 什么称之为革命?这是因为通过引入任何的技术,不管是水蒸气、电力、还有信息技术等等,那么这些技术都彻底的改变了我们的工作和生活,我们需要新的标准、 新的资质,新的教育结构、新的企业。所以工业4.0指第四次的工业革命,它的目标是新的价值链,覆盖了整个产品生命周期,技术方法是使用信息物理系统。

信息物理系统是既在虚拟世界存在也在现实世界存在,它包含我们用的现代控制技术以及一些内置系统,是工业4.0一个主要推动力,现在的嵌入式系统必须是 有互联网地址,所有的物理,现实存在的一些设备跟原件都能够进行逻辑上的连接,能够相互交流通信,也就是说系统与系统之间能够进行通信。

路线图也是确定我们的发展的战略,主要是针对未来10到20年,它是基于五大支柱。

第一大支柱是指水平的融合,通过价值创造的网络来实现这样的融合,是机器到机器的沟通,企业之间的通讯。

第二大支柱是指整个生命周期的无缝工程。我们产品的信息,在使用这个周期的时候,能够被融入到发回到发展部那里去,我们就能够从客户产品使用那里获得一些信息,看他们使用情况如何。

第三个支柱是指垂直的一种融合以及互联的生产系统,垂直就是垂直方向,这种方式使得企业能够使用他们在设计所提供的信息来推动制造流程的发展。这个过程应该是一个无缝的信息流动。

第四个支柱是指新的社会基础设施。从行业的角度来看我们需要新的资格认证和新的组织。

第五个支柱是指混合技术的持续发展。比如说工厂有无线的通讯,还要考虑帐户安全、隐私保护、知识保护。参考架构非常重要,目标是希望有一个分散化、以服务为导向的结构。

工业4.0平台的17个概要是2014年年初由我们科学顾问委员会所出台的,我们使用这样一个方法把17个概要划分了三类。第一类就是以人类为中心的问题;第二类是技术问题;第三类是组织性的问题。

第一类是以人类为中心的问题。

第一点概要是指以人类为导向的工作组织的方向设计,存在越来越多的可能性,它的自组织者方面的可能性也越来越多,一些针对不同的年龄层的机遇不断出现。希望老龄化的社会,使它能够具有优势。

第二点概要是指工业4.0应该被理解为社会技术系统,可以为人们提供机遇来扩展任务的范围、资格以及 员工行动的范围,同时他们可以大大提升知识的获取渠道。

第三点概要就是工作的设备,特别是那些有助于我们学习和沟通的设备,它能提升我们的教育和学习的生产力。

第四点概要是指学习的工具,它能够自动为用户提供他们所拥有的功能。

第二个就是技术问题

第五点概要是以技术为导向。

第六点 概要是指工业4.0系统对于用户要易于理解、容易操作、有助于人们去学习。工业4.0系统为我们提供可获取的解决方案的形式,它能够使得我们获得不同的因 素来更好的构建、实施和运营工业4.0系统。我们的一些新产品需要一些新发展,这样才能符合我们行业的规定和发展的趋势。

第七点概要是指产品和企业流程的联网和个性化会带来更多的复杂性,但是这种复杂是可以有一些手段来管理,比如说建模、虚拟化模拟还有自我组织,现在也有 越来越多的解决方案的空间被分析,可以通过更快速的手段找到一些解决方案。现实和虚拟的世界是相互交织的,比如说在现实中可以进行数字化,在虚拟中可以为 物理的系统提供一些服务。

第八点概要是指资源有效性和资源效率可以进行规划、实施、检测和持续自我优化。

第九点概要是指智能的产品,它们是一种信息的载体,是人们可以获取的,也可以被发现的,是贯穿于整个生命周期的。

第十点概要是指系统的组件和组成部分,在生产的方式中可以找到它们是可以获取的,同时它们也是支持生产系统和生产流程的虚拟规划。

第十一点概要是指新的系统组成部分,至少包括那些要替代被替代的元件的能力然后取代他们的功能。与此同时增加一些新的功能。

第十二点概要是指系统的组成部分,为我们提供一些服务的功能,这些功能可以有其他机构或其他人来获取。

第十三点概要是指新的安全的文化,要创造一种能够使我们实现一个可信,有弹性而且为社会所接受的工业4.0系统的环境。

第三类关于组织性的问题。

第十四点概要是指拥有一体化增值产品生产和服务的新的增值网络,他们能够实现不同的分工。

第十五点概要是合作与竞争,简称为竞合,这种竞合会从经济以及法律上最终带来新的架构。不同工种的代表都整合进工业4.0的架构中。

第十六点概要是系统的结构和业务的流程可以进行代表,这是在适用的法律结构体系之内实现的。新的法律解决方案也会让新的商业模型加以实现。

第十七点概要是区域价值中间的机会得到了创造,在发展中市场也同样得到的创造,希望能够建立一些定制化的系统来满足不同市场的需求。

为什么需要信息物理系统?原因在于我们希望建立起智能体系,在加工技术以及制造流程中,望能够创造更高的价值,以功能整合的方式创造更高的价值。从纯机械的社会到机械电子的社会,然后进入一个层叠电子的社会,最后进入信息物理系统。

信息物理系统是基于嵌入式系统,嵌入式系统加入了传感器,这样可以安装一些嵌入式的软件,让传感器的操作更为智能,即称之为智能传感器的设备;之后整合 进执行器,就是智能执行器,把智能传感器和智能执行器进行组合,之后这两个执行器进行智能的系统,这种技术,已经得到了验证,可以适用于不同的电子系统; 现在有种新的方法,把嵌入式的系统和互联网地址结合,可以建立起信息物理系统。信息物理就是有互联网地址的系统,有互联网地址之后,嵌入式系统可以有一些 额外的功能,通过这样的做法定义了一个单元,可以把这个单元用于生产体系,在这样一个生产设备环境中把这个系统称之为信息物理生产系统或者是用于生产设备 的物理系统。

关于安全的保障措施,有三个层面,分别叫做系统层面,应用层面、技术层面,在应用层面目标是保障工业4.0流程的安全,在系统层面目标是保证信息物理系 统的安全,在技术层面有安全的数据和安全的服务。安全的物体是通过可依靠的机器控制来实现的,其中融入了可检测性、可核实性以及完整性的措施。安全数据可 以使用现代的加密技术、数据签名以及不可篡改技术来保证,安全服务采用可使用权、可信任环境以及使用人身份验证这三个措施来保证。

工业4.0组成部分的定义是基于两个完整的方案,一个是物理系统,比如说控制系统,单个零件的控制系统等等。另一个是管理层,比如说有单独的互联网地址,还有执行使用的嵌入式系统的软件,这些都是加在物理系统之上的。每个工业4.0的组成部分,都有网络服务能够获取到关于实体部件的信息。

实际中需要采取关于应用的步骤。第一步是理论,第二步对它进行测试,测试之后可以对这个应用场景进行实施、贯彻和落实。

下面列举四个应用场景案例

第一个应用场景案例

信息载体的组成部分出现故障。首 先找到这个出现错误数据的部件,然后对它进行分析,然后它哪个出错,哪些不符合我们的规定,当然这有点为事过晚,因为这个部件已经不正确。所以对机床和工 具进行持续的分析,才能获得足够信息,才能了解这个机床这个工具是否可以继续使用,是否又出现了老化?如果说这个工具已经到达它的生命周期的终点,那么需 要对它进行自动更换。

第二个应用场景案例。

为 了进一步提高整个环节生产效率,首先就是发展是要建立在现有生产线之上。这个生产线是已经有的,且使用现有的生产技术,现有的生产流程,然后把现有的再替 换到工业4.0当中。目标是分析一些绩效的指标,来对这个组织和经济的情况进行评估。最重要的是要把工人放到核心的位置。

第三个应用场景案例

针 对增件制造,从科学还有工程这个角度来看,对工业4.0进行研究,应该设计出自己的工业4.0的生产系统。这个系统主要就是系统控制单元,这个控制单元被 作为工业4.0的组成部分,它也是被实施被融合。可以进行远程的系统控制,也能够对整个的生产流程进行一步一步的检测。如果发现有一些正确率比较高的加工 流程,可以从外部加以精确的控制。也可以通过互联网接入系统,同时直接从系统中采集数据。

第四个应用案例场景

灵 活智能的工人辅助。也是从数据开始的,是由科学这个部收集数据。工业4.0系统可以使工人贯穿整个流水线,直接的知道究竟在流水线上,组装了哪个部件?处 理了哪个部件?用了什么工具?要把这个组成部分作为一个信息载体,希望能够单独的来捕捉每个部件的数据,然后可以找出每个部件的数据,所有的这些信息都与 这个部件相关,也就是要找到针对每个部件的信息,且对所有的部件进行数字化。

工业4.0是德国高科技战略的关键举措,得到了德国政府的支持,将由业界进行实施。工业4.0的主要战略,就是要创建一个创新的智能系统,比如智能产 品、智能生产系统、智能物流、智能电网等等,这些的技术是互联网通信的整合以及嵌入式的控制软件,从而确保可持续和环保。

我们需要新的尖端工程方式方法,以支持智能产品的开发,这些智能产品他们可以对自己的功能进行自我控制,并且和其他的智能系统乃至人进行通信。

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