工业4.0发展阶段性解读

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'工业4.0发展阶段性解读'
工业工业 4.04.0 发展阶段性解读发展阶段性解读 丁研 一、前言一、前言 近年来, 美国与欧洲的主要发达国家都纷纷的提出了意在提升自身制造业水平的战略规 划,并不约而同的将信息化与互联网技术与制造业的融合作为新的发展契机:美国的“工业 互联网”的主张:借助其占据绝对优势的互联网技术,自上而下的对传统的工业生产体系自上而下的对传统的工业生产体系 进行整合与渗透进行整合与渗透;德国的“工业 4.0”战略则注重:通过信息、通讯技术与自动化的深度融 合自下而上的升级其现有的自动化体系自下而上的升级其现有的自动化体系。 为了推进中国制造的转型升级,《中国制造 2025》战略对上述两套体系(“工业互联 网”与“工业 4.0”)进行了借鉴。由于考虑到两者间存在的巨大差异,以及未来发展的不 确定性,因此在制定《中国制造 2025》时,我国将两套体系列为同等重要的参考方向,而 并未对它们进行主次划分。 《中国制造 2025》中所阐述的“IT 技术与制造业的融合” 又被称为“互联网+制造业”, 两者均处于同等重要地位。但在国内的主流舆论下,“互联网“互联网+ +”的作用被明显夸大”的作用被明显夸大,同时 伴随而来的一系列概念炒作也层出不穷(工业云,工业大数据,人工智能,万物互联)。与 此相比,侧重于制造端的“工业 4.0”则被部分人误读为现有的“工业 3.0”技术(如机器 人,生产自动化,库存自动化等)的直线升级,而更为无奈的是有些人索性将“工业 4.0” 与“互联网+”画上了等号。 工业 4.0 之所以被误读, 主要原因在于其所阐述内容的复杂度与抽象性 (工业 4.0 由一 套完整且抽象的概念体系,技术框架以及方法论共同构成);但随着时间的推移,目前的工 业 4.0 已经由最初的概念框架逐渐演变为一套有血有肉的技术与方法论体系。 作为相关行业的从业者,笔者有幸经历且观察到这一过程,故此希望借此文章,与大家 分享我个人的观点与理解。 二、工业工业 4.0 4.0 与与 工业互联网工业互联网 在过去的 20 年,IT 技术在互联网与自动化两大领域的应用经历了长期的差异化发展, 而随着新型制造业发展趋势的逐渐明朗化,这两大行业都开始将关注度聚焦于制造业领域, 并纷纷开始着手于布局相技术与市场工作:一方面,互联网企业开始尝试通过云计算、物联 网、大数据等技术将常年处于信息孤岛的制造业纳入到互联网这一体系当中;另一方面,自 动化行业则计划借助信息化技术,打破既有局限,并构建一套更灵活、简洁、开放的智能制 造体系。 虽然互联网与自动化领域看似都在通过 IT 技术对制造业进行着改造与升级, 但由于由于各自各自 看待制造业角度的不同,因此看待制造业角度的不同,因此两者两者所采取的策略也存在较大差异所采取的策略也存在较大差异。 笔者声明:本文中所说的工业互联网与笔者声明:本文中所说的工业互联网与 GEGE 公司的工业互联网只是名称相同,但含义并不一致,本文所说公司的工业互联网只是名称相同,但含义并不一致,本文所说 的工业互联网可以被理解为以互联网、云、大数据为主导的互联网的工业互联网可以被理解为以互联网、云、大数据为主导的互联网+ +工业。工业。 工业工业 4.0 4.0 - - 构建新型自动化体系构建新型自动化体系 在工业 4.0 版本的规划中,智能制造被比喻为竞技中的运动员:即:它需要拥有健壮的 身体维持高强度的运动; 凭借发达的小脑与神经系统指挥身体的四肢, 完成一系列复杂的动 作;智慧的大脑则需要对比赛进行准确的评估,从而作出正确的判断。 在工业 4.0 中,运动员的大脑、神经系统与身体分别对应着”智能制造”中的三大支运动员的大脑、神经系统与身体分别对应着”智能制造”中的三大支 撑体系撑体系: ? 物理层(身体)物理层(身体):工业机器人,数控机床,输送设备、仪器仪表等; ? 自动化(小脑与神经系统)自动化(小脑与神经系统): 由一系列遵循工业 4.0 原则(互联互通、标准化、普适 性)的设备(如控制器,传感器, RFID Reader 等)与系统(SCADA, MES, WMS 等)组 成,由它们所共同构建的生产体系将实现更加复杂且多样的制造需求; ? 企业企业 ITIT 系统与互联网(大脑)系统与互联网(大脑):通过与“小脑和神经系统”对接获取工业原始数据, 并借助大数据技术为生产提供决策支持; 同时借助电子商务完成与终端用户的对接, 将 生产任务通知给自动化系统。 从现有技术与应用的发展水平看, 物理层与互联网的发展已经相对成熟稳定; 然而在自 动化领域,由于各厂家的产品总是习惯于由于各厂家的产品总是习惯于仅仅提供“分内”的功能,但却提供“分内”的功能,但却忽视与其它系统的忽视与其它系统的 协同,协同,因此因此导致自动化系统中存在着导致自动化系统中存在着许多许多信息与逻辑断层信息与逻辑断层。 现有自动化行业解决 “断层” 问题的方法并不理想, 业界通常的做法是通过定制化的 “中 间件”将不同的系统与设备捏合在一起;然而此种借助“中介”的做法不但增加了系统的复 杂度与成本,也降低了“神经系统”间直接协同的可靠性与时效性。而更为头疼的问题是, 当系统复杂到一定程度后, 整个系统将不再具有可驾驭性与可扩展性, 这也正是在自动化行 业中,很多好的想法难以实现的主要原因。 从生物学角度讲, 神经系统 (包括小脑) 间的协调性决定着物种的存亡, 可以设想一下: 如果狮子不能协调地奔跑,则无法捕获猎物;如果猴子无法在攀爬的过程中掌握身体平衡, 则会从树上掉下来。而对于目前自动化行业而言,系统(设备,软件)间协同与组合关系系统(设备,软件)间协同与组合关系 的固化已经严重的限制了自动化体系的发展,而这将成为未来“柔性化生产”与“智能化的固化已经严重的限制了自动化体系的发展,而这将成为未来“柔性化生产”与“智能化 制造制造”的最大障碍”的最大障碍。 为了解决所面临的共同挑战, 德国的相关行业协会及大型企业自发地聚在一起, 共同完 成了“工业 4.0”的起草,它们将一系列已达成共识的概念、技术与方法融入其中,并最终 形成一套完整的规划体系。在此规划中,核心内容包括:利用信息技术打破现有自动化系利用信息技术打破现有自动化系 统(系统内部以及系统间)的信息壁垒,简化系统结构,从而构建一套灵活、统(系统内部以及系统间)的信息壁垒,简化系统结构,从而构建一套灵活、高效高效的智能的智能 制造体系制造体系。 工业互联网工业互联网 - - 互联网互联网+ +工业工业 工业互联网意在将相对独立的工业自动化体系纳入到以云、 大数据为基础的 “大互联网” 体系中,而支撑这一想法的出发点有以下几点: ? 大数据大数据: 提供海量的数据存储与访问能力, 从而能够充分的容纳与管理来自工业体系的 信息; ? 云计算云计算: 提供充足的计算能力用于承载或替代自动化系统中的业务处理逻辑, 比如报警, 报表,数据分析等; ? 接入接入:具有无处不在的接入能力,如 4G(以及未来的 5G)、WIFI、企业网等,借助这 些接入点,用户能够节省搭建工业专用网络的成本; ? 虚拟化虚拟化
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