中德雙方近期宣布，兩國(guó)將開展“工業(yè)4.0”合作，該領(lǐng)域合作有望成為中德未來產(chǎn)業(yè)合作的新方向。“工業(yè)4.0”是在德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動(dòng)下形成的，已上升為德國(guó)國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略。僅從定義看，它是指工業(yè)生產(chǎn)方式的革新，即繼第一個(gè)自動(dòng)紡織機(jī)、第一條流水線和第一個(gè)可編程邏輯控制器（PLC）誕生之后，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)給工業(yè)生產(chǎn)帶來的革命性變化。不過，據(jù)稱德國(guó)業(yè)界有300多種對(duì)于“工業(yè)4.0”的不同闡述，而這主要是因?yàn)椤肮I(yè)4.0”是一場(chǎng)正在實(shí)際進(jìn)行的工業(yè)革命。
未來工廠
被譽(yù)為德國(guó)“工業(yè)4.0”模范工廠的西門子安貝格電子制造廠正是未來德國(guó)工業(yè)的一個(gè)縮影。
這座位于巴伐利亞州東北小鎮(zhèn)上的工廠其貌不揚(yáng)，只有三座外觀簡(jiǎn)樸的廠房，但卻擁有歐洲最先進(jìn)的數(shù)字化生產(chǎn)平臺(tái)。工廠主要生產(chǎn)PLC和其他工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品，在整個(gè)生產(chǎn)過程中，無論元件、半成品還是待交付的產(chǎn)品，均有各自編碼，在電路板安裝上生產(chǎn)線之后，可全程自動(dòng)確定每道工序；生產(chǎn)的每個(gè)流程，包括焊接、裝配或物流包裝等，一切過程數(shù)據(jù)也都記錄在案可供追溯；更重要的是，在一條流水線上，可通過預(yù)先設(shè)置控制程序，自動(dòng)裝配不同元件，流水生產(chǎn)出各具特性的產(chǎn)品。
由于產(chǎn)品與機(jī)器之間進(jìn)行了通信，整個(gè)生產(chǎn)過程都為實(shí)現(xiàn)IT控制進(jìn)行了優(yōu)化，生產(chǎn)效率因此大大提高：只有不到四分之一的工作量需要人工處理，主要是數(shù)據(jù)檢測(cè)和記錄；工廠每年生產(chǎn)元件30億個(gè)，每秒鐘可生產(chǎn)出一個(gè)產(chǎn)品，產(chǎn)能較數(shù)字化前提高了8倍，而由于對(duì)所有元件及工序進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和處理，工廠可做到24小時(shí)內(nèi)為客戶供貨。此外，由于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并分析質(zhì)量數(shù)據(jù)，次品率大大降低。
安貝格工廠不是孤例，相似的生產(chǎn)方式革新正在德國(guó)其他大大小小的工廠中展開，尤其是在汽車、機(jī)床制造業(yè)等領(lǐng)域。
行業(yè)分析人士指出，“工業(yè)4.0”至少發(fā)出了這樣一些革命性訊號(hào)：首先，工業(yè)生產(chǎn)的出發(fā)點(diǎn)將發(fā)生變化。通過規(guī)模效應(yīng)以及員工生產(chǎn)率來降低成本的時(shí)代一去不返，未來工業(yè)制勝的秘訣在于如何在提高生產(chǎn)率的同時(shí)盡量縮短產(chǎn)品從創(chuàng)意到上市的周期，以及如何滿足更復(fù)雜、個(gè)性化的產(chǎn)品需求。其次，虛擬與實(shí)際的界限似被消除。其三，人工似乎將被機(jī)器智能取代。
標(biāo)準(zhǔn)化之爭(zhēng)
離開安貝格，再來到德國(guó)北部的雷蒙哥，這里是德國(guó)弗勞恩霍夫研究院工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中心（IOSB-INA），專門為企業(yè)研發(fā)并生產(chǎn)推動(dòng)“工業(yè)4.0”所需的設(shè)備和解決方案。
“我們更換生產(chǎn)線上的一臺(tái)設(shè)備只需要幾分鐘的時(shí)間，然后生產(chǎn)繼續(xù)進(jìn)行，”東威斯特法利亞-利珀大學(xué)工業(yè)信息技術(shù)教授、弗勞恩霍夫研究院工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中心負(fù)責(zé)人尤爾根.雅思博奈特這樣說到。“如果在傳統(tǒng)的工廠條件下，根據(jù)設(shè)備的復(fù)雜程度不同，更換設(shè)備的工作可能要花費(fèi)數(shù)天的時(shí)間。”
這是因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)設(shè)備的安裝過程中，技術(shù)人員需要先把新的部件手動(dòng)連接到工作環(huán)境，然后再去調(diào)整生產(chǎn)線上的控制裝置。
“即插即用”成為人們對(duì)這一技術(shù)進(jìn)步的生動(dòng)描述。工業(yè)4.0的專家們用“即插即生產(chǎn)”來指設(shè)備和系統(tǒng)的順暢配置。未來的部件會(huì)自發(fā)的與工作環(huán)境相連接，自己把自己集成到現(xiàn)有控制系統(tǒng)當(dāng)中。
當(dāng)然，這也需要新標(biāo)準(zhǔn)的支持。來自不同制造商的部件必須使用同一種語言，部件之間才能自發(fā)地相互交流。
德國(guó)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)、德國(guó)機(jī)械制造商協(xié)會(huì)和德國(guó)電器電子行業(yè)協(xié)會(huì)共同開展的調(diào)查表明，被調(diào)查的近300家企業(yè)中有半數(shù)以上都認(rèn)為數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化是“工業(yè)4.0”所提出的最大挑戰(zhàn)，難度甚至超出了流程和工作組織。“因此，全世界很多不同的機(jī)構(gòu)都在討論這個(gè)話題，其中包括國(guó)際電工協(xié)會(huì)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織。”西門子工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)語規(guī)制負(fù)責(zé)人羅蘭海德爾說。
首要的問題就是如何把設(shè)備和設(shè)備特征進(jìn)行分類和描述，方法必須是獨(dú)特的，而且適用于每家制造商。
“然后每臺(tái)設(shè)備都擁有一套自己的數(shù)據(jù)包，這套數(shù)據(jù)包描述了設(shè)備的所有特征和服務(wù)，”海德爾說。“你可以把它和預(yù)先設(shè)定的全球通用格式進(jìn)行對(duì)比，提供有關(guān)設(shè)備及其功能的信息。”
使用那種電子“格式”的未來設(shè)備不僅能夠自發(fā)地實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，還能互相約定合作的條款。除此之外，還有一項(xiàng)因素在數(shù)字“格式”的設(shè)備描述中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，這就是名為OPC UA（針對(duì)過程控制統(tǒng)一架構(gòu)的對(duì)象鏈接和嵌入）的通訊協(xié)議。“OPC UA可用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自發(fā)聯(lián)網(wǎng)，并使設(shè)備在所處環(huán)境中展現(xiàn)出自身的特征，”雅思博奈特解釋說。“這個(gè)協(xié)議還能把來自生產(chǎn)的信息直接傳遞給生產(chǎn)規(guī)劃和ERP系統(tǒng)。”
“工業(yè)4.0”在中國(guó)
“工業(yè)4.0”在中國(guó)也正方興未艾。2013年9月11日，與西門子德國(guó)安貝格電子制造工廠（EWA）相同的中國(guó)首家西門子數(shù)字化企業(yè)平臺(tái)工廠（SEWC）在成都落成并投產(chǎn)，即西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)及研發(fā)基地。 這早已不是“工業(yè)4.0”在中國(guó)登陸的孤例。華晨寶馬的沈陽鐵西工廠也采用了全集成自動(dòng)化生產(chǎn)，多款車型可以在一條生產(chǎn)線上進(jìn)行生產(chǎn)，極大優(yōu)化了效益。在云南昆明，昆明鋼鐵公司引入了高爐煉鋼爐集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以保證全自動(dòng)的運(yùn)行與安全監(jiān)控。SAP也在中國(guó)與許許多多企業(yè)伙伴合作，開發(fā)出適用于“工業(yè)4.0”的IT軟件系統(tǒng)。
不過，中國(guó)制造業(yè)更廣泛地向信息化、數(shù)字化和智能化升級(jí)轉(zhuǎn)型，還需要什么呢？西門子(中國(guó))有限公司執(zhí)行副總裁、工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域總裁吳和樂博士認(rèn)為，數(shù)字化企業(yè)平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字制造的載體，可以實(shí)現(xiàn)包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程，到生產(chǎn)執(zhí)行和服務(wù)的全生命周期的高效運(yùn)行，以最小的資源消耗獲取最高的生產(chǎn)效率。
該平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)需要企業(yè)以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，在物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、工業(yè)以太網(wǎng)等技術(shù)的強(qiáng)力支持下，集成目前最先進(jìn)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)及軟件和硬件，如產(chǎn)品生命周期管理(PLM)軟件和制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)軟件以及控制和驅(qū)動(dòng)技術(shù)等。
在提升資源效率層面，制造業(yè)企業(yè)首先需要考慮設(shè)備層面的資源效率提升方案。同時(shí)，企業(yè)需要將眼光放遠(yuǎn)，關(guān)注能夠使全生命周期資源效率提升的整體解決方案，即將現(xiàn)有的技術(shù)和創(chuàng)新全部整合到一個(gè)數(shù)字化企業(yè)平臺(tái)中，從企業(yè)層面到設(shè)備層面給出“基于成本設(shè)計(jì)”及“基于節(jié)能和資源設(shè)計(jì)”的完整資源方案。
