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工业4.0解读:工业4.0发展历程与重要意义以及工业5.0的展望
摘要:我们处在这个日新月异的时代,不知不觉间,我们已经进入“工业4.0”时代,今天我们一起来解读“工业4.0”.一、工业4.0(Industry4.0)概念“工业4.0”我们可以简单的理解为,第四次工业革命。是

我们处在这个日新月异的时代,不知不觉间,我们已经进入“工业4.0”时代,今天我们一起来解读“工业4.0”.

一、工业4.0(Industry4.0)概念

“工业4.0”我们可以简单的理解为,第四次工业革命。

是由德国政府《德国2020高技术战略》中所提出的十大未来项目之一。该项目由德国联邦教育局及研究部和联邦经济技术部联合资助,投资预计达2亿欧元。旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及基因工程学的智慧工厂,在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。

其技术基础是网络实体系统及物联网。工业四代(Industry4.0)是指利用物联信息系统(Cyber—Physical System简称CPS)将生产中的供应,制造,销售信息数据化、智慧化,最后达到快速、有效、个人化的产品供应。

二、工业4.0发展背景

“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2013年4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6-7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。

自2013年4月在汉诺威工业博览会上正式推出以来,工业4.0迅速成为德国的另一个标签,并在全球范围内引发了新一轮的工业转型竞赛。

三、中国参与工业4.0

随着中国综合国力的提高,国际影响力也在不断提升,在不同国际事务上,彰显着东方大国的智慧与魅力,工业4.0也少不了中国人的身影,工业4.0概念一经问世,瞬间在国内形成热浪,现已已经进入中德合作新时代,中德双方签署的《中德合作行动纲要》中,有关工业4.0合作的内容共有4条,第一条就明确提出工业生产的数字化就是“工业4.0”对于未来中德经济发展具有重大意义。双方认为,两国政府应为企业参与该进程提供政策支持。

四、工业1.0 到 工业4.0的发展历程

听了我这么多概念化的理论,可能很多朋友还不是特别了解。下面我们来从工业1.0-工业4.0的发展历程来逐步了解,帮助大家进一步了解工业4.0。

1、工业1.0-机械制造时代

时间:18世纪60年代 - 19世纪中期,以蒸汽机为标志,即通过水力和蒸汽机实现工厂机械化,用蒸汽动力动力驱动机器取代人力,从此手工业从农业分离出来,正式进化为工业。

2、工业2.0-电气化与自动化时代

时间:大概是19世纪后半期 - 20世纪初。以电力的广泛应用为标志,即在劳动分工基础上采用电力驱动产品的大规模生产,用电力驱动机器取代蒸汽动力,从此零部件生产与产品装配实现分工,工业进入大规模生产时代。3、工业3.0-电子信息化时代

时间:20世纪70年代开始并一直延续至现在。以PLC(可编程逻辑控制器)和PC的应用为标志,即广泛应用电子与信息技术,使制造过程自动化控制程度进一步大幅度提高。从此机器不但接管了人的大部分体力劳动,同时也接管了一部分脑力劳动,工业生产能力也自此超越了人类的消费能力,人类进入了产能过剩时代。

4、工业3.X - 完全自动化和部分信息化

看了前面工业1.0-3.0的介绍,大家一定觉得终于到工业4.0的介绍啦,别急,要理解工业4.0,我们还要先了解工业3.X,用男生们喜欢的看的修真玄幻小说来比喻,工业3.X就是3.0中后期,我们将这一渐进的过程称为工业3.X,这种状态下,将实现完全的自动化和部分的信息化。

5、工业4.0 - 智能化时代,打造智慧工厂

下面我们回归正题,来详细介绍一下工业4.0:

(1)、为什么要工厂智能化?从工厂的业务模式说起

说到工业,生产力一直是衡量工业发展的重要标准。生产力对于工厂来说自然首当其冲。  作为一个工厂,管理者归根结底通常最关心两个问题,一是生产力问题,而是销售问题,所以一个工厂的生产部门和业务部门尤为重要,前者通过MES(制造执行系统)管理,后者通过ERP(管理信息系统)来管理。

ERP系统是企业资源计划(Enterprise Resource Planning )的简称,是指建立在信息技术基础上,集信息技术与先进管理思想于一身,以系统化的管理思想,为企业员工及决策层提供决策手段的管理平台。它是从MRP(物料需求计划)发展而来的新一代集成化管理信息系统,它扩展了MRP的功能,其核心思想是供应链管理。

在中国工厂的很多车间里,各个生产设备之间、生产设备和控制器之间,都已经基本实现了连通。管理意识更强烈一些的工厂,整个工厂已经通过制造执行系统(MES)连通起来,而业务部门全部通过ERP连通起来了。跳出了传统企业边界,从供应链范围去优化企业的资源,优化了现代企业的运行模式,从而达到市场对企业合理调配资源的要求。这对于改善企业业务流程、提高企业核心竞争力具有显著作用。

(2)、发现问题:ERP和MES其实并没有连起来!

有整体管理意识来说,对于工厂的发展无异于是一件好事,但是对于管理者来说,常常会发现这样的问题,ERP和MES其实并没有真正连接起来。

(3)、ERP和MES的联系与区别

ERP系统

ERP(Enterprise Resources Planning)是企业资源计划,它是在物料需求计划MRP(Material Requirement Planning)和制造资源计划MRPⅡ(Manufacturing Resources Planning)的基础上发展起来的更高层次的管理理念和软件工具。

MES系统

MES(Manufacturing Execution System)是制造执行系统的缩写。MES是美国管理界1990年代提出的新概念,MESA(MES国际联合会)对MES的定义是:MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当车间发生实时事件时,MES能对此及时做出反应、报告,并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。

ERP和MES的联系

从这个定义来看,MES是对ERP的计划的一种监控和反馈,MES其实是ERP业务管理在生产现场的细化,ERP是业务管理级的系统,而MES是现场作业级的系统。所以,很多MES管理软件都会与工业设备,通过工控技术进行实时数据采集,再上传给ERP系统进行业务状态改变和业务指令处理。

ERP和MES的区别

简单来说,ERP是面向企业计划层,为高层管理者服务;MES是面向车间执行层,为中层管理者服务;ERP和MES都是企业信息化中的一部分,可以理解为ERP是负责战略目标的管理,MES是细化战略目标,分解并执行的过程。

使用ERP和EMS出现的问题

所以当ERP给MES下达生产计划指令后,MES在生产过程中发生了与计划偏差的事项(比如设备坏了,原料不合格等等),MES会根据车间的实际情况进行调整。但是ERP是不知道的!所以它会继续按照原本的计划执行订单,时间久了,系统和工厂的实际情况就会出现非常大的偏差。

企业计划管理者和车间生产管理者,往往会因为各自的岗位职责不同,看问题的角度也不尽相同,从而导致两个系统不能很好的衔接起来。

当然,我们都知道出现问题要及时解决,一个明智的企业、工厂也不会坐等问题不断放大,所以工厂车间通常会定期把MES的调整项做成一个表,交给业务部门,然后由业务部门手动在ERP中调整过来。

ERP和MES的问题只是工厂内系统断层的一个问题缩影,事实上工厂里还有非常多的其他系统,设计、制造、采购、办公等等,这些系统都是一个个的信息孤岛,互相都不知道对方在干啥,干到哪一步了。其中一个部分出了特殊情况,其他部分都不知道,只有等到问题出现了,才能退回来,所有系统再一个个改。

但是长期以往,又会带来其他问题,比如产能过剩,跟不上互联网时代的发展。

五、那么顺应工业4.0的发展潮流,打造智慧工厂呢?

说到这里,我们不难发现,工业4.0更强调工厂智慧化,生产智能化。随着市场竞争力的加大,企业或工厂想要在竞争激烈的市场上获得一席之位,并想要屹立不倒的话,打造智能工厂迫在眉睫。

1、生产设备网络化,实现车间“物联网”,工业物联网的提出给“中国制造2025”、工业4.0提供了一个新的突破口。传统的工业生产采用M2M(Machineto Machine)的通信模式,实现了设备与设备间的通信,而物联网通过Things to Things的通信方式实现人、设备和系统三者之间的智能化、交互式无缝连接。所以生产车间要努力实现车间物联网。

2、生产数据可视化,利用大数据分析进行生产决策

在生产现场,通过生产设备带来的信息,进行大数据分析,实时分析,从而可以精准掌握设备开机率、主轴运转率、主轴负载率、运行率、故障率、生产率、设备综合利用率(OEE)、零部件合格率、质量百分比等数据,通过这些数据,可生以看到产工艺上存在哪些不足,分析整个生产流程,清楚的知道每个生产环节的具体操作。一旦生产中,某个生产环节脱离了规范操作,可以发送报警信号,生产者可以在最短的时间内做出积极的生产工艺改进响应。这种透明高效的信息化生产流程,还能最大限度的减少生产成本,避免生产原材料浪费。

3、生产文档无纸化,实现高效、绿色制造

现在可能大多数企业或者工厂还在采用传统纸质办公,纸质的大量使用,往往伴随着大量树木的砍伐,抛开环保问题不说,纸质文件很容易发生丢失、损坏,而且当你想查阅很久以前的资料时,不易于快速查找,所以“无纸化”办公在遇到这些情况下,优势越发明显。可以将任何办公文件都录入办公系统,方便查找,而且还能实时在企业内共享这些文件,提高使用率,方便企业员工。

4、生产过程透明化,智能工厂的“神经”系统

“中国制造2025”明确提出推进制造过程智能化,通过建设智能工厂,促进制造工艺的仿真优化、数字化控制、状态信息实时监测和自适应控制,进而实现整个过程的智能管控。在机械、汽车、航空、船舶、轻工、家用电器和电子信息等离散制造行业,企业发展智能制造的核心目的是拓展产品价值空间,侧重从单台设备自动化和产品智能化入手,基于生产效率和产品效能的提升实现价值增长。因此其智能工厂建设模式为推进生产设备(生产线)智能化,通过引进各类符合生产所需的智能装备,建立基于制造执行系统MES的车间级智能生产单元,提高精准制造、敏捷制造、透明制造的能力。

5、现场无人化,真正做到“无人”工厂

“中国制造2025”推动了工业机器人、机械手臂等智能设备的广泛应用,使工厂无人化制造成为可能。在离散制造企业生产现场,数控加工中心、智能机器人和三坐标测量仪及其他所有柔性化制造单元进行自动化排产调度,工件、物料、刀具进行自动化装卸调度,可以达到无人值守的全自动化生产模式(LightsOutMFG)。为企业或者工厂减少人力成本,而且遇到一些高危行业操作时,也可以避免事故的发生,提高工作效率。

6、智能物流,整体整合资源

工厂在销售货物时,其中很重要的一个环节就是物流,如何在最短的时间内安全的将货物送到购货商手中呢?我们可以通过互联网的优势,整合物流资源,充分发挥现有物流资源供应方的效率,而需求方,则能够快速获得服务匹配,得到物流支持。在运送过程中,还能实时监控得知货物的具体地点,实时管理运输车辆,避免发生丢货、少货现象。如果运输人员不幸遇到车辆事故,也能第一时间知道,帮助运输人员。

六、工业5.0的展望——工业4.0的时代已经到来,工业5.0还会远么?

前面为大家介绍了工业1.0-4.0的发展历程以及工业4.0的要求,那么大家有思考过一个问题:工业5.0还会远么?

随着大数据时代的到来,人工智能也是当下被越来越多人提及的一个词,人工智能的发展也衍生出了“工业5.0”,“工业5.0”是由丹麦优傲机器人去年率先提出的,当时在业界掀起不小的浪潮。

以汽车行业为例,鉴于市场的发展演变和顾客对所购商品的高度个性化需求,人类创造性的重新加入势在必行。作为计算机科学的一个分支,人工智能不再是程序员简单的敲出代码,让其不只是冷冰冰的机器,而应该是了解人类需求的类人,从而更好的服务于人类。

所以美国提出“人机协作”的“工业5.0”概念,这样可以很好的解决生产业、制造业日趋老龄化,而年轻人又对生产业、制造业抱有抵抗情绪的尴尬处境,运用人工智能,从而代替劳动力,实现人机协作、人机合一的时代。

未来的发展我们无法预测,但我们应该始终提高自身的综合素质,培养自己的创新能力和钻研刻苦的精神,迎接明天,迎接属于我们的美好时代。

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