Industry 4.0 会引发下一次工业革命吗?

Global Watch: 4 of 7

18世纪的蒸汽机发明以及手工机械化引发了第1次工业革命;20世纪初随着大量的生产技术的出现引发了第2次工业革命;电子系统和计算机技术推进生产自动化引发了第3次工业革命。德国政府主导的Industry 4.0项目是否意味着第4次工业革命的开始呢?……本期,我们邀请了活跃在德国的产业网络技术专业杂志“Industrial Ethernet Book”的发行人Leopold Ploner先生来讲述其真正的价值。

18世纪的蒸汽机发明以及手工机械化引发了第1次工业革命;20世纪初随着大量的生产技术的出现引发了第2次工业革命;电子系统和计算机技术推进生产自动化引发了第3次工业革命。德国政府主导的Industry 4.0项目是否意味着第4次工业革命的开始呢?……本期,我们邀请了活跃在德国的产业网络技术专业杂志“Industrial Ethernet Book”的发行人Leopold Ploner先生来讲述其真正的价值。

成熟的技术对工业的再刺激

在欧洲,以德国为首的先进工业国家认为长期保持高度竞争力对经济增长很重要。因此,德国政府很早就重视IoT(Internet of Things、物联网)领域。早期实施了“高度技术战略”,目的是通过各种研究进行技术革新,提高竞争力。后来整合了许多研究,启动了基于IoT的Industry 4.0项目,2013年投入2亿欧元(约280亿日元)的超大预算。

“推动智能监控系统和自主系统的开发,通过互联网使工厂内外“物物相联”(IoT),实现新的价值和商务模式”

德国政府着手制定Industry 4.0项目有其自然的趋势。这是因为德国在名列前茅的汽车工业嵌入式系统领域中具备高度的技术能力,实现了为Industry 4.0奠定基础的CPS(Cyber Physical Systems,信息物理系统)。

CPS是指现实世界和IT(信息技术)紧密相联的系统,是将现实世界(Physical System)中的传感网络等的各种信息和虚拟空间(Cyber System)的高度计算能力相联来实现更高效率的智能系统。通过对生产现场的设计、开发和生产等的各种数据进行感测、积蓄和分析,构建自主运行的智能生产系统。例如,通过网络将视觉系统和搭载各种传感器的工作机器人连接到计算机,CPS无需任何指示也能自己思考并进行工作。

德国政府的战略措施和Industry 4.0项目是为了进化CPS,推动智能监控系统和自主系统的开发,通过互联网使工厂内外“物物相联”(IoT),实现新的价值和商业模式。

Industry 4.0通过给生产过程中的全部要素(如产品的零件和生产设备等)分配IP地址,各自获取并管理实时信息,灵活对应市场需求和物流情况等各种外部环境的变化,实现开发、制造、生产管理等过程的优化,从而提高工厂的生产性,减少库存,降低生产和供应链的成本,增加收益。

2012年1月成立了Industry 4.0项目工作组,Siegfried Dais博士(Robert Bosch公司)和Henning Kagermann教授(German Academy of Science and Engineering)就任议长,邀请企业、政府、学界的各行专家参加,为德国政府献计献策。

目前,产业界正在实践此战略措施,争取得出具体的成果。Roland Bent先生(Phoenix Contact公司,Managing Director)在德国纽伦堡举行的FA行业SPS/IPC/Drives展示会的主题演讲上提出,“今后我们需要有高度适应能力的生产设备,此设备不仅限于在目前的设想范围内可调整的适应性,而且能灵活对应预料之外的事态。当前,网络技术在FA行业将越来越重要”。

照片:德国的安格拉•默克尔总理(左)和英国的戴维•卡梅伦总理(右)访问德国汉诺威市举行的国际信息及通信技术博览会“CeBit 2014”的情景。

照片:德国的安格拉•默克尔总理(左)和英国的戴维•卡梅伦总理(右)访问德国汉诺威市举行的国际信息及通信技术博览会“CeBit 2014”的情景。

(Photo: Industrial Ethernet Book, Source: Bundesregierung/Denzel)

扩及全世界的第4次工业革命利益何在?

图1:在导入Industry 4.0的工厂,构建了能相互通信的部件网络。

图1:在导入Industry 4.0的工厂,构建了能相互通信的部件网络。

  1. 通过网络连接多个传感器和监视系统,获取生产过程中的实时信息。
  2. 获取生产设备和电力设备等状态的实时信息。
  3. 基于生产线送来的信息,计算机在后端连接云主机获取外部环境信息,将最佳指示反馈给生产线。
  4. 通过实现大范围动态分散功能的现场计算机来减轻信息处理的负担。
  5. 使用未经特別训练也能直观操作的终端,并且通过移动设备管理(MDM:Mobile Device Management)工具对复杂的系统进行一元化管理。

(提供:Industrial Ethernet Book, Source: Weldmuller)

美国的主要FA行业的大企业领头致力于同样的措施。Rockwell Automation公司、Cisco Systems公司和Panduit公司与由世界主要FA企业构成的非营利组织ODVA(Open Device Net Vendor Association)合作创立了Industrial IP Advantage业界团体,其目标是确立以标准以太网和互联网协议进行的高度安全通信,通过将产业领域的客户、过程、数据、物联网来提高生产力和竞争力。

General Electric公司正在推进“Industrial Internet”,将传感器安装在飞机、铁道车辆、燃气涡轮等各种工业设备,发送各设备状态的有关实时信息,并且通过分析这些数据来减少燃料的消耗,适时进行易耗品的维护以及提高作业率,达到设备运行的优化。Bernd Heinrichs先生(Cisco Systems公司,Managing Director、Borderless Networks)在2013年10月奥地利举行的“IHS Industrial Automation Conference”的主题演讲上指出,“到2020年,智能对象(通过IoT进行网络化的各种设备)的数量将从目前的125亿个增加到500亿个”。与家电和电话相比,普及率以5倍的速度增加。

“估计在今后10年中,其潜在利润将达到3兆8800亿美元(约400兆日元)”

另外,Paul Brooks先生(Rockwell Automation公司,Business Development Manager)谈到,“如果产业网络的连接设备成为话题,可编程控制器就会引人注目,这只不过是用于生产的一半而已”。“我们的目标是要将剩余的约50%的单一网络结构并且目前尚未连接控制器的设备进行整合”。

全世界正在推进的第4次工业革命的潜在利益巨大。Industrial IP Advantage业界团体预测在2013年至2022年的10年中,全世界制造业产生的潜在经济价值或者行业间流动的潜在经济价值将达到3兆8800亿美元(约400兆日元)(图2)。

图2:Industrial IP ADVANTAGE业界团体的预测

图2:Industrial IP ADVANTAGE业界团体的预测

(提供:Industrial Ethernet Book,Source:Industrial IP Advantage)

  • 资产活用:成本的削减等(6750亿美元)—通过改善业务过程和生产效率,减少销售间接费和销售成本。
  • 员工生产性:劳动效率的提高等(6750亿美元)—减少工作量,提高生产性,减少人工费。
  • 供应链和物流:浪费的排除等(7290亿美元)— 排除全体供应链中的浪费,减少成本。
  • 技术革新:投放市场前的时间短缩等(8100亿美元)—提高R&D投资回报率,缩短产品和服务投放市场前的时间,通过新的商业模型和商业机会来扩大收益。
  • 顾客经验管理:顾客的增加等(9990亿美元)—提高顾客的寿命周期价值,通过增加顾客来扩大收益。

人为障碍大于技术障碍

Dan McGrath先生(Panduit公司,Industrial Automation Solutions Manager)指出,“问题在于如何打破纵向型的业务形态,以更高的视点进行网络的集中管理”。“对于IT方面,希望正确理解指挥系统整合的商业价值以及应该优先的工作,进一步发挥引导作用。OT(Operational Technologies)方面必须与IT方面更加紧密地协作,理解活用这些技术的必要性。考虑到数据的价值和对机械设备运营的影响,工厂高层必须领先冲破各种障碍,避免争夺势力范围”。

说起来容易做起来难。尽管优点明确,但这也许是Industry 4.0项目成为现实而需要时间的理由之一。

20年的进展导致革命

Peter Herweck先生(Siemens公司,Head of Corporate Strategy)认为进化积累将导致革命。他说,“我们以20年的时间考虑,可以说,当进化一点一点地积累到20年时,与现在相比确实发生了革命”。

Leopold Ploner

Industrial Ethernet Book 发行人

http://www.iebmedia.com/

Industrial Ethernet Book