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灯塔工厂,企业在制造生产中

2019-09-17 09:59

到底什么是德国工业4.0?

管理智能化

❒Sandvik Coromant (位于瑞典 Gimo):这家切削刀具生产商利用覆盖全生产流程的数字主线,大幅提高了劳动生产率。“非接触式转换”就是其中一例,其支持设计模式自动更改,即使在无人操作的转换期间也是如此。

“工业4.0”是德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念。它描绘了制造业的未来愿景,提出人类将迎来以信息物理融合系统为基础,以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的工业革命。 他们认为,这场变革是继机械化、电气化和信息技术之后,制造业迎来的第四次工业革命,因此将之命名为“工业4.0”。 “工业4.0”分为两大主题,一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。在这些过程中,软件是重中之重,可以说起到赋予智慧工厂“灵魂”的中心作用,包括设备制造、物联网、数据网等都需要通过软件将这几大板块联结起来。 工业4.0是新时代变局的开始 德国政府早在2010年的《高技术战略2020》十大未来项目中,就有过对未来的发展设想。希望利用信息通信技术与信息物理系统相结合的手段,推动制造业向智能化转型,使德国在关键工业技术上继续保持国际领先地位和在全球的竞争优势。 目前“工业4.0”在德国已上升为国家战略,并得到德国科研机构和产业界的广泛认同。其中,有的协会将其下属的6~7个生产领域的研究所引入“工业4.0”概念,有不少领先企业已将“智能工厂”在“工业4.0”的主题下规划了技术演进的发展计划,并提出了自己独特的系统和理念。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,许多企业客户个性化的定制需求得到了满足;不少企业工人从单调、程序化的工作中解脱出来,把精力集中用在创新和增值业务上;许多老工人也延长了职业生涯,使企业保持了长久的生产力。企业在制造生产中,第一次将资源、信息、物品和人进行互联,取得了初步成果,使许多初创公司和小企业受益。 据德国电子电气工业协会估计,“工业4.0”可使该行业生产效率提高30%。拥有120多年历史的德国机械设备制造业联合会,已成为实施德国“工业4.0”战略重要的牵头组织和实施者。 回顾历史我们不难发现,自上世纪60年代以来,欧美国家掀起了“去工业化”的浪潮,许多制造业外迁,重点发展金融、房地产和服务业,使得虚拟经济迅速膨胀,结构性矛盾凸显,直到2008年金融危机爆发,欧美国家虚拟经济的脆弱性暴露无遗。为了解决金融危机和产业“空心化”、失业率高等问题,欧美国家相继开始加速“再工业化”,推动制造业“回归”。 德国“工业4.0”以信息网络技术、数字化制造技术应用为重点,旨在依靠科技创新,抢占制造业新的制高点。 我们看到,“工业4.0”不是发达国家再工业化的简单回归,而是一个新时代变局的开始,这是继工业1.0机器代替人工时代、工业2.0的流水线时代,到工业3.0高度自动化时代后又一个新纪元的开始。从互联网发展的角度看,是互联网从“虚”的服务业大规模进入“实”的制造业的开始,也即CPS体系的实现。今后的制造业,将与服务产业一样,建立在互联网这一“共同的底盘”之上,人与人、人与机器、机器与机器之间将对话协同,工厂生产由“高度自动化”转向“智能”生产。比如,我们个人只需用手机下单,网络就会自动将订单和个性化要求发送给智能工厂,由其采购原料、设计并生产,再通过网络配送直接交付给消费者。 所以,在实施“工业4.0”之后,整个社会都将变得智能,工厂变成智能工厂,家居变成智能家居。而智能物流,智能电网,智能穿戴,智能城市,智能汽车,智能医疗将成为我们生活的重要组成部分。 在这种形势下,机械制造领域的全球竞争正在日趋激烈。世界第一大经济体美国不甘寂寞,也在采取措施,通过一系列方案对抗工业化退化,大力推进“先进制造业”。日本、英国等发达国家也纷纷提出以重振制造业为核心的“再工业化”战略。 他山之石可以攻玉 “工业4.0”概念的提出,毕竟是德国为自身工业发展量身定制的,或许有不少专家认为,“工业4.0”不过是德国的一项高科技领域的国家战略,主要是在高端制造技术上对抗美国,跟主要以低端制造为主的中国没有多大关系。因此,中国没有必要对“工业4.0”采取应对策略。我们认为这种看法值得商榷和探讨。 目前有数据显示,在全球机械出口份额中,德国以16%的份额占据2013年首位,中国以11%份额,略低于美国,位于全球第三。同时,在全球设备制造业的32个子行业中,中国仅在7个子行业中取得了领先地位。我们是一个发展中的制造业大国,还不是制造强国,我们应该充分考虑到德国“工业4.0”带来的冲击和潜在竞争因素。“工业4.0”的到来,将用物联网、服务互联网取代传统封闭性的生产制造系统,可以为未来工业发展打下坚实的根基。而在物联网、服务互联网等信息产业领域我们又相对落后,如果我们现在不迎头赶上和超越,未来我们将没有成为制造强国的机会。 所以,中国如何学习、借鉴“工业4.0”的成功经验,挖掘自身优势,助推我国工业现代化的转型升级,并在新一轮国际经济变革中赢得先机,这是一个非常重要的话题。 2014年12月,中央经济工作会议在北京召开。面对复杂多变的国际环境和艰巨繁重的国内改革发展任务,准确研判未来走势,根据我国经济发展特征,准确把握经济发展新常态。提出依靠人力资本质量和技术进步,让创新成为驱动发展的新引擎。推进新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展,逐步增强战略性新兴产业和服务业的支撑作用,着力推动传统产业向中高端迈进。 目前,在“十八大”和中央经济工作会议精神指引下,我国政府和行业部门对工业升级给予了高度重视。从《装备制造业调整和振兴规划》到《“十二五”工业转型升级规划》、《智能制造装备产业“十二五”发展规划》,以及《中国制造2025》,我国已经在谋划工业发展的顶层设计。

你相信吗?在不久的将来,我们吃的药是根据每个人的基因来配方的;我们的早餐可以根据个人的口味和营养需求来调配生产;工厂生产线可以按照工人希望的时间开工,无需担心下午3点没法去接孩子;生产车间里是机器告诉机器下一步做什么,而非中心控制台的技术员在操作。

生产方式智能化

年初,世界经济论坛宣布,“制造业灯塔工厂”网络迎来7名新成员,加上2018年公布的9家“灯塔工厂”,目前全球已经有16家“灯塔工厂”,其中5家位于中国,分别是天津的丹佛斯商用压缩机、深圳的富士康、无锡的博世汽车、青岛的海尔和成都的西门子工业自动化产品。

竞争力、商业价值及中国

智能制造的主要特征

博世汽车无锡工厂

所谓的德国工业4.0,事实上是德国政府2012年发布的10项未来高科技战略计划中的一个内容,是一项由政府投资2亿欧元,针对如何保证德国制造业傲立世界顶尖地位的“产业革命”计划,即在10~15年的时间里,通过“物联网”系统完成大生产,大程度地实现生产全自动化、个性化、弹性化、自我优化和提高生产资源效率,降低生产成本的全新生产方式,以实现革命性、大幅度提高生产力的目标。根据德国国家科学与工程院的研究,估计企业的生产效率可以通过“工业4.0”提高30%。其次,实现资源的高利用,以保护环境,因为能源和原材料的使用越高效,对环境的污染就越少。

第二:有实时系统,可以及时进行信息传输和对接。

生产制造柔性化、模块化、自动化。生产制造的核心环节(生产计划、生产模式)被改造,生产计划将从传统的以月为单位变为以小时甚至分钟计量,这个需要系统即时的信息处理。自动化使得效率提升,原先人工15分钟更换一套模具,海尔的互联工厂可以实现15秒更换5套模具,效率提升90倍。此外,模块化意味着模块标准化程度的提高,将一个产品分节为多个标准化模块,使得产品迭代速度明显提升。

工业4.0的“物联网”技术,通过软件系统、网络信息系统方面的基础设施来实现,不仅仅是改善和提高生产力,从而力争保持制造业老大哥的地位不变,也必定会带来新的商业模式和新的蓬勃商机。

工业4.0意味着智能工厂自己可以运转、连接并和机器进行交流,产品设备之间可以通信。所以德国人把工业4.0定义为“机器制造机器”,每台机器都是有生命力的,工厂越来越像一个人,有智商高低的区别。随着工厂“智商”的提高,其智能化程度越来越高。

“灯塔工厂”是指在第四次工业革命尖端技术应用整合工作方面卓有成效,堪为全球表率的领先企业。它们选自一张包含1000家制造商的初始清单,主要评判标准是制造商在运用第四次工业革命技术、提高经济和运营效益方面取得的成就。

自从2013年汉诺威工业展上,德国向世人第一次演示了智能工厂(Smart Factory)的模拟生产过程之后,德国工业4.0就成为了产业界和经济界的热门话题。而且,一场机器与机器对话的工业革命,正在德国各地悄悄兴起。那么到底什么是工业4.0?为什么这个听上去非常抽象的名词,关联到的却是一场改变人类生产方式的革命?

灯塔工厂,企业在制造生产中。单纯的研发和生产端的改造不是智能制造的全部,基于渠道和消费者洞察的前段改造也是重要的一环。

❒宝马集团(位于德国雷根斯堡的工厂):该汽车工厂在2018年生产了约320,000辆汽车。尽管工厂在引入定制化物联网平台上投入了不少时间与成本,但最终成功将新应用程序部署时长削减了80%,在大幅降低了物流成本的同时也令质量问题减少了5%。

任何一次工业革命,实现生产力跨越的目的毫无疑问都是为了更大程度地解放劳动力,获取更广阔的市场。工业4.0也不例外,在国际市场竞争异乎寻常激烈的今天,以制造业为支柱,出口依赖性很强的德国经济,显然是希望借助生产方式的改变和新市场的开拓来实现经济增长的飞跃。

新一轮工业革命的本质是未来全球新工业革命的标准之争,各个国家都在构建自己的智能制造体系,智能制造和智能工厂也成为了新一轮工业革命的两大主要目标......

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德国工业4.0计划,目前正由德国人工智能研究所的智能工厂与众多和信息技术、机器人技术、激光感应技术相关企业合作,进行技术试验。其中部分研究成果已开始在德国的大企业,如博世、西门子、巴斯夫的个别产品生产流水线上进行尝试性实施。

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❒沙特阿美 Uthmaniyah 天然气厂(位于沙特阿拉伯 Uthmaniyah):这座巨型天然气处理厂多项技术在第四次工业革命技术应用方面已经成为表率,包括管道和机械无人机检查技术(节约 90%的检查时间)和可穿戴技术,例如有助于减少工人检查和维修时间的数字头盔。

德国人工智能研究所首席执行官兼科学总监沃夫冈·瓦尔斯特(Wolfgang Wahlster)教授告诉《陆家嘴》记者,这些现在的愿景都将通过“工业4.0”的技术和生产方式在不久的将来成为实现。

计算机、智能手机、智能电视、智能机器人、智能穿戴都是物联网的“原住民”,这些产品从生产出来就是网络终端。而传统的空调、冰箱、汽车、机床等都是物联网的“移民”,未来这些产品都需要连接到网络世界。专家估计,到2020年这些物联网的“原住民”和“移民”加起来将超过500亿个,且这个进程将持续10年、20年甚至50年。

5、菲尼克斯电气(德国巴特皮尔蒙特和布隆伯格)

在工业4.0时代,装备智能化的进程可以在两个维度上进行:单机智能化,以及单机设备的互联而形成的智能生产线、智能车间、智能工厂。

富士康深圳工厂

产品智能化是把传感器、处理器、存储器、通信模块、传输系统融入各种产品,使得产品具备动态存储、感知和通信能力,实现产品可追溯、可识别、可定位。

“3D模拟生产线优化”:西门子员工利用3D模拟、增强现实和其他技术,完善工厂的设计和运营,促使产量提高3倍,缩短周期时间。

智能工厂的主要特征

❒富士康(位于中国深圳的工厂):又被称为“黑灯工厂”,这家专门生产智能手机等电气设备组件的工厂采用全自动化制造流程,配备机器学习和人工智能型设备自动优化系统、智能自我维护系统和智能生产实时状态监控系统。 富士康注重优先引入第四次工业革命技术,令生产效率提高30%,库存周期降低15%。

每个阶段,柔性化对环境的调整能力能够实现不同产品需要,实现多品种小批量生产,同时能控制这种个性化生产所带来的成本飙升问题。

凭借以“数字化双胞胎”为核心的柔性生产技术平台,SEWC能够确保快速分配资源、高效排产并遵循高质量标准。在过去5年中,SEWC高度柔性的生产方式保证了99%的及时交货率。其次,数字化的生产方式促进了高效生产,使工厂的产量增加了4倍。在工业自动化产品的制造方面,SEWC遵循全球统一的质量标准,过去5年内产品质量合格率达到99.999%。

智能制造作为广义的概念包含了五个方面:产品智能化、装备智能化、生产方式智能化、管理智能化和服务智能化。

新一批7家“灯塔工厂”如下:

服务智能化

❒丹佛斯商用压缩机(位于中国天津的工厂):该工厂主要生产冰箱、空调机组等产品所需的压缩机。丹佛斯凭借全数字追溯系统与智能传感器、视觉检测、自动监控系统等数字工具成功改善了质量控制体系,在两年内将劳动生产率提高了30%,客户投诉率减少了57%。

第一:信息基础设施高度互联,包括生产设备、机器人、操作人员、物料和成品。

9、UPS Fast Radius

通过先进制造、信息处理、人工智能等技术的集成和融合,可以形成具有感知、分析、推理、决策、执行、自主学习及维护等自组织、自适应功能的智能生产系统以及网络化、协同化的生产设施,这些都属于智能装备。

此外,SEWC在过去5年中接待了3万余名访客,与中国业内的合作伙伴分享数字化工厂的理念和实践经验,为客户提供全方位的深度沟通和交流,帮助客户了解未来制造业的发展方向。

第三:从柔性化、敏捷化、智能化到信息化,这是智能工厂的发展趋势。

西门子工厂

智能服务是智能制造的核心内容,越来越多的制造企业已经意识到了从生产型制造向生产服务型制造转型的重要性。今后,将会实现线上与线下并行的O2O服务,两股力量在服务智能方面相向而行,一般力量是传统制造业不断拓展服务,另一股力量是从消费互联网进入产业互联网,比如微信未来连接的不仅是人,还包括设备和设备、服务和服务、人和服务。个性化的研发设计、总集成、总承包等新服务产品的全生命周期管理,会伴随着生产方式的变革不断出现。

这家专门生产智能手机等电气设备组件的工厂采用全自动化制造流程,配备机器学习和人工智能型设备自动优化系统、智能自我维护系统和智能生产实时状态监控系统。富士康注重优先引入第四次工业革命技术,令生产效率提高30%,库存周期降低15%。

个性化定制、极少量生产、服务型制造以及云制造等新业态、新模式,其本质是在重组客户、供应商、销售商以及企业内部组织的关系,重构生产体系中信息流、产品流、资金流的运行模式,重建新的产业价值链、生态系统和竞争格局。

丹佛斯商用压缩机天津工厂

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装备智能化

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西门子以及弗劳恩霍夫应用研究促进协会的专家认为,工业4.0要建立一个智能生态系统,当智能无所不在、连接无处不在,数据无处不在的时候,设备和设备之间、人和人之间、物和物之间、人和物之间的联系就会越来越紧密,最终必然出现一个系统连接另一个系统、小系统组成大系统、大系统构成更大系统的情况——对于工业4.0的目标智能制造而言,它就是系统的系统。

附:此前的9家“灯塔工厂”:

智能工厂有三大特征:

博世无锡工厂主要生产共轨喷油器和废气后处理系统组件等产品。三年来,无锡工厂自主开发的数据分析系统大大提高了工厂的生产力。整套系统涉及包含200多台机器的四条价值链。在无锡工厂,一套独特的模型用来提高刀具利用率,模型中所使用的数据分析方法可以很好地平衡刀具成本与设备停机时间。

产品智能化

海尔互联工厂将用户、模块商和工厂等要素用开放的平台模式聚合到一起,原有的模式下用户的需求都是串联的流程,从研发到市场调研,再到供应商,供应商再发货给工厂,最后到物流和售后。现在这个平台模式下流程变成了并联的方式,用户的需求同时到达研发、供应商、工厂这些端口,大家同时开始响应,原先长达18个月之久的研发周期现在可能大大缩短,产品迭代速度提高,并且投放市场成功率大幅提高。

工业时代,产品价值由企业定义。而智能制造能够实现个性化定制,不仅打掉了中间环节,还加快了商业流动,产品价值不再有企业定义,而是由用户来定义。

海尔青岛工厂

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4、强生DePuy Synthes

随着纵向集成、横向集成和端到端集成的不断深入,企业数据的及时性、完整性、准确性不断提高,必然使管理更加准确、更加高效、更加科学。

SEWC是西门子在德国以外建立的首家数字化工厂,也是西门子继德国、美国之后在全球的第三个工业自动化产品的研发中心,实现了从产品设计到制造过程的高度数字化。

2、博世汽车

何为“灯塔工厂”?评价标准如何?

澳门新濠新天地3559,丹佛斯商用压缩机凭借全数字追溯系统与智能传感器、视觉检测、自动监控系统等数字工具成功改善了质量控制体系,在两年内将劳动生产率提高了30%,客户投诉率减少了57%。

7、施耐德电气

6、宝洁Rakona

❒Rold(意大利 Cerro Maggiore):这家拥有240名员工的企业,主要生产洗衣机和洗碗机锁定系统。作为“灯塔网络”中唯一一家中小型企业,Rold 使用智能手表、快速成型和数字仪表板等第四次工业革命技术,成功将营业额提升7%~8%。

8、西门子工业自动化产品

1、拜耳生物制药

3、海尔

中国5家“灯塔工厂”:

❒塔塔钢铁(位于荷兰艾默伊登的工厂):这座大型工厂拥有9000名员工,它始终坚持以人为本,特别设立了高级分析学院,协助工作人员提出有利于减少废弃物、改进生产过程质量和可靠性的解决方案,令工厂财务状况大有改善。

此外,基于博世生产系统和工业4.0,博世无锡制定了全面升级战略路线图,该战略路线图包括覆盖整个价值链的40多个项目,例如关于条件监测的多个应用实例,一个优化设施能源消耗的系统,使用RFID技术进行备件跟踪,数据挖掘提高一次通过率,针对不同场合的负载均衡,动态瓶颈分析,并利用智能眼镜为操作员提供指导,进一步发展混合现实的实际应用。

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