當(dāng)談?wù)摴I(yè)4.0的時(shí)候，我們?cè)谡務(wù)撌裁?/h1>
2015-05-16 01:54:56雷龍
華東科技 2015年4期
文 雷龍
當(dāng)談?wù)摴I(yè)4.0的時(shí)候，我們?cè)谡務(wù)撌裁?/p>
文 雷龍
第四次工業(yè)革命與前三次的區(qū)別究竟在哪兒？從累積資本到不得不改革的舊模式，到需求至上，網(wǎng)絡(luò)智慧的新時(shí)代，本質(zhì)上經(jīng)歷的變化不僅僅是“數(shù)字化”這么簡(jiǎn)單。
“工業(yè)4.0”這個(gè)概念自2013年4月在德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上被正式提出之后，受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注和追捧，但我們?cè)噲D去理解什么是工業(yè)4.0的時(shí)候，卻發(fā)現(xiàn)如同陷入了一團(tuán)云霧之中，一個(gè)概念導(dǎo)向更多的概念，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、信息物理融合系統(tǒng)（CPS）讓聽(tīng)者在恍惚之中覺(jué)得什么東西正在到來(lái)，而這件事物將引發(fā)我們所熟悉世界的巨變。在這個(gè)不乏奇跡的年代，或許應(yīng)當(dāng)自問(wèn)，當(dāng)我們?cè)谡務(wù)摴I(yè)4.0的時(shí)候，我們?cè)谡務(wù)撌裁矗?/p>
革命？蛻變？還是噱頭？
許多人把工業(yè)4.0直接理解為第四次工業(yè)革命，第一次工業(yè)革命是利用水力及蒸汽的力量作為動(dòng)力源，第二次工業(yè)革命則使用電力為大量生產(chǎn)提供動(dòng)力，第三次工業(yè)革命則是使用電子設(shè)備及信息技術(shù)來(lái)增進(jìn)工業(yè)制造的自動(dòng)化，而第四次工業(yè)革命，有些媒體以信息物理融合系統(tǒng)（下簡(jiǎn)稱為CPS）作為它的主要特征。那CPS自身的特征是什么呢？
作為CPS的物理基礎(chǔ)，即插即用、無(wú)線通信、傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的普及和發(fā)展，使得數(shù)據(jù)傳輸更加便捷和不受局限，也使我們能從更多角度、更大范圍、更高數(shù)量級(jí)上挖掘數(shù)據(jù)；如此的數(shù)據(jù)富集包含了更多的相關(guān)性，我們得到的不再是零件或產(chǎn)品的單一屬性數(shù)據(jù)，而是一個(gè)可以更完整地描述零件、產(chǎn)品和制造過(guò)程的信息集合，這個(gè)集合將不僅僅反映其現(xiàn)有物理屬性，還能通過(guò)處理，反映人類所能直觀感受到的零件或產(chǎn)品健康狀態(tài)；我們將能脫離時(shí)間和空間局限，在虛擬空間里完成物理制造系統(tǒng)的高度復(fù)制和仿真，對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行分析、評(píng)估，對(duì)其性能作出預(yù)測(cè)。
對(duì)人類參與者而言，我們得到的不再是難以理解的原始數(shù)據(jù)。信息將通過(guò)更加合理地編排和整理，以圖表、模型和方針等形式呈現(xiàn)在生產(chǎn)參與者面前，以利于參與者的理解和決策，生產(chǎn)者可以更加直觀地了解生產(chǎn)狀態(tài)，制造系統(tǒng)也可以更加方便地得到人腦知識(shí)的協(xié)助；通過(guò)以上各環(huán)節(jié)的承接和協(xié)同，以CPS為基礎(chǔ)的制造系統(tǒng)將擁有之前制造系統(tǒng)所不具備的自我配置能力：針對(duì)彈性需求的自構(gòu)造能力、針對(duì)生產(chǎn)變量的自適應(yīng)能力、針對(duì)擾動(dòng)的自優(yōu)化能力。
如果從這個(gè)角度看，CPS所針對(duì)的依舊是電子設(shè)備和信息技術(shù)的提升，換句話說(shuō)，與其稱之為第四次工業(yè)革命，不如說(shuō)它是第三次工業(yè)革命的余波。作為參與提出工業(yè)4.0概念的寶馬集團(tuán)，也贊同這一看法，對(duì)于它們而言，這并不是一次革命，而是“符合其邏輯的下一步”。
一個(gè)成熟的CPS，是用網(wǎng)絡(luò)將帶有物理輸入和輸出的各個(gè)元素連接起來(lái)，而這些元素，比起一臺(tái)臺(tái)獨(dú)立設(shè)備，這些元素之間可以相互影響和配合。我們討論的不再是單臺(tái)設(shè)備的推力、行程、重復(fù)精度、負(fù)載，而是整個(gè)系統(tǒng)的精準(zhǔn)、協(xié)調(diào)、效率和執(zhí)行力等等更加接近于人的概念。我們?cè)谟懻摳鞣N各樣的工業(yè)發(fā)展方向，冠以工業(yè)4.0或者其他名號(hào)，然后宣稱這些愿景將在未來(lái)10年到20年變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。但實(shí)際發(fā)生的，是一場(chǎng)緩慢的蛻變，其目的是使整個(gè)制造系統(tǒng)更加適應(yīng)人類的需求和思考方式。
生產(chǎn)活動(dòng)的參與者將會(huì)面對(duì)怎樣一個(gè)制造系統(tǒng)？
在討論工業(yè)4.0和其他類似的概念的時(shí)候，我們用了太多的宏觀詞匯，來(lái)描述這個(gè)可能發(fā)生的行業(yè)變化和可能帶來(lái)的世界變化。那么對(duì)于生產(chǎn)活動(dòng)的具體參與者而言，他們從主觀上會(huì)面對(duì)什么改變呢？
首先，機(jī)器、零件和產(chǎn)品都不再沉默。零件運(yùn)輸設(shè)備、裝配工位和產(chǎn)品檢測(cè)都將擁有自己完善的傳感器和動(dòng)作執(zhí)行系統(tǒng)，操作者和智能工廠都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與之進(jìn)行溝通，從而掌握所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)信息。
其次，參與者不再面對(duì)單一制造系統(tǒng)。除了實(shí)體制造系統(tǒng)之外，他將面對(duì)由實(shí)體制造系統(tǒng)衍生、復(fù)制出的虛擬“孿生設(shè)備”，通過(guò)“孿生設(shè)備”，參與者可以預(yù)先了解制造系統(tǒng)對(duì)于需求改變的響應(yīng)，并對(duì)制造系統(tǒng)的改造和擴(kuò)張有接近現(xiàn)實(shí)的規(guī)劃。
第三，參與者不必指導(dǎo)具體生產(chǎn)流程。通過(guò)制造系統(tǒng)的自我配置，它們可以進(jìn)行一定程度上的自我決策，參與者無(wú)需了解到具體使用了什么樣的生產(chǎn)線路，無(wú)需了解具體的零件流向和產(chǎn)品源頭。
第四，參與者將更多精力用于輔助認(rèn)知和診斷決策。數(shù)據(jù)將被及時(shí)地收集、分析并給出衍生預(yù)測(cè)，參與者將從繁重的數(shù)據(jù)處理中慢慢抽身，并能夠更直觀地進(jìn)行認(rèn)知和診斷。
此外，在提高工廠適應(yīng)性所做的投資會(huì)變得更小。在高度模塊化和柔性化的系統(tǒng)組件推廣下，參與者可以根據(jù)需求方便地對(duì)整個(gè)制造系統(tǒng)進(jìn)行更改或擴(kuò)展。
最后，客戶需要直接決定了制造系統(tǒng)的下一步動(dòng)作。所有的計(jì)劃環(huán)節(jié)將被縮減和壓縮，信息物理融合系統(tǒng)、參與者和智能工廠將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接面向客戶，提供服務(wù)。
德國(guó)是最先提出工業(yè)4.0概念的，但它們也是在追求這個(gè)概念的人中最為冷靜和務(wù)實(shí)的
這些離我們有多遠(yuǎn)?
在前面幾個(gè)問(wèn)題中，我們作出了許多假設(shè)，那么工業(yè)4.0及其他類似概念所描繪的這些愿景，離我們究竟有多遠(yuǎn)呢？我們無(wú)法作出預(yù)測(cè)，也無(wú)法給出定義來(lái)說(shuō)明什么一種狀態(tài)才算是到達(dá)了工業(yè)4.0。對(duì)于已經(jīng)作出的愿景，我們可以分析，我們?yōu)榱俗非筮@些目標(biāo)，需要作出何種努力？
德國(guó)是最先提出工業(yè)4.0概念的，但他們也是在追求這個(gè)概念的人中最為冷靜和務(wù)實(shí)的，善于在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)用新技術(shù)，敢于在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)驗(yàn)新技術(shù)，是奠定工業(yè)4.0戰(zhàn)略的基石；雖然之前所說(shuō)，我們的努力方向是使制造系統(tǒng)更加適應(yīng)人類的思考方式，但這并不意味著生產(chǎn)參與者作用的下降，隨著工業(yè)系統(tǒng)的升級(jí)，生產(chǎn)參與者正在從一個(gè)操作者、實(shí)施者向診斷者、建議者的方向轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)參與者自身素質(zhì)的提高和技能的積累將更加重要；如之前所說(shuō)，我們的努力方向也是使制造系統(tǒng)更加適應(yīng)人類的需求，那我們努力的方向便是通過(guò)信息技術(shù)的輔助來(lái)優(yōu)化、壓縮、整合計(jì)劃環(huán)節(jié)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)了解、分析、細(xì)化客戶的需求，將整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，從黑箱中取出，變得越來(lái)越透明，使之每一個(gè)動(dòng)作都因客戶的需要而響應(yīng)。
工業(yè)4.0及其他類似概念所預(yù)示的是一個(gè)高度靈活化的需求導(dǎo)向的生產(chǎn)模式，這意味著原有產(chǎn)業(yè)鏈的離析和重組，而不同規(guī)模的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)于工業(yè)4.0的接受程度和執(zhí)行程度也不可能完全相同，既得利益者也會(huì)抵觸這些改變。但這也是在從另一種角度去尋找和驗(yàn)證工業(yè)生產(chǎn)向工業(yè)服務(wù)轉(zhuǎn)變的有效途徑，從而使其最終發(fā)展成一種改變世界人類生活方式的新服務(wù)形式。
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“工業(yè)4.0”這個(gè)概念自2013年4月在德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上被正式提出之后，受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注和追捧，但我們?cè)噲D去理解什么是工業(yè)4.0的時(shí)候，卻發(fā)現(xiàn)如同陷入了一團(tuán)云霧之中，一個(gè)概念導(dǎo)向更多的概念，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、信息物理融合系統(tǒng)（CPS）讓聽(tīng)者在恍惚之中覺(jué)得什么東西正在到來(lái)，而這件事物將引發(fā)我們所熟悉世界的巨變。在這個(gè)不乏奇跡的年代，或許應(yīng)當(dāng)自問(wèn)，當(dāng)我們?cè)谡務(wù)摴I(yè)4.0的時(shí)候，我們?cè)谡務(wù)撌裁矗?/p>
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作為CPS的物理基礎(chǔ)，即插即用、無(wú)線通信、傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的普及和發(fā)展，使得數(shù)據(jù)傳輸更加便捷和不受局限，也使我們能從更多角度、更大范圍、更高數(shù)量級(jí)上挖掘數(shù)據(jù)；如此的數(shù)據(jù)富集包含了更多的相關(guān)性，我們得到的不再是零件或產(chǎn)品的單一屬性數(shù)據(jù)，而是一個(gè)可以更完整地描述零件、產(chǎn)品和制造過(guò)程的信息集合，這個(gè)集合將不僅僅反映其現(xiàn)有物理屬性，還能通過(guò)處理，反映人類所能直觀感受到的零件或產(chǎn)品健康狀態(tài)；我們將能脫離時(shí)間和空間局限，在虛擬空間里完成物理制造系統(tǒng)的高度復(fù)制和仿真，對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行分析、評(píng)估，對(duì)其性能作出預(yù)測(cè)。
對(duì)人類參與者而言，我們得到的不再是難以理解的原始數(shù)據(jù)。信息將通過(guò)更加合理地編排和整理，以圖表、模型和方針等形式呈現(xiàn)在生產(chǎn)參與者面前，以利于參與者的理解和決策，生產(chǎn)者可以更加直觀地了解生產(chǎn)狀態(tài)，制造系統(tǒng)也可以更加方便地得到人腦知識(shí)的協(xié)助；通過(guò)以上各環(huán)節(jié)的承接和協(xié)同，以CPS為基礎(chǔ)的制造系統(tǒng)將擁有之前制造系統(tǒng)所不具備的自我配置能力：針對(duì)彈性需求的自構(gòu)造能力、針對(duì)生產(chǎn)變量的自適應(yīng)能力、針對(duì)擾動(dòng)的自優(yōu)化能力。
如果從這個(gè)角度看，CPS所針對(duì)的依舊是電子設(shè)備和信息技術(shù)的提升，換句話說(shuō)，與其稱之為第四次工業(yè)革命，不如說(shuō)它是第三次工業(yè)革命的余波。作為參與提出工業(yè)4.0概念的寶馬集團(tuán)，也贊同這一看法，對(duì)于它們而言，這并不是一次革命，而是“符合其邏輯的下一步”。
一個(gè)成熟的CPS，是用網(wǎng)絡(luò)將帶有物理輸入和輸出的各個(gè)元素連接起來(lái)，而這些元素，比起一臺(tái)臺(tái)獨(dú)立設(shè)備，這些元素之間可以相互影響和配合。我們討論的不再是單臺(tái)設(shè)備的推力、行程、重復(fù)精度、負(fù)載，而是整個(gè)系統(tǒng)的精準(zhǔn)、協(xié)調(diào)、效率和執(zhí)行力等等更加接近于人的概念。我們?cè)谟懻摳鞣N各樣的工業(yè)發(fā)展方向，冠以工業(yè)4.0或者其他名號(hào)，然后宣稱這些愿景將在未來(lái)10年到20年變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。但實(shí)際發(fā)生的，是一場(chǎng)緩慢的蛻變，其目的是使整個(gè)制造系統(tǒng)更加適應(yīng)人類的需求和思考方式。
生產(chǎn)活動(dòng)的參與者將會(huì)面對(duì)怎樣一個(gè)制造系統(tǒng)？
在討論工業(yè)4.0和其他類似的概念的時(shí)候，我們用了太多的宏觀詞匯，來(lái)描述這個(gè)可能發(fā)生的行業(yè)變化和可能帶來(lái)的世界變化。那么對(duì)于生產(chǎn)活動(dòng)的具體參與者而言，他們從主觀上會(huì)面對(duì)什么改變呢？
首先，機(jī)器、零件和產(chǎn)品都不再沉默。零件運(yùn)輸設(shè)備、裝配工位和產(chǎn)品檢測(cè)都將擁有自己完善的傳感器和動(dòng)作執(zhí)行系統(tǒng)，操作者和智能工廠都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與之進(jìn)行溝通，從而掌握所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)信息。
其次，參與者不再面對(duì)單一制造系統(tǒng)。除了實(shí)體制造系統(tǒng)之外，他將面對(duì)由實(shí)體制造系統(tǒng)衍生、復(fù)制出的虛擬“孿生設(shè)備”，通過(guò)“孿生設(shè)備”，參與者可以預(yù)先了解制造系統(tǒng)對(duì)于需求改變的響應(yīng)，并對(duì)制造系統(tǒng)的改造和擴(kuò)張有接近現(xiàn)實(shí)的規(guī)劃。
第三，參與者不必指導(dǎo)具體生產(chǎn)流程。通過(guò)制造系統(tǒng)的自我配置，它們可以進(jìn)行一定程度上的自我決策，參與者無(wú)需了解到具體使用了什么樣的生產(chǎn)線路，無(wú)需了解具體的零件流向和產(chǎn)品源頭。
第四，參與者將更多精力用于輔助認(rèn)知和診斷決策。數(shù)據(jù)將被及時(shí)地收集、分析并給出衍生預(yù)測(cè)，參與者將從繁重的數(shù)據(jù)處理中慢慢抽身，并能夠更直觀地進(jìn)行認(rèn)知和診斷。
此外，在提高工廠適應(yīng)性所做的投資會(huì)變得更小。在高度模塊化和柔性化的系統(tǒng)組件推廣下，參與者可以根據(jù)需求方便地對(duì)整個(gè)制造系統(tǒng)進(jìn)行更改或擴(kuò)展。
最后，客戶需要直接決定了制造系統(tǒng)的下一步動(dòng)作。所有的計(jì)劃環(huán)節(jié)將被縮減和壓縮，信息物理融合系統(tǒng)、參與者和智能工廠將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接面向客戶，提供服務(wù)。
德國(guó)是最先提出工業(yè)4.0概念的，但它們也是在追求這個(gè)概念的人中最為冷靜和務(wù)實(shí)的
這些離我們有多遠(yuǎn)?
在前面幾個(gè)問(wèn)題中，我們作出了許多假設(shè)，那么工業(yè)4.0及其他類似概念所描繪的這些愿景，離我們究竟有多遠(yuǎn)呢？我們無(wú)法作出預(yù)測(cè)，也無(wú)法給出定義來(lái)說(shuō)明什么一種狀態(tài)才算是到達(dá)了工業(yè)4.0。對(duì)于已經(jīng)作出的愿景，我們可以分析，我們?yōu)榱俗非筮@些目標(biāo)，需要作出何種努力？
德國(guó)是最先提出工業(yè)4.0概念的，但他們也是在追求這個(gè)概念的人中最為冷靜和務(wù)實(shí)的，善于在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)用新技術(shù)，敢于在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)驗(yàn)新技術(shù)，是奠定工業(yè)4.0戰(zhàn)略的基石；雖然之前所說(shuō)，我們的努力方向是使制造系統(tǒng)更加適應(yīng)人類的思考方式，但這并不意味著生產(chǎn)參與者作用的下降，隨著工業(yè)系統(tǒng)的升級(jí)，生產(chǎn)參與者正在從一個(gè)操作者、實(shí)施者向診斷者、建議者的方向轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)參與者自身素質(zhì)的提高和技能的積累將更加重要；如之前所說(shuō)，我們的努力方向也是使制造系統(tǒng)更加適應(yīng)人類的需求，那我們努力的方向便是通過(guò)信息技術(shù)的輔助來(lái)優(yōu)化、壓縮、整合計(jì)劃環(huán)節(jié)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)了解、分析、細(xì)化客戶的需求，將整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，從黑箱中取出，變得越來(lái)越透明，使之每一個(gè)動(dòng)作都因客戶的需要而響應(yīng)。
工業(yè)4.0及其他類似概念所預(yù)示的是一個(gè)高度靈活化的需求導(dǎo)向的生產(chǎn)模式，這意味著原有產(chǎn)業(yè)鏈的離析和重組，而不同規(guī)模的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)于工業(yè)4.0的接受程度和執(zhí)行程度也不可能完全相同，既得利益者也會(huì)抵觸這些改變。但這也是在從另一種角度去尋找和驗(yàn)證工業(yè)生產(chǎn)向工業(yè)服務(wù)轉(zhuǎn)變的有效途徑，從而使其最終發(fā)展成一種改變世界人類生活方式的新服務(wù)形式。
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