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工业4.0=信息物理系统+智能工厂

来源:中为咨询www.zwzyzx.com 【日期:2016-07-07 09:31:18】【打印】【关闭】
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在德国工业4.0工作组的最终报告《工业4.0战略实施建议书》中给出了如下描述:“继机械化、电气化和信息化三次工业革命后,在工业领域采用物联网和务联网(InternetofThingsandservices)正在开启第四次工业革命。在工业领域,利用物联网和务联网将一切(资源、信息、物体、人)网络化的技术革新可以被称为第四次工业化,或者叫工业4.0”。

第四次工业革命:信息物理系统+工业


物理信息系统+智能工厂是工业4.0的核心

 
物联网及务联网和工业的连接媒介被称为信息物理系统CPS(Cyber-PhysicsSystem)。《工业4.0战略实施建议书》对信息物理系统的表述为:“信息物理系统是能够自动交换信息、触发操作和自主相互控制的智能机器、存储系统和生产设备的组合。”CPS是一个综合计算、网络和物理环境的复杂系统,通过计算、通信、控制技术的深度融合与协作,实现实时感知、动态控制和信息服务功能。CPS系统是工业4.0能够实现的保障,它一边是物联网和务联网的有机组成部分,是网络中的工业;而另一边是智能制造不可缺少的组成部分,是工业中的网络。

信息物理系统CPS连通网络和实体

 
而智能工厂可以说是工业4.0的核心。在工业4.0时代,工业成为了由智能机器、存储系统和自主感知和动作的生产设备组成的新型工业体系,这就是智能制造体系。由智能制造体系构成的生产单元就是智能工厂。罗兰贝格给出了工业4.0时代工厂(Factory4.0)的愿景图:由传感器、网络化的控制系统、机器人构成控制体系,由智能采购、先进制造技术、智能物流构成价值链体系,由云计算、大数据和控制系统构成分析体系,而这些体系利用信息物理系统结合在一起就形成智能工厂。

工业4.0时代的现实结构

 
革命性的三种融合
工业2.0的自动化是建立在大规模批量制造的基础上,高度的重复性是这种自动化的基础,一旦动作设定并持续运作,变更就极其困难;而工业3.0的信息化虽然能够实现信息的获取和处理,但是其信息化系统是彼此割裂的,企业与企业、部门与部门、流程与流程之间信息无法直接连通,必须通过人工进行协调。这样的工业体系注定无法应对用户异质性需求带来的柔性制造要求。

工业4.0的真正进步在于将现有先进技术通过智能化和网络化手段融合,形成新的工业形态。工业4.0通过融入智能使得自动化生产也能实现实时、灵活的任务变更和流程调整;通过融入网络使得原来彼此割裂的信息孤岛实现信息的无缝、无损、自动传递,从而使运营体系更加流畅。而工业4.0的可行性就在于它不是空中楼阁,是根植于现有工业技术和体系,但又将网络和智能融入其中。
《工业4.0战略实施建议书》中阐述了工业4.0首要的的三重融合:产业体系的横向融合、运营系统的点到点数字化融合、以及制造系统的纵向融合。这三重融合是工业4.0最为重要的进步。

工业4.0的三重融合

 
产业体系的横向融合就是将公司以及产业上下游的工厂以及客户通过工业互联网紧紧联系在一起。这使得客户与工厂关系更为紧密,能够更加详细地对客户所购物品进行定制和调整,从而满足客户高度个性化的需求。横向融合还使得工厂和工厂间的联络更加紧密,能够更快地对需求做出响应,市场供求信息更加通畅,价格也更加合理。同时横向融合还将物流也融入在网络之中,使得物流与信息流更紧密的结合,大大提升物流效率,降低成本。最后横向融合还将产业体系与数据企业、智能电网等其他企业联结起来,使工厂能够得到更为快速和自动化的支持服务。

工业4.0时代的智能工厂

 
运营系统的点对点数字化融合将打破原有各种管理系统之间的藩篱,将管理融为一体。原有的管理系统(如PLM、SCM、CRM等)之间由于信息格式不同等原因无法相互连通。比如SCM的信息往往无法直接传递给ERP系统,而需要通过人工录入,使得ERP系统的资源管理失去时效性。而工业4.0致力于利用面向服务的体系结构等理念将原来不能连通的管理系统连接起来。面向服务的体系结构能将应用程序的不同功能单元(称为服务)通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来,以一种统一和通用的方式进行交互。这样消除管理体系中的梗阻、重复、冲突和人为因素,企业管理将会更加顺畅和快速。

控制系统的纵向融合将实现扁平化的工业控制。现有运营管理是无法直接连接到制造设备的,ERP分配的任务必须由管理人员分配至车间,透过MES系统或车间管理人员传送至工控系统来控制制造设备。这样的工作流程是无法应对实时定制的客户订单带来的任务变更的,也无法使得订单为客户所见。工业4.0同样将利用面向服务的体系结构等理念,使得ERP、MES、工控能够互联互通并相互理解,使得制造设备能实时地执行ERP系统分配的任务,从而实现订单的可视化和“最后一秒”的变更。

第四次工业革命:信息物理系统+工业


物理信息系统+智能工厂是工业4.0的核心

 
德国工业4.0计划的制订者之一、德国弗劳恩霍夫协会(世界第一个工业研究所)研究所所长ThomasBauernhansl教授估计工业4.0的三大融合将使工业的总体价值创造表现提高30%到50%。其中存货成本将因减少了备用存货和消除需求失真而降低30%到40%;制造成本将因制造效率和员工灵活性提高降低10%到20%;运输成本将因高度自动化降低10%到20%;复杂性控制成本将因更宽的控制跨度和减少故障排查降低60%到70%;质量控制成本将因实时控制减少10%到20%;而维护成本将因备件优化、面向状态的维修、动态的优先排序等降低20%到30%。工业4.0将给工业成产带来实实在在的成本降低。

工业4.0三大融合带来显著的成本降低

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