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工业4.0的系统是有生命的系统

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-04-24  浏览次数:203
核心提示:什么是工业4.0?就是全世界智能机器联合起来,为人类服务。这些智能机器还会联合它们的远亲近邻大数据云计算、RFID感应器家族、
 什么是工业4.0?就是全世界智能机器联合起来,为人类服务。这些智能机器还会联合它们的远亲近邻—大数据云计算RFID感应器家族、互联网、物联网、情境预测分析和决策软件等,一起形成“智能配件”、“智能设备”、“智能工厂”、“智能产业链”的工业集成生产。
        怎样理解这些智能子系统之间的关系?想象一下“俄罗斯套娃”,一个套一个,绵延不断,但都遵守共同标准、有相互兼容的界面和接口。
        它和今天的工业系统有什么区别?今天的系统是无生命的机械系统。工业4.0的系统是有生命的系统,因为它可以自我组织,包括自我配置物料,自我诊断、修复和保养。自打诺贝尔奖物理学家普利高津(IlyaPrigogine)用“自我组织”的原则去分析秩序和混沌之后,“自我组织”就成为判断系统是否有“生命”的基本标准。福斯特(HeinzvonFoerster)和维纳(NorbertWiener)用“自我组织”作为控制论(Cybernetics)的基本原则。而工业4.0的灵魂就在集成控制,虚拟信息和有形设备为一体。它的理想是,通过“信息论”、“系统论”、“控制论”,三论合一的设计,智能机器人、互联网、物联网、数据云结合在一起,嵌入(dded)到所有的物件中,形成智慧生产系统。
        让生产系统自动生产产品,它是智能机器联合时代的乌托邦。
        想象20年后的世界
        2034年4月,德国汉诺威工业博览馆。
        一位看似有脚疾的陌生中年人远远地向我的柜台走来。
        “汉斯先生,欢迎您!三年前在上海定制的自行车还好用吗?”十米开外,我的谷歌眼镜已经感应到他手里的智慧车锁钥匙,并且在我的眼前提示出欢迎词。别在我西装扣中的同声翻译器把我的问候用德文传递出去了。
        汉斯看了一眼手中的车锁钥匙,“我需要再订一辆,为了7月在法国的比赛。”话音刚落,扮成“星球大战”中的R2-D2模式的智能机器人已经将汉斯定制的车型立体投射在我们之间。我手中的平板电脑显示环法赛事的路况。结合汉斯左右脚力量差别,分析软件建议出针对山地、平地和雨天三款备用轮胎。汉斯是我们全球百万VIP客户之一。他的赛车的每个部分都是智能材料,要么有嵌入式条形码,要么有超微RFID感应器。汉斯点击了他的选择。一杯咖啡之后,中国总部已经把送货地点确认单发到汉斯手机上。他点击Paypal,我的支付宝也马上收到付款。
        同时,各个部件供应商通过有标准安全协议的云端伺服器收到订单,从自己的系统中调出对应编码的资料,汇总到物料控制中心的软件中。分析软件调出汉斯授权的德国医院脚部扫描图,根据他有残疾的脚型,优化脚踏板的图纸。车间内的“物联控制系统”CPS(Cyber-PhysicalSystems)向数控机床发出生产指令。
        CPS显示中国本厂的智能机器人已经到了维修保养日期,因此排不进备用轮胎的订单。跨国企业联盟ERP交换系统自动识别到美国和法国两家合作厂能够生产。智能物流端的分析软件综合发货期和配货成本,选择了法国合作厂的备胎。根据小批量定制轮胎的数据要求,法国合作厂的3D打印设备排期打印汉斯的三条备用轮胎。有趣的是,排在前面的是打印玩具,后面的是打印航空零件。它们互不干扰。
        当天,预期的物流要求已经发送到轮船货运和当地送货的合作企业的云端服务器。车进入集装箱之时,感应器和智慧条码将会自动发送确认指令,通知备胎厂在法国送货城市同步汇集。
        上面看似复杂的内外生产流程以可视化的界面清晰地储存在公司有安全级别的云端。我只要点击,就能看到完整的模块化的虚拟生产过程。这一切都发生在智能机器之间。它们根据过去20年不断完善的分析软件和合作模型自动组织完成上面的一切活动。
        三个月后,我恰巧在法国拜访合作企业。随身的华为智能手机推送一条建议:今天您所在的城市有VIP交货。他是汉斯先生,喜欢在比赛前来一颗比利时巧克力。我点击“巧克力”,显示200米处有著名的“伯纳德”店。
        一小时后,汉斯从赛地宾馆出来,惊喜地从我手里接过巧克力和停在广场上的新赛车。他不知道,除了买巧克力,我什么也没做。甚至收货的确认指令也都是在我的手机和他拿到的指纹识别车钥匙之间悄悄完成,只听到一声“嘀嘀”确认音乐。
        联合起来的智能机器干了这一切。
        上面流程纯属虚构。但是,它生动地体现出22年前的工业4.0理想蓝图。2012年,在德国汉诺威工业博览会上,德国博世(RobertBoschGmbH)的戴斯(SiegfriedDais)和德国科工院(acatech)的卡格曼(H.Kagermann)报告指出,未来20年,德国应该从工业3.0迈向4.0,一个集成自动化工厂、互联网、物联网的工业生态系统。它能够自我组织生产。
        从工业1.0到工业4.0
        1784年,用蒸汽机带动的英国纺织机代表着工业1.0阶段的开始。1870年,第一条电动生产流水线在美国投入使用,工业进入2.0。1969年,电子化和信息化开始进入工厂车间,工业进入3.0。工业3.0的成熟模式是智能机器人和自动化车间,德国西门子在安贝格的Simatic系列就是一个典型。它实现效率和灵活的统一,可以在几分钟内更改产品和工序。系统通过数据矩阵码扫描器和RFID芯片,采集产品信息,并加载到上位中央系统,确保数据一致性。它能自动发送邮件到品控部,为技术员提供维护信息,包括装配计划和故障诊断的信息清单。
        数字生产、无人工厂、智能工程等都是迈向智能机器全球联网、自我组织生产的每一步。工业4.0仍然是德国产学研界倡导的愿景,但正影响着全世界工业的发展。
        美国辛辛那提大学的李杰教授(JayLee)用6Cs概括工业4.0的特征:1)Connection。网络和感应器联系一切;2)Cloud。按需运营的云端数据;3)Cyber。分析、预测、情境决策模型调控;4)Content。有意义的事件信息和相关性信息(如汉斯的赛车);5)Community。社会和工业生产社区(如汉斯的备胎生产合作者);6)Customization。个性定制生产(如为汉斯设计的脚踏)。
        前面的三次工业革命,它们分别强调“降低成本”、“稳定质量”、“快速反应”。工业4.0更加注重建立一个能够自我测试、比较、分析、监控、预测、修复和保养的“自组织”工业乌托邦。它的影响已经体现在《中国制造2025》规划报告中。尚待认真讨论的是它对中国的社会影响。这将是我下一篇专栏的重点。
 
关键词: 工业4.0
 
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