工業(yè)4.0所需要的9大類技術
更新時間：2025-02-26 點擊次數：157次
自工業(yè)革命以來，科技進步大幅推動了工業(yè)生產力的發(fā)展。蒸汽機的出現給19世紀工業(yè)革命提供了人力無法企及的物理動能。20世紀初，電力的普及讓大規(guī)模制造成為可能。1970年代，制造自動化技術讓工業(yè)生產效率大幅提升。這三次科技浪潮每一次都改變了工業(yè)生產的面貌，我們不妨將之稱為工業(yè)1.0、工業(yè)2.0和工業(yè)3.0。但此后，制造業(yè)卻放慢了發(fā)展腳步，與IT、移動通信和電子商務等劃時代的創(chuàng)新相比，近30年工業(yè)技術并沒有取得突破性的進展。
如今，我們終于迎來第四波工業(yè)創(chuàng)新浪潮，這就是工業(yè)4.0，它以9大類科技技術為基礎。在這次工業(yè)轉型中，傳感器、機器、工件和IT系統(tǒng)將在整條價值鏈上融合到一起。這種實體設備與互聯網相互連接的制造系統(tǒng)能對數據進行收集分析，對錯誤進行預判，并能不斷進行自我調整，從而適應不斷變化的環(huán)境。在生產效率方面，在未來5-10年，越來越多的公司將采用工業(yè)4.0技術，除生產資料以外的可變成本將降低15-25%，工業(yè)部件制造企業(yè)將獲得的生產效率提升（20-30%），例如汽車制造企業(yè)生產率將提高10-20%。工業(yè)4.0技術將大大提升制造效率，推動經濟轉型，改進勞動力就業(yè)結構，并最終改變公司乃至國家之間的競爭格局。業(yè)4.0的9大類技術中的很多技術其實已經應用在制造業(yè)中，但工業(yè)4.0技術將這些技術整合到一起，成為完整的生產流程，這將改變供應商、制造商和消費者之間的關系，以及人與機器之間的關系。對于制造領域，大數據分析還是新鮮事物，但它已經能幫助企業(yè)改進產品質量，節(jié)省能源并提高設備的性能。在工業(yè)4.0的環(huán)境下，對不同數據源（設備、系統(tǒng)和企業(yè)）進行收集和分析將成為未來企業(yè)進行實時決策的標準配備。半導體制造商收集生產過程中的數據，這幫助它在生產流程的早期預判出故障的芯片，從而提高生產質量。很多生產行業(yè)已經廣泛采用機器人進行生產，但今天的機器人技術變得更加強大。自動機器人不但更加靈活和智能，更可以在彼此之間進行溝通互動，甚至具備學習新技能的能力。這些新機器人不但在性能上遠超目前的工業(yè)機器人，更在成本上大大降低。機器人設備制造商提供生產的機器人就具備相互溝通的能力。這些機器人可以在一起合作，根據生產線上的工序調整自己的行動。這些機器人還搭載了的傳感器和控制單元，能與人類進行緊密的合作。ABB公司推出了雙臂機器人YuMi，它可以與工人肩并肩的工作，它們具備計算機視覺系統(tǒng)，不但可以識別零件，還能保證與人進行安全的互動。在工程設計領域，不少公司都采用了3D模擬技術來設計產品的結構和材料。未來，模擬技術將擴展到更廣的范圍。人們可以用實時數據來模仿物理世界，將新產品放入虛擬的生產環(huán)境中。在進行實際生產前，公司可以對這些新產品進行測試和優(yōu)化，從而減少設備裝配調試的時間并提高產品質量。西門子公司開發(fā)了一個虛擬機器系統(tǒng)，它可以通過真實數據對機器進行模仿。這個系統(tǒng)最多能減少設備裝配調試時間達80%。今天大部分公司的IT系統(tǒng)并未整合。公司、供應商和顧客常常是各自為戰(zhàn)。在企業(yè)內部，工程設計、生產和職能部門也往往相互隔絕。即便是工程設計這一環(huán)節(jié)，也沒有幾家公司能做到設計——制造——自動化的三點一線。但隨著工業(yè)4.0技術的發(fā)展，公司、部門和能力將成為更加緊密的整體，一條橫跨公司的數據網絡將讓價值鏈真正實現自動化。Dassault Systèmes和BoostAeroSpace為歐洲航天和國防工業(yè)搭建了名為AirDesign的合作平臺。該平臺搭建在私有云上，參與的合作伙伴可通過該平臺進行復雜的合作以及數據交換。目前內置傳感器和計算機的互聯產品數量仍有限。然而，隨著物聯網時代的到來，以及連接標準的統(tǒng)一，越來越多的產品將相互連接。屆時，身處不同地理位置的產品設備將能進行互動和溝通，并由處理器集中控制。物聯網將實現決策的去中心化，互聯設備能進行自動分析和決策，對環(huán)境變化進行實時反應。博世集團旗下的Rexroth公司推出一套自動生產系統(tǒng)。通過無線電編碼，不同位置的工作站可以感知每件產品需要進行的生產步驟，并自動執(zhí)行生產流程。隨著工業(yè)4.0時代的到來，原先相互隔絕的設備將相互連接，工業(yè)系統(tǒng)和生產線將連接成一體。到時，網絡安全的重要性將大幅提高。安全可靠的網絡通信以及身份辨別和接入管理系統(tǒng)將變得至關重要。去年，歐洲幾家大型工業(yè)設備制造商已經通過聯手和并購的形式與網絡安全公司進行了合作。很多企業(yè)已經開始使用職能和數據分析的云應用。未來更多的生產數據和功能將搭載在云端，為生產制造提供更多的數據相關服務。隨著技術的進化，未來的監(jiān)測和控制流程也可能會遷移到云上。目前一些企業(yè)已經開始采用3D打印技術，但大多數都處于試驗階段或用于制造獨立部件。未來3D打印技術將廣泛應用到小批量生產和大規(guī)模定制領域。3D打印技術將大大降低企業(yè)的庫存成本和物流成本。飛機制造企業(yè)已經開始使用3D打印技術降低飛機的重量，節(jié)省稀有材料如鈦的使用量。現實增強系統(tǒng)可以在很多方面協(xié)助工人生產，例如通過手持設備挑選倉庫中的配件或發(fā)送維修指令。這些系統(tǒng)目前還處在實驗期，但未來這些技術將為工人提供實時信息，幫助他們進行實時決策，改善生產流程。比如，未來工人可以裝備現實增強眼鏡等設備，當他們檢查一臺設備時，計算機就將故障原因和維修指南發(fā)送到工人的眼鏡上。另一種應用是虛擬訓練系統(tǒng)。西門子為Comos軟件開發(fā)了一套發(fā)電站虛擬操作訓練系統(tǒng)。操作人員佩戴現實增強眼鏡，訓練他們在緊急狀況下的操作。
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