工业4.0:制造业的未来

作者:幸运快三计划 发布时间:2020-07-08 17:13

  我们正处于技术进步的第四波:新的数字工业技术,被称为工业4.0。这一转变是由9个基本技术进步驱动的。

  自工业革命爆发以来,技术进步大大提高了工业生产力。19世纪蒸汽机驱动的工厂电气化导致20世纪初大规模生产,工业在20世纪70年代自动化..然而,在接下来的几十年里,工业技术的进步只是逐步的,特别是与IT移动通信和电子商务转型的突破相比。

  然而,我们正处于技术进步的第四波:新数字工业技术的兴起,被称为工业4.0,受到九项基本技术进步的推动。传感器工件和IT系统将沿价值链连接到生态系统(如图1)。这些连接系统(也称为网络物理系统)可以根据Internet协议使用标准交互和分析数据来预测故障、自我配置和适应变化。工业4.0将能够收集和分析机器之间的数据,以获得更快、更灵活和更有效的过程,以降低成本,生产更高质量的产品。这反过来又将增加制造业的生产率,改变经济,促进产业增长,改变劳动力状况-最终改变公司和地区的竞争力。

  今天,我们带来了BCG行业4.0和制造业的报告,讨论了工业4.0模块的9种技术趋势。他们给制造商和设备供应商带来了潜在的技术和经济效益。在本文中,德国的案例研究被认为是工业自动化领域的世界领先者。

  工业4.0基本技术的9项主要技术进步已应用于制造业,但工业4.0将改变生产:隔离优化单位将完全整合。自动化和优化的生产过程引导提高效率,改变供应商与客户之间的传统生产关系。(见图2)。

  基于大数据集的分析,直到最近才在制造业进行了优化。在工业4.0的背景下,生产设备、系统、企业和客户管理系统等数据的收集和综合评价将成为支持实时决策的标准。

  例如,半导体制造商Infeling技术公司(InfelingTechnology)通过在生产过程结束时捕获的单芯片数据与早期晶片状态收集的过减少了产品故障。这样,Infeling就可以识别故障芯片,并在生产过程的早期提高生产质量。

  许多行业的制造商长期使用机器人来处理复杂的任务,但机器人正在开发以获得更多的应用。他们变得更加灵活和合作。最后,他们将彼此沟通,与人类并肩工作,向他们学习。这些机器人将比现在制造的机器人更便宜。

  例如,欧洲机器人设备制造商Kuka提供了相互作用的自动机器人。这些机器人彼此接触,以便他们可以一起工作,自动调整他们的行动,以适应下一个未完成的产品。高端传感器和控制单位可以与人类密切合作.工业机器人供应商ABB正在推出一款名为Yumi的手臂机器人,该机器人专门用于与人类组装产品(如消费电子产品)。两个填充臂和计算机视觉允许安全的交互和部分识别。

  产品材料和生产过程的三维模拟已在项目阶段使用,但模拟也将在未来更广泛地应用于工厂。这些模拟将使用实时数据来反映虚拟模型中的物理世界虚拟模型可能包括机器产品和人类。这允许操作者在物理转换前测试和优化虚拟世界中下一个产品的机器设置,从而缩短机器的设置时间,提高质量。

  例如,Simanseng和一家德国机床供应商开发了一台虚拟机器,用于模拟零件加工。这缩短了实际处理过程的时间。

  今天的大多数IT系统还没有完全集成。供应商和客户之间几乎没有任何联系。项目生产和服务部门也不例外。从企业到车间的功能尚未完全集成。甚至项目设计本身-从产品到自动化-缺乏完整的整合。但随着工业4.0的发展和跨公司通用数据集成网络的真正自动化,公司的功能和能力将变得更加紧密。

  例如,为欧洲航空航天和国防工业推出了合作平台。该平台空气是设计和合作的一般工作空间,并为私人云服务提供。它管理了在多个合作伙伴之间交换产品和生产数据的复杂任务。

  今天,只有一些制造商的传感器和机器连接并使用嵌入式计算。它们通常是在垂直自动化金字塔中形成的,包括传感器和有限智能的自动化现场设备和自动化控制器,以提供整个制造过程控制系统。但是随着工业物联网的发展,更多的设备(有时甚至未完成的产品)将通过嵌入式计算丰富和使用标准技术来连接。这使得现场设备能够根据需要进行通信,并与更集中的控制器进行交互。它还分散了分析和决策,以实现实时响应.

  BoschRexroth是驱动和控制系统供应商,为半自动分散生产过程提供生产设备。产品通过射频识别代码识别工作站,了解每个产品必须执行的制造步骤,并适应具体操作。

  许多公司仍然依赖不连接或封闭的管理和生产系统。随着工业4.0连接和标准通信协议的增加,对关键工业系统和生产线的需求显著增加。因此,安全可靠的通信和机器和用户的复杂性和访问管理是非常重要的。

  一些公司已经在一些公司和分析应用中使用了基于云的软件,但随着行业4.0的增加,更多与生产相关的公司将需要在跨网站和公司边界增加数据共享。同时,云技术的性能只需几毫秒就能得到改善。因此,机器数据和功能将越来越多地部署到云中,为生产系统提供更多的数据驱动服务。即使是监控和控制过程的系统也可能成为基矗

  该公司刚刚开始使用材料增加,如3D打印,主要用于原型和单一组件的生产。随着工业4.0的发展,这些添加剂将被广泛应用于生产小批量定制产品,以提供建筑优势,如复杂的轻量级设计。高性能分散材料制造系统将降低运输距离和库存.

  基于加强现实的系统支持各种服务,如仓库部分的选择和移动设备的维修指令。这些制度仍处于起步阶段,但今后公司将更广泛地利用增强现实技术,为工作人员提供实时信息,以改进决策和工作流程。

  例如,当检查需要修理的实际系统时,工作人员可以接收特定部件的维护描述。这些信息可以通过增强真实的眼镜和其他设备直接显示在员工的视野中。

  另一个应用是虚拟培训。西门子开发了一个虚拟工厂-操作员培训模块,用于其Comos软件。该模块采用基于数据的3-D环境,增强现实眼镜,培训工厂人员处理紧急情况。在这个虚拟世界里,操作员可以通过点击网络来学习和互动。它们还可以更改参数并检索操作数据和维护描述。

  生产率。在接下来的五到十年里,工业4.0将被更多的公司所接受,这将使德国所有制造业的生产力增加900亿欧元至150亿欧元。转化成本的增加将排除材料成本从15%到25%之间的差异。当考虑到材料成本时,生产率将增加5%至8%。这些改进将因行业而异。例如,工业零部件制造商预计将增加10%至20%的生产力。(见附件3)。

  收入增长。工业4.0也将促进收入增长。对增强设备和新数据的需求以及消费者对更多定制产品的需求将增加每年约300亿欧元的额外收入。也就是说,德国国内生产总值的数量约为1%。

  找工作。在我们对工业4.0对德国制造业的影响的分析中,我们发现它的兴奋将在未来10年内增加6%。同时,对机械工程员工的需求可能进一步增加到10%。但它需要不同的技能。在短期内实现更自动化的趋势将取代那些执行简单重复任务的低技能工人。同时,越来越多的软件连接和分析将增加对具有软件开发和IT技术能力的员工的需求,如软件技能集成专家。机电一体化是一个由多个项目组成的项目领域.这种能力的转变是未来的关键挑战之一。

  投资。我们估计,在未来10年内,德国制造商将需要投资约250亿欧元(约占制造商收入的1%至1.5%)。德国的预期回报显示了工业4.0对全球制造业的潜在影响。工业4.0将直接影响制造商及其劳动力和提供制造系统的公司。

  价值链的生产过程将通过集成的IT系统进行优化。因此,今天的岛屿制造单位将被完全自动化的一体化生产线所取代。

  产品的生产过程和自动化将通过综合工艺和供应商的合作进行设计和调试。物理原型将降至绝对最小值。

  工业4.0允许更快地响应客户的需求。它提高了生产过程的灵活性、生产力和质量。它为新的商业模式的生产过程和其他创新奠定了基矗随着更多工业制造商投资于工业4.0技术,以提高和定制其产品,这将达到一个新的大规模定制水平。

  由于制造商要求具有工业4.0功能的机器和系统更连接、更相互作用,制造系统的供应商必须扩大IT在其产品中的作用。这些变化可能包括更强大的模块化功能,在云和嵌入式设备。随着系统整体功能和复杂性的提高,需要进行更多的决策分配。此外,用于下载软件和合作伙伴关系的在线门户可以提供更灵活和更舒适的设备配置。自动化结构也将用于不同的使用。供应商将不得不为这些情况做好准备和支持。

  工业自动化供应商和大多数机床制造商已经建立了重要的软件开发能力-但工业4.0将需要更多。此外,这些供应商将不得不与与车间和生产相关的应用程序和数据驱动服务市场的IT公司竞争。

  机器部件和人员之间日益增长的互联网也将需要新的国际标准来确定这些元素在未来的数字工厂中的相互作用。制定这些标准的努力仍处于起步阶段,但正被传统的标准化机构和新兴财团所推动。德国的平板电脑4.0是第一个驱动因素,但它是由制造互联网。IT和电信成立于2014年3月的美国工业互联网联盟(IIC)已成为一个突出的选择。然后,德国建立了一个新的机构,抵消IIC的强大地位。其他几个标准化的组织在这一领域是雄心勃勃的。战略选择参与这些机构和其他机构积极塑造标准化议程对制造系统供应商至关重要。

  工业和国家将以不同的速度和方式使用工业4.0。具有高水平产品变体的行业,如汽车和食品和饮料行业,将受益于更高水平的灵活性,以提高生产力,如高质量的行业。例如,半导体和药物将受益于数据分析驱动程序的改进,以降低误差率。

  生产者和系统供应商必须采取决定性行动,积极塑造拥抱技术进步的九大支柱。它们还必须满足基础设施和教育的需要。

  确定生产力和质量等关键改进领域。然后考虑如何促进指定地区的改进。避免陷入逐步的方法;相反,考虑到9种技术组合带来的更多基本变化。

  对员工的长期影响和战略人员的规划进行了分析.调整角色招聘和专业培训,为员工提供更多的IT技能。

  虽然这些改进给现有行业带来了巨大的潜力,但新兴部门可以利用工业4.0技术来破坏现有的工厂布局和生产技术。

  制造系统供应商需要了解如何在新的情况下使用技术,以最大限度地利用客户。这些技术可用于不同产品,如增强网络嵌入式系统和自动化,开发新的软件产品,并提供分析驱动服务。为了建立这些能力,必须建立正确的基矗

  同时,系统供应商需要为长期工业的发展建立基于场景的视野,并确保他们的策略为最可能发生的情况做好准备。

  制造商和供应商必须努力适应基础设施和教育,因为他们拥有工业4.0技术。最好通过政府行业协会和企业的联合努力来实现以下目标。

  升级技术基础设施,如固定和移动宽带服务。基础设施必须是快速、安全和可靠的,足以使公司更接近实时数据。

  工业4.0为创新型制造商、系统供应商和整个领域提供了巨大的机会。但与以往的转型和发展一样,工业4.0也对落后者构成了严重的威胁。随着商业模式经济和技能要求的变化,我们可以看到公司和地区的重大变化。

  作者:曾志红;转载请注明作者的姓名和来源:1亿欧元;作者的个人观点并不意味着1亿欧元同意或支持这一观点。

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