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制造業的未來

作者:918博天堂在线來源:918博天堂在线浏覽:1时间:2018-06-09 09:17:02字體:[ ]

自工業革命爆發以來,技術進步推動了工業生産力的大幅提升。十九世紀由蒸汽機驅動的工廠,電氣化導致了二十世紀早期的大規模生産,並且工業在二十世紀七十年代變成了自動化。然而,在接下來的幾十年裏,工業技術進步只是漸進的,尤其是與IT,移動通信和電子商務轉型的突破相比。

然而,現在918博天堂在线 正處在技術進步的第四浪潮中:被稱爲工業4.0的新型數字工業技術的興起,這種轉變由九項基礎技術進步驅動。(見圖1)在這個轉型過程中,傳感器,機器,工件和IT系統將沿價值鏈連接到一個生態系統。這些連接的系統(也稱爲網絡物理系統)可以使用標准的基于互聯網的協議進行交互,並分析數據以預測故障,自行配置和適應變化。工業4.0將能夠收集和分析機器間的數據,實現更快,更靈活和更高效的流程,以降低成本生産更高質量的産品。這反過來又會提高制造業生産率,轉變經濟,促進工業增長,並改變勞動力狀況-最終改變公司和地區的競爭力。

今天本文譯者帶來的是BCG的工業4.0及制造業的報告,和大家一起討論作爲工業4.0構建模塊的九項技術趨勢,以及它們爲制造商和生産設備供應商帶來的潛在技術和經濟效益。本文使用了德國相關的案例研究,這是公認的工業自動化領域的世界領先者。

技術進步的九大支柱

工業4.0基礎技術的九大技術進步已經在制造業中得到了應用,但工業4.0將會改變生産:隔離的,優化的單元將成爲一個完全集成,自動化和優化的生産流程,引領提高效率並改變供應商,生産商和客戶之間,以及人與機器之間的傳統生産關系。(見圖2)

大數據和分析

基于大數據集的分析直到最近才在制造業中出現,它優化了生産程序,節約了能源並改善了設備服務。在工業4.0的背景下,來自許多不同來源(生産設備和系統以及企業和客戶管理系統)的數據的收集和綜合評估將成爲支持實時決策的標准。

例如,半導體制造商英飛淩科技公司通過將生産過程結束時測試階段捕獲的單芯片數據與該過程早期晶圓狀態階段收集的過程數據相關聯,減少了産品故障。通過這種方式,英飛淩可以識別在生産過程早期幫助排出故障芯片並提高生産質量。

自主機器人

許多行業的制造商長期以來一直使用機器人來處理複雜的任務,但機器人正在不斷發展以獲得更大的應用。他們變得更加自主,靈活和合作。最終,他們將互相交流,並與人類並肩安全地工作,並向他們學習。這些機器人將比現在制造中使用的機器人成本更低,功能範圍更廣。

例如,歐洲機器人設備制造商Kuka提供了可以相互作用的自動機器人。這些機器人是相互聯系的,以便他們可以一起工作並自動調整行動,以適應下一個未完成的産品。高端傳感器和控制單元可與人類密切合作。同樣,工業機器人供應商ABB正在推出名爲YuMi的雙臂機器人,該機器人專門用于與人類組裝産品(如消費電子産品)。兩個填充手臂和計算機視覺允許安全的互動和零件識別。

模擬

在工程阶段,已经使用了产品,材料和生产工艺的三维仿真,但是在未来,仿真也将在工厂运行中得到更广泛的应用。这些模擬将利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。这允许操作员在物理转换之前测试和优化虚拟世界中下一个产品的机器设置,从而缩短机器设置时间并提高质量。

例如,西门子和一家德国机床供应商开发出一种虚拟机,可以使用物理机器的数据来模擬零件加工。这将实际加工过程的设置时间缩短了80%

水平和垂直系統集成

今天的大多數IT系統都沒有完全集成。公司,供應商和客戶很少緊密聯系。工程,生産和服務等部門也不例外。從企業到車間層面的功能沒有完全整合。即使是工程設計本身-從産品到工廠到自動化-都缺乏完整的集成。但隨著工業4.0,隨著跨公司,通用數據集成網絡的發展並實現真正自動化的價值鏈,公司,部門,功能和能力將變得更加緊密。

例如,DassaultSystèmes和BoostAeroSpace爲歐洲航空航天和國防工業推出了一個協作平台。該平台AirDesign作爲設計和制造協作的通用工作空間,並作爲私有雲上的服務提供。它管理著在多個合作夥伴之間交換産品和生産數據的複雜任務。

工業互聯網

今天,只有一些制造商的傳感器和機器聯網並利用嵌入式計算。它們通常組建在一個垂直自動化金字塔中,其中傳感器和具有有限智能的自動化現場設備和自動化控制器供應到總體制造過程控制系統。但隨著工業物聯網的發展,更多的設備(有時甚至包括未完成的産品)將通過嵌入式計算進行豐富並使用標准技術進行連接。這使得現場設備可以根據需要進行通信並相互交互並與更集中的控制器進行交互。它還分散了分析和決策,實現了實時響應。

Bosch Rexroth是一家驱动和控制系统供应商,为半自动化,分散式生产流程的阀门提供生产设备。产品通过射频识别代码进行识别,工作站“知道”每个产品必须执行的制造步骤,并且可以适应执行特定的操作。

網絡安全

目前许多公司仍然依靠不连接或封闭的管理和生产系统。随着工业4.0带来的连接性和标准通信协议的增加,保护关键工业系统和生产线免受網絡安全威胁的需求大幅增加。因此,安全可靠的通信以及机器和用户的复杂身份和访问管理至关重要。

去年,几家工业设备供应商通过合作或收购与網絡安全公司合作。

雲端

有公司已經在一些企業和分析應用中使用基于雲的軟件,但隨著工業4.0,更多與生産有關的企業將需要增加跨站點和公司邊界的數據共享。同時,雲技術的性能將得到改善,反應時間僅需幾毫秒。因此,機器數據和功能將越來越多地部署到雲中,爲生産系統提供更多的數據驅動服務。即使是監視和控制流程的系統也可能變成基于雲。

添加劑制造(3D打印)

公司剛剛開始采用增材制造,如3D打印,他們主要用于原型和生産單個組件。隨著工業4.0,這些添加劑制造方法將被廣泛用于生産小批量的定制産品,提供建築優勢,如複雜,輕量級的設計。高性能,分散式增材制造系統將減少運輸距離和庫存。

例如,航空航天公司已經在使用增材制造來應用新設計,以降低飛機重量,降低其原材料(如钛)的開支。

增強現實

基于增強現實的系统支持多种服务,例如选择仓库中的零件以及通过移动设备发送修复指令。这些系统目前还处于初级阶段,但未来公司将更广泛地使用增強現實技术,为工作人员提供实时信息以改进决策制定和工作流程。

例如,工作人员可能会收到有关如何在查看需要修理的实际系统时更换特定零件的维修说明。这些信息可以使用增強現實眼镜等设备直接显示在工作人员的视野中。

另一个应用是虚拟培训。西门子为其Comos软件开发了虚拟工厂-操作员培训模块,该模块使用逼真的基于数据的3-D环境和增強現實眼镜来培训工厂人员处理紧急情况。在这个虚拟世界中,操作员可以通过点击网络代表学习与机器交互。他们还可以更改参数并检索运行数据和维护说明。

工業4.0的影響

基于工業4.0元素的競賽已經在歐洲,美國和亞洲的公司之間進行。

量化影響:以德國爲例

爲了對工業4.0潛在的全球影響進行量化的理解,918博天堂在线 分析了德國的制造業前景,並發現技術進步的第四次浪潮將帶來四個方面的好處:

生産率。在未來的五到十年內,工業4.0將會被更多的公司所接受,從而將德國所有制造業的生産力提高900億歐元到1500億歐元。轉化成本的生産率提高將排除材料成本,從15%到25%不等。當材料成本考慮在內時,生産率將提高5%到8%。這些改進會因行業而異。例如,工業零部件制造商將取得一些最大的生産力提升(20%至30%),汽車公司預計將增加10%至20%。(見附件3)

收入增長。工業4.0也將推動收入增長。制造商對增強型設備和新數據應用的需求,以及消費者對越來越多定制産品的需求將推動每年約300億歐元的額外收入增長,即德國GDP的大約1%。

就業。在918博天堂在线 對工業4.0對德國制造業影響的分析中,918博天堂在线 發現它刺激的增長將導致未來十年就業人數增加6%。(見圖4)同時,對機械工程領域員工的需求可能會進一步增加-高達10%。但是,需要不同的技能。在短期內,實現更大自動化的趨勢將取代一些執行簡單重複任務的低技能勞動者。與此同時,越來越多地使用軟件,連接和分析將增加對具有軟件開發和IT技術能力的員工的需求,例如具有軟件技能的機電一體化專家。(機電一體化是一個由多個工程學科組成的工程領域。)這種能力轉變是未來的關鍵挑戰之一。

投資。918博天堂在线 估計,調整生産流程以納入工業4.0將需要德國生産商在未來十年投資約2500億歐元(約占制造商收入的1%至1.5%),德國的預計收益顯示了工業4.0對全球制造業的潛在影響。工業4.0將對生産者及其勞動力以及提供制造系統的公司産生直接影響。

生産者

下一波制造將影響生産商從設計到售後服務的整個價值鏈:

沿著價值鏈,生産流程將通過集成的IT系統進行優化。因此,今天的孤島制造單元將被全自動化的集成生産線所取代。

産品,生産過程和生産自動化將通過一個綜合過程並通過生産商和供應商的協作來設計和調試。物理原型將被減少到絕對最小值。

工業4.0允許更快地響應客戶的需求,它提高了生産過程的靈活性,速度,生産力和質量。它爲采用新的商業模式,生産流程和其他創新奠定了基礎。隨著更多的工業生産商投資于工業4.0技術來增強和定制他們的産品,這將實現新的大規模定制水平。

制造系統供應商

随着制造商要求其工厂中具有工业4.0功能的机器和系统的更大连接性和相互作用,制造系統供應商将不得不扩大IT在其产品中的作用。这些变化可能包括在云中和嵌入式设备上部署功能更强大的模块化功能。随着系统的整体功能和复杂性的增加,需要更多的决策分配。此外,用于下载软件和协作伙伴关系的在线门户可以提供更灵活和适应性更强的设备配置。自动化架构也将针对不同的使用情况发展。供应商将不得不为这些情况做好准备并支持这些转变。

工業自動化供應商和大多數機床制造商已經建立了重要的軟件開發能力-但工業4.0將需要更多。此外,這些供應商將不得不與不斷增長的與車間和生産相關的應用程序和數據驅動服務市場的IT企業進行競爭。

机器,产品,零件和人员之间不断增长的互联性也将需要新的国际标准,以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尚处于起步阶段,但正在被传统标准化机构和新兴财团所推动。德国的Plattform Industrie 4.0是第一个驱动因素,但是由制造业,互联网,IT和电信公司于2014年3月创立的美国工業互聯網联盟(IIC)已经成为一个突出的选择。随后,德国成立了一个新机构Dialogplattform Industrie 4.0,以抵消IIC的强大地位。其他几个标准化组织在该领域有雄心壮志。战略性地选择参与这些机构和其他机构,积极塑造标准化议程对于制造系統供應商来说至关重要。

前面的道路

行業和國家將以不同的速度和方式采用工業4.0。具有高水平産品變體的行業,如汽車和食品和飲料行業,將受益于更大程度的靈活性,從而可以提高生産力,例如,需要高品質的行業,如半導體和制藥將受益于減少錯誤率的數據分析驅動的改進。

生産者和系统供应商必须采取果断行动,积极塑造转型,以拥抱技術進步的九大支柱。他们还必须解决适应基础设施和教育的需要。

生産者优先事项并提升员工素质

生産者必须在他们的生产过程中确定优先级,并提高员工的能力,具体如下:

确定关键的改进领域,如灵活性,速度,生产力和质量。然后,考虑技術進步的九大支柱如何推动指定地区的改善。避免陷入渐进式方法;相反,考虑由九种技术的组合所带来的更多基本变化。

分析對員工的長期影響,並進行戰略性員工隊伍規劃。調整角色,招聘和職業培訓,爲員工提供所需的額外IT技能。

雖然這些改進已經對現有工業具有巨大的潛力,但新興領域可以使用工業4.0技術來使用創新的工廠布局和生産工藝來破壞現有的標准。

供應商必須利用(Leverage)的技術

制造系統供應商需要了解他们如何在新的使用案例中使用技术,为客户提供最大的利益。这些技术可以用于不同的产品,如增强联网嵌入式系统和自动化,开发新的软件产品以及提供分析驱动服务等新服务。为了建立这些能力,他们必须建立正确的基础:定義哪種業務模式可用于增強或新增優惠。建立技術基礎,例如分析工具基礎。建立正確的組織結構和能力。發展在數字世界中至關重要的夥伴關系同時,系統供應商需要爲長期行業發展構建一個基于情景的願景,並確保他們的戰略爲最可能發生的情況做好准備。基礎設施和教育必須適應生産商和供應商必須努力適應基礎設施和教育,因爲他們擁抱工業4.0的技術。這最好通過政府,行業協會和企業的共同努力來實現以下目標:升級技術基礎設施,如固定和移動寬帶服務。基礎設施必須快速,安全和可靠,足以讓公司依靠它來獲得近實時數據。修改學校課程,培訓和大學課程,並加強創業方法,提高員工的IT相關技能和創新能力。工業4.0爲創新型生産商,系統供應商和整個地區提供了巨大的機遇。但是,與以前的轉型發展一樣,工業4.0也對落後者構成嚴重威脅。隨著商業模式,經濟和技能要求的轉變,918博天堂在线 可以看到公司和地區層面的重大變化。

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