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理解工业4.0的新视角--应用场景
来源:ENI经济和信息化网  作者:彭慧 2019-07-11 10:06:41
最能表达工业4.0精髓的是应用场景——“订单控制的生产”和“具有适配能力的工厂”。这两个场景是理解其他7个应用场景的基础。

最能表达工业4.0精髓的是应用场景——“订单控制的生产”和“具有适配能力的工厂”。这两个场景是理解其他7个应用场景的基础。

背景

自2013年4月德国正式推出工业4.0起,已过去六年左右的时间了。在国内,工业4.0这一名称,应该说是已深入内心,甚至加以发扬光大,曾经看到有农业4.0、教育4.0等的提法。看来,德国人将软件开发中常用的版本命名方法引入到工业革命的划分中,至少在市场推广上取得了相当大的成功。虽然近期国内工业4.0的风头被工业互联网所压制,但仍然是智能制造主题中不可缺少的盘中盛宴。

但对工业4.0这一术语内涵的理解,并未达成广泛的共识。非常有意思的是,大多数人都知道工业4.0指的是第四次工业革命,但具体到谁革了谁的命,谁消失了,谁被取代了,谁又出现了,却并没有一个很清晰具体的认识。

事实上,工业4.0官方在2013年的白皮书《确保德国制造业的未来——实施战略行动工业4.0的建议》中,给出的描述也比较粗犷。概言之,其认为将物和服务互联网(Internet of Things and Services)技术融入制造业,会对制造业的现状发生巨大的改变,这种改变的汇集,称之为第四次工业革命。

其原文表述是:

“在制造环境中,垂直网络化、端到端工程化,以及由越来越多智能产品和系统构成的跨越整个价值网络的水平集成,引发了工业化第四个阶段的到来——工业4.0”。这种改变,包含了生产组织方式、商业模式、法律法规等方方面面。

需要强调的是,工业4.0,目前还是对德国工业未来的愿景,是期待,是一场还未发生的、预计会发生革命。而且这种愿景,是一种基于直觉、想象力、逻辑推理、个人经验、专业背景、德国独特的社会环境等因数的定性的描述。这就为我们每一个人,对工业4.0的理解,留下了广阔的想象空间。所以,结合各自背景的不同,从不同角度给出对工业4.0理解,也属于正常现象了。

另外,德国人认为第四次工业革命,是工业革命的第四个阶段,既然是阶段,就应有累计效应,应该包容前三个阶段的成果,在没有明确什么不是工业4.0的前提下,国内实践中将机器换人、建设自动化生产线等现阶段技术已经相对成熟的工作,挂上工业4.0的标签,你也很难说其绝对有问题。事实上,在工业4.0发源地的德国,同样也存在这样的问题。在工业4.0平台的官网上,就赫然列出近200个的使用案例。

2013年白皮书的发布,标志着工业4.0作为德国国家战略已经成熟。既然是一种战略,要求其描述具体、精准,显然是一种苛求。需要强调的是,说工业4.0是一种战略,是因为,其并没有给出清晰的技术实现途径。而没有能给出清晰的技术路线,是因为现有的集成技术、安全技术、商业模式以及法律法规等方面,还不足以支撑其战略的落地,要实现这种战略,还需要进行大量的方方面面的研发工作。

2016年1月工业4.0官方发布了报告《实施工业4.0战略》。个人认为,这个报告是工业4.0从战略计划转变为战术行动的一个阶段性成熟标志。报告的文字描述、内容的可读性、逻辑的连贯性、技术含量等,与2013年的报告相比高出了不少,拼凑的痕迹大为减少,同时也修正了某些不切实际的表述。大概是,执笔人更换的缘故,另外也是对问题的理解逐步深化的缘故。

其给出了工业4.0的定义如下:

术语工业4.0代表第四次工业革命,是与产品生命周期相对应的整个价值流的下一阶段的组织与控制方式。这个产品生产周期,是基于不断增加的个性化客户期望,范围从产品初始想法,订单,开发,生产,交付给终端用户,到回收以及相关服务。

这里的要点是,价值创造过程中涉及到的全部实体连入网络,全部相关信息可以实时获取,进而在所有时间都能获得最好的可行的价值流成为了可能。将人、对象与系统连接起来,会导致我们可以创建动态的、自组织的、跨机构范围的、实时优化的价值网络,这个价值网络可以依据一定范围内判据,如成本、资源的可用性以及资源的消耗等,进行优化。

2016年的工业4.0的定义,比2013年的定义,理解起来要容易一些。但对与普通读者,仍是比较困难的一件事。因为,工业4.0总体上看是技术驱动的战略模式,属于自顶向下的灌输,而不是自底向上问题导向的,对于从事具体工作的企业、非专业人士,看得见,摸不着,理解起来,确实困难。

在2016年,工业4.0的官方发布的工作报告《基于应用场景的研究路线图概貌》中给出了9个应用场景。当然提出这些应用场景,其目的是服务于工业4.0研究工作推进的需要,但同时也大开了普通读者进一步理解工业4.0的新视角。

工业4.0应用场景概述

2016年给出的应用场景,较之前相比增加到了9个,命名也发生了变化。近期变为了10个。

这9大应用场景如下:

● 订单控制的生产(OCP – Order-ControlledProduction)

● 具有适配能力的工厂(AF – Adaptable Factory)

● 自组织适应性物流(SAL – Self-organisingAdaptive Logistics)

● 基于价值的服务(VBS – Value-Based Services)

● 交付产品的透明性与适配能力(TAP – Transparency andAdaptability of delivered Products)

● 生产中对员工支持 (OSP – Operator Support inProduction)

● 用于智能生产的智能产品开发(SP2 – Smart Productdevelopment for Smart Production)

● 创新性产品开发(IPD – Innovative ProductDevelopment)

● 循环经济(CRE – Circular Economy)

这九大应用场景,基本上能够说清楚工业4.0,是什么,要做什么,要取代了什么,要研发什么样的新技术,现行法律法规要做出什么样的改变,对劳动力能力新需求,会取得什么样的益处,等等。这些应用场景,无论是数量上,内涵上,命名上,随着德国人的认识的不断深化,也处于不断的发展变化之中。

个人认为,最能表达工业4.0精髓的是应用场景——“订单控制的生产”和“具有适配能力的工厂”。这两个场景是理解其他7个应用场景的基础。为了避免误导读者,也是为了减轻读者查找原文带来的不便,首先给出原文翻译,请读者自行体会理解,个人认为,原文真的不好理解。之后,奉上自己的解读。出于篇幅的考虑,本文重点放在了“订单控制的生产”与“具有适配能力的工厂”这两个场景。

订单控制的生产

(OCP – Order-Controlled Production)

以下为报告的原文翻译,出于信息丢失而误导了读者的顾虑,尽可直译,读起来恐怕不那么顺畅,请读者见谅:

自治的且自动化的超出了工厂的边界的生产能力的互联,可以满足客户与市场需求。

当下许多产品以一种前所未有的速度不断地发生着变化。直到最近智能电话的显示屏仍旧是扁平的,然而,第一种曲面显示屏已经投入到市场中。当前,在汽车行业使用的材料系列,也在不断地扩展,从铝到高强度的钢乃至纤维增强塑料,许多种类型的材料都在被使用。

创新与产品周期,正变得越来越短,新的生产技术对制造公司带来了压力,促使它们做出越来越快的相应,做出快速的投资决策,无论是对消费品还是对资产品。为了能够应对这种趋势,避免较长的投资决策,公司应该启动超越公司边界的生产能力网络的强化工作。

① 关键点

订单控制的生产应用场景描绘了一种灵活的制造配置。拥有一个超出工厂与公司边界的生产能力与产能网络,该公司将能够快速适应一个不断变化的市场和订单条件,进而能够充分利用现有生产设施的能力和产能。在这种情形下,一个网络向该公司自己所属的其它工厂提供益处,被用于发挥公司投资组合(特别是在生产方面)的价值,以应对快速变化的客户与市场需求。特别地,制造链被依据各种参数,如成本与时间,进行了优化。

就其核心要点,订单控制的生产,一方面是基于单个工艺步骤的标准化,另一方面是基于生产设施能力的自描述性。标准化允许自动的订单计划、分配与执行,因而考虑到了所有的生产步骤和要求的设施。这有使得将单个的工艺模块更为灵活、比先前更早地组合起来成为可能,甚至领用了它们的特殊的能力。

在这方面,公司向其它公司提供它们的生产能力,因而增加了它们自己设备的利用率。其它公司可以按需访问这些能力,因而暂时扩展了它们自己的生产范围。这样做,可用生产能力得到更为有效的利用,订单的波动可能被平滑了。

目的是使将外部工厂连接到一个公司的生产过程中更为容易,尽可能自动化地。特别地,这之中的定单配置过程应当被自动执行。

② 对价值链的影响

今天的相对刚性而分离的价值链上的公司间的协商关系,将被转换为一种相当碎片化的动态的价值链网路,它可以依据单个订单的需要发生变化。这既在水平方向上应用到了整个制造过程,也在垂直方向应用到了生产的涉及到的深度。制造公司将焦点放在了增值的步骤上,这使得它们有别于其他的竞争者。

创建快速且全球化的客户—制造商关系,可能会导致不可预期的竞争情况,因为公司可以从订单到订单地改变它们的角色。动态集成生产能力,将导致更好的机器利用率,并且带来一个结果是减少了机械供应商的需求。

③ 参与者的增值

一方面,制造公司能够依据需要内在地自动地扩展它们的生产能力和产能,通过利用外部的生产模块,没有投资的需要。这使得公司能够非常灵活地对变化的市场及客户需求做出反应。另一方面,在市场上提供它们机器的公司可以优化它们机器的利用率。

下图为其给出订单控制的生产的价值网络。如果理解不了,跳过继续,后面有解读。

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编辑:田苗
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