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4位德国专家为你解读:德国工业4.0战略
更新日期:2015-08-29 来源:中国工程机械信息网

  德国工业4.0平台科学顾问委员会主席、德国技术科学院院士艾纳·安德尔为首的四位专家近期分享了德国工业4.0的发展路线图,德国“工业4.0”17个纲要论点、未来智能互联系统、大数据信息物理系统等观点。

  【专家之一】德国工业4.0平台科学顾问委员会主席、德国技术科学院院士艾纳·安尔

  互联网技术的历史沿革发展

  安德尔认为可以分几个阶段,每个阶段分五个时间

  现代工程的信息可持续周期管理 、生产流程、 制作操作 、流程优化和整合等是 对工业4.0 重要的过程。

  互联网技术的沿革发展基本经历每五年为一个发展阶段,安德尔认为,从1993年起,万维网的诞生是现在技术的起始点。

  第一阶段,1995年,超媒体技术文本文件可以进行连接,从而产生的企业有Yahoo,AOL;

  第二阶段,五年之后的多媒体技术,产生的新公司有Google、 亚马逊,2000年成立的技术方面,使用Java 、UML、XML

  第三个阶段,在五年之后,社交媒体时代,人与人的链接, Facebllk,Youtube、 Twitter

  第四个阶段,2001年,企业发现社交媒体进行连接需依靠应用技术,2007年,随着iPhone的出现的App,2009年

  ipad ,仅仅五年,整个技术不断动态发展。

  第五个阶段,2015年,信息物理网络体系,首先人与人,企业之间相互联系,系统之间互相联系,工业4.0 受之影响,比如物联网、数据网等元件的连接。未来五年的发展,依然有动力

  什么是工业4.0?是一个术语,用来描述对于产业、工业的第四次的革命,工业4.0指的是,技术与产业之间的联系,第一次工业革命是在18世纪末,制造工厂的基础是水动力和蒸汽动力;第二次工业革命是大规模生产由电力驱动。第三次是以信息技术来改变人的工作方式的革命,工业4.0 是指工业革命,它瞄准的是整个价值链,是整个生命生产周期。

  技术使用信息物理系统(CPS)的形式建立全球网络,整合其机器、仓储系统和生产设施。什么是信息物理系统(CPS),20世纪70年代初,引进信息技术,生产自动化,信息,指的是虚拟系统,以电子的形式存在,物理是现实存在的,即在虚拟世界也在现实世界存在的,现在控制系统由互联网地址内嵌入系统,物理系统能够进行逻辑上的连接,能够进行通信,比如在汽车产业,未来的车能够进行通信,就是车联网。

  制定工业4.0战略

  组织架构——科学顾问委员会

  “工业4.0”战略是由科学委员会制定的。起草的第一份文件,是在2013年,汉诺威电子展上,推出工业4.0的建议,“工业4.0”是德国政府的战略支柱。建议内容提出,针对产业的互联网服务,建立新的增值网络,提高效率,它能够增强竞争力。政府也越来越强烈的意识到,工业4.0的重要性,对科研项目进行投资,有联邦的部门,也有州的政府部门,联邦科研教育部、投资了63个项目,州政府的活动,德国南部的州投资比较多。

  工业4.0平台的发展

  科学委员会建立了工业4.0平台,由bitkom德国工业4.0平台科学顾问委员会、zvei电气电子协会、vdma三弗朗霍夫研究院生产系统和设计技术研究所三个协会推动。ibm、bosch等许多家企业也加入到了科学委员会一起来推动工业4.0。

  自今年的4月份以来,三大协会推动工业4.0平台发展壮大,平台保留了工业4.0的名字,现在是经济能源部部长,以及研究教育部部长所领导。

  工业4.0平台组织架构包含四个层面:

  指导委员会工作组,比如发展、架构、标准组、研发组、安全隐私保护的工作组、法律事务工作组、新的组织形式战略董事会,决定要发展哪个领域。行业联盟,航空航天等国际标准化,标准化工作非常重要,在德国积极的投入进去。

  路线图的五大支柱:

  工业4.0确定战略基于五大支柱,

  第一,是水平的融合;

  第二,通过价值增长的网络企业之间的连接;

  第三,更加无缝的进行信息流动,整个生命周期的无缝沟通在使用这个周期的时候,能够融入到客户产品那里;

  第四,行业角度来看,我们需要新的资格认证,我们也需要新的组织

  第五,混合技术的持续发展。在工厂有无数的设备,数据的安全、账户的安全,我们的参考架构也是非常重要的,需要分散化的以服务为导向的。

  工业4.0的路线图在德国地图上标记出来,可以展示出所有的创新的地方,是互动式的,比如某个城市,可以直接进行连接。

  “工业4.0 ”17个概要:

  2014年,可续委员会的目标就是通过17个概要,可以从人类、技术、组织来分析:

  第一类,人类

  1.对于人类导向为基础的,以人类为中心的。比如哪些领域是之内,哪些是之外,老龄化的优势 ;

  2.社会技术系统,知识的获取;

  3.工作的设备,提高教育和学习的生产力,比如信息技术技能,开发新的课程来向学习讲述;

  4.有助于学习的手段,自动的为用户提供功能。

  第二类,工业4.0的技术应用

  5.以技术为导向;

  6.工业4.0新的产品需要新的发展;

  7.企业联网可以产生复杂性,建模等解决方案,更快速的手段找到解决;

  8.现实与虚拟世界的交织;

  9.只能产品是信息的载体,是贯穿于整个生命周期;

  10.系统的组件和组成部分可以通过生产过程中可以获取的,支持虚拟规划;

  11.新系统至少包括替代原有组件,在取代时不会影响原有功能;

  12.系统的组成部分也为我们提供服务功能;

  13.要创造安全的文化,实现可信、弹性、为社会可接受的工业4.0;

  第三类:组织

  14.拥有一体化增值网络,能实现不同分工;

  15.合作与竞争,称之为“竞合”。带来新的组织架构,尤其在谈到为什么我们要进行整合;

  16.系统的结构和业务流程都已经可以代表使用的法律,呼吁新的商业模型来利用工业4.0的技术,首先觉法律层面的问题;

  17.建立起定制化的系统来满足不同市场的需求。

  【专家之二】莱纳·格拉茨:工业4.0可能需要20年慢慢演进 ICT是重要推动力量

  莱纳·格拉茨是德国机械设备制造业协会 (VDMA)信息技术、研发和技术创新部部长,这家协会拥有3100多家企业成员。

  莱纳·格拉茨从政府和技术两个角度介绍了德国的经验。从政府层面来说,2008、2009年德国提出《高科技战略2020》,这个战略包括移动、能源、安全、通信、健康五个领域的十个项目,并在2010年首次公诸于众,这可能就是工业4.0的前身了。

  在这个战略中,德国相关政府资助了超过2000亿欧元的研究项目,除了政府和制造业之外,经济和能源部也参与进来,提出通过自动化的方式带动企业推动相关项目的进展。

  2012年1月份德国工业4.0的工作组首先建立,提出对工业4.0的理解是什么、愿景是什么、如何实施?对此莱纳·格拉茨补充,其实中国正在进行的中国制造2025跟德国工业4.0非常类似,这个过程非常重要但是不能着急,可能需要几年甚至20年的时间去慢慢演进。

  而从技术来看,莱纳·格拉茨强调:整个工业4.0都会由ICT技术来推动。互联网的发展会推进物联网的演进;大数据、云计算技术的发展也让企业不需要在本地建立数据中心;现在越来越多设备都安装了嵌入式系统,问题是如何让他们之间相互沟通;而嵌入式系统之上就是信息物理系统的发展,如何让设备之间能够通信。

  提及德国工业4.0,大家首先想到的是工业,其实莱纳·格拉茨也表示,这并非工业4.0的全部,除了工业之外,应该还可以有智能产品、物流、供应链等等,也应该通过服务联网为客户提供新的产品、新的服务。只是工业在德国是基础,所以德国的工业4.0主要关注的是工业。

  在演讲中,莱纳·格拉茨认为工业4.0的潜力其实巨大,工业4.0能够生产出个性化的产品,而消费者需要的正是个性化的产品和服务,而企业通过工业4.0也将有能力生产出个性化的产品或者技术,这其中机遇和风险共存。

  在工业4.0之前,很多人就在担心自动化会代替人,工业4.0s是否会让这一进程加快?对此莱纳·格拉茨表示:企业的真正的决策不可能由机器人来完成,必须由人来进行,所以自动化的核心是从人的角度出发,需要满足人的需求,工业4.0不是要让机器替换人反而是让机器为人服务。

  【专家之三】艾纳·安德尔:德国工业4.0的实施路径

  对于中国工业4.0来说,并不乏理论上的探索,有关具体的实施以及如何落地上,德国工业4.0平台科学顾问委员会主席、德国科学院院士艾纳•安德尔分享了德国工业4.0的技术实现途径(包括信息物理系统、制造的对象),以及如何理解安全隐私、对人才的培养。

  技术层面,艾纳•安德尔强调要建立起信息物理系统,这样对于系统调节的监测、远程控制等等就是不是难事了,例如像智能工厂和智能物流、智能电厂、智能社会。那么什么是信息物理系统?其实是基于加入了传感器的嵌入式系统,之后又整合了执行器,称之为智能执行器。将两者组合后就形成了系统,这是我们每天都加以使用的技术。此外,如果让嵌入式系统与互联网地址融合,建立起信息物理系统,这样就可以具备更多的功能,在生产社会当中,称之为用于生产设备的信息物理系统。

  具体来看,信息物理系统的特征主要来自于物理系统信息化和信息系统物理化。信息系统物理化指的是让虚拟的世界变得更为实际和现实。以机器人为例,要想让机器人爬坡过程中不会跌倒,就需要在虚拟世界中建模,让现实生活中的行为在虚拟世界当中得到仿真。“确保信息系统物理化,物理系统信息化。” 艾纳•安德尔说道。

  数据方面,每天人类用互联网技术来分享数据,系统会产生许多的大数据。在此之前,一个很重要的前提是需要有一个安全的环境,同时保证知识产权和隐私。艾纳•安德尔从应用、系统和技术三个层次上分析了如何做好安全保障措施。

  应用层面,企业需要保证工业4.0流程的安全,系统层面要保证信息物理系统的安全,以及在技术层面,通过可依靠的机器控制、包括现代加密技术、不可篡改技术在内的安全数据和安全服务(可信任的环境、使用者身份验证)来保障用户信息的绝对安全。

  工业4.0并非像爆炸一样,不是一夜之间可以转变的,需要一步一步来完成。在技术的基础上,行业可以做什么?艾纳•安德尔介绍了实验室目前正在探索的三个案例,从理论、测试到最后的实施,分三个步骤优化工厂生产。

  第一个案例,实验室会将每一个简单的部件,通过识别、搜集工厂的大量数据,在部件生产完成之后进行测试,通过评估后就可以知道整个的制造流程具体情况。

  第二个案例,通过部件情况推断出制造规划,可以更好地了解制造的具体步骤都有哪些。实验室从具体的部件进行分析,找到生产过程中究竟是哪一步骤出错或者哪一个机床造成的不合规,最后获得所有数据。

  第三个案例,实验室通过由专门部门收集数据,获取所有生产产品的数据,可以让工人获取所有组装的流程,用了哪些部件,又是如何组装在一起的,这样工人在组装过程中的错误率将会被降为零。“如果工人都在组装同一个部件,也许会越来越熟练,但如果是对于不同部件的加工,这里就需要利用工业4.0的思想,来确保其可靠性。” 艾纳•安德尔指出。

  工业4.0的实施离不开人才。据了解,德国指导委员会已经开始为其中成员授课,其中包括敏捷的技能,培训教育员工,以及在有了新的技术后让其能更好地与之适应。

  【专家之四】伯恩哈德·迪格纳:工业4.0,价值流更高级别的整合

  伯恩哈德·迪格纳是德国电气电子工业协会(ZVEI)研发培训制造技术部部长,也是德国政府工业4.0战略指导委员会成员。德国电气电子工业协会是德国工业4.0的发起者、发起者、组织者,也是引领者、实施者,其发表了德国首个工业4.0标准化路线图,直接促成了是德国政府确定将德国“工业4.0”作为面向2020年的国家战略,并发布《实施“工业4.0”战略建议书》。

  在演讲中首先就《实施“工业4.0”战略建议书》的过程进行讲解。

  一、工业4.0平台的发展历程

  2013年4月,德国机械及制造商协会(VDMA)、德国电气电子(ZWEI)和信息技术协会(BITKOM)设立“工业4.0平台”,并确定规范与标准、安全、研究与创新三大主题。2015年3月16日,德国经济和能源部、德国教育和研究部共同启动升级版工业4.0平台建设,接管由上述三大协会负责的工业4.0平台,并在主题和结构上对其重新改造。新工业4.0平台的管理层由德国经济和能源部、德国教育和研究部及经济、工会、科技界代表提供决策支撑,下设指导委员会、四大大工作组负责战略委员会、标准、研发、安全等方面,有艾纳安德尔领导的科技顾问委员会负责政策监管、社会及多部门协作,市场活动由产业财团负责应用成果转化、由德国电气电工信息技术委员会(DKE)等标准化组织负责标准的国际化推广。

  二、平台结构

  加入的公司有,协会(机械及制造商协会、电气电子行业协会、信息技术协会、联邦工业协会、汽车协会、能源与水利协会)、工会(金属产业工会)、科技界(弗劳恩霍夫研究所)和指导委员会代表组成。西门子、IBM 等多家名企业,构成企业核心,三大协会保证企业的需求,加入VDMA3000有多家企业,ZWEI有1600多家,覆盖德国将近5000多家企业。

  那么德国有什么问题呢?迪格纳先讲了工业4.0平台的局限和困难。他介绍,首先,需要整合成员,比如中小企业、大中型企业,而三大协会在其中间对话题进行平衡,因而成立工作组,谁来定标准呢?有的行业是财团;而像机械制造是自下而上的过程,技术软件从而延缓我们的工作。企业之间利益各不相同,需求也不尽相同。那么,探讨提供基础,希望更多的企业参与进来讨论。其次,平台范围有限,目前只有三大技术 研发、安全、标准,像其他的培训等就不能完整的提供,从而和外部的沟通有限。工业4.0牵扯到方方面面,我们解决不了所有问题,也没有全球化的战略,我们觉得非常困难。那谁来制定战略?谁来推动全球化?我们唯有专注在技术方面。再次,在企业层面建立了社区,有了社区,四分五裂的行业为着工业4.0同一愿景。就可以互相加入进来,成为合作伙伴关系。

  工业4.0的定义:

  那如何理解工业4.0呢?迪格纳在演讲中提及,咨询委员会有17篇论文在论述”工业4.0“愿景的理解,工业4.0是一个庞大的体系,我们就有业务进行全面的定义。他认为,工业4.0是热门的,时髦的词汇。需要定义来支撑,示范中心是一个工具,为行业输送知识。

  工业4.0的定义包含三个部分:

  第一部分,价值流的整合

  工业4.0,指的是一个更新级别的价值流的整合和组织,通过联网信息的提供,在整个价值流进行整合。迪格纳提及工业4.0参考模型(rami4.0),覆盖所有工业4.0的技术层面,为企业和产业提供的原件,研发的路线图,是全方面的。

  迪格纳介绍,x轴是生命周期和价值流;y轴是等级,互联网的外部世界、企业、加工中心、工作站、控制设备、现场设备、产品等。

  信息技术的体现,可以看到缺少哪些,类似地图,基本的工具。

  第二部分,组件

  体现形式,外层覆盖着管理壳,以数字来表现,体现在业务、功能、信息、交流综合、资产等来自哪里等,可以通过这个部件展示哪些信息。设备相连,展示路线图整个时间线是价值流的无缝连接,是实体世界与虚拟世界的无缝连接。

  第三部分,是纵向融合,企业的纵向融合。

  迪格纳认为,研发的五大方面最重要的话题是智能机器、灵活性和适应性的生产线,新的社会基础设施,多模式的辅助系统,员工需要通过新的工具来进行工作,在传统工业加入技术后也吸引生产力,第五个,知识传播,工厂的吸引力,运用新技术吸引年轻人,工作地点发生改变。,这是未来的趋势。研发什么技术使工业4.0成为可能?非常可靠的安全网,还有为接口提供的微电子等。

  平台面临的挑战:

  一、价格,划算的

  二、安全方面,是非常重要的,我们必须考虑保护生产线的方法,既保护他们,又能进行分析。

  三、语义,工业4.0语义与工作组之间的紧密合作关系。

  工业4.0产业平台,下一步怎么走?

  三个工作组怎么做?迪格纳认为,标准组,目前的通信协议;研发工作组,需要标准的部件、生产方也需要留有空间;路线图建议,研发解决的问题,新的问题,为我们的路线图覆盖,可以增加新的研发问题,是我们的标准,提供建议。

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