工业4.0：智慧工业的信息化改造

东滩视点第68期工业4.0时代，智慧工业的信息化改造※动态资讯※2014年12月22日，全国工业和信息化工作会议在京召开。会议指出，智能制造将成为两化融合的主攻方向，实现两个IT(IndustryTechnology&InformationTechnology)融合和倍增发展，以工业互联网和自主可控的软硬件产品为重要支撑，加快生产型制造向服务型制造转变。预计2015年地方将密集出台一批智慧工业、两化融合等相关配套方案，全国将掀起智能制造应用推广的热潮。※主题解析※工业4.0时代到来十八世纪末期以来，前三次工业革命的发生彻底改变了人类的生产生活方式，它们分别源于机械化技术、电力技术和信息技术。如今，将物联网及服务引入制造业正迎来第四次工业革命。“工业4.0”概念是在2011年德国汉诺威工博会被首次提出，2014年11月10日，中德双方发表《中德合作行动纲要：共塑创新》，宣布两国开展“工业4.0”合作。两国政府将为双方提供更为有利的框架条件和政策支持，中德合作无疑将为“中国版工业4.0”注入外部动力。工业4.0的两大主题是智慧工厂与智能制造，工业4.0的核心内容是依靠CPS（信息物理系统）而构建的一张智慧工业网络系统，打通所有生产环节的数据壁垒，即是运用大量物联网传感技术、基于大量数据、模型及算法结合而成的产物。以新一代信息技术为核心的信息化技术应用，不断推动传统制造业生产方式的变革，使柔性制造、网络制造、绿色制造、智能制造成为新的发展方向。信息技术正在向制造业各个环节渗透，创造了新的服务、生产体系和发展模式。※主题观点※工业4.0时代，智慧工业的信息化改造中国已成为世界制造大国，在全球制造业占比约20%，与美国相当。从全球制造业发展形势来看，欧美发达国家在技术上始终处于领先，抢占制造业高端市场。而印度、印尼等发展中国家正以更低的劳动力成本承接全球的劳动密集型产业，占据了制造业的中低端部分的市场份额。我国低成本竞争优势明显削弱，注重数量扩张的传统发展模式已不可持续，并且同时存在着工业产品结构性短缺问题，自主创新能力不强，在高端装备、核心芯片等方面仍需要大量进口，传统制造业面临转型升级，创新驱动的迫切需求。一、工业4.0发展新趋势1、服务型制造转型态势明显传统制造业是以产品为企业核心，属于生产型制造业，而现在制造业正逐渐向服务型制造业转变，以生产+服务或者以服务为企业核心。中国为世界输出了大量的工业产品，面对激烈的全球竞争格局，产品只能成为解决问题的一种手段，并且处于价值链低端。越来越多的传统设备制造商向行业服务集成商转变，基于原有的产品基础，提供更具价值的智能服务，从而增加产业链价值。IBM作为百年IT企业，可谓是转型为服务型制造商中最成功的案例，早在1993时，IBM就面临了业绩下滑、连年亏损、互联网泡沫等一系列危机，IBM通过实现二次重大战略转变，提出电子商务战略理念，将自己定位为综合服务提供商，创造了“随需应变”的新服务模式，从容应对企业危机，并在2008年前瞻性的提出“智慧星球”概念，引领科技进步。2、工业互联网开始萌芽工业互联网是实现智能制造的必备基础，它的概念就是把机器联入网络，数据来自安装在机器上的传感器，传送到云端进行存储、分析与决策，从而为企业服务。过去互联网的数据是由人产生，而物联网的数据是由传感器产生，物联网的普及推广很重要的因素是降低人的成本，而工业互联网更是信息技术与运营管理技术的结合。我们现在面临的人力成本越来越高，而未来更低成本的传感器、数据存储设备以及更先进的分析工具将推动工业互联网的普及。未来许多东西将被重新定义，数据在云端，服务是可云的，工人也是可云的。二、智慧工业信息化改造领域分类智慧工业中对于现代信息技术的运用十分广泛。以物联网、云计算、高端软件为代表的新一代信息技术的应用，通过云端平台的打造，将人与人之间、物与物之间、应用系统之间、供应链之间进行互通联系，实现人、设备、环境、数据的互动。使得在生产制造过程中获取数据更便捷，数据处理更加快速，实现了生产系统、企业管理系统、对外服务系统的智能分析与决策优化。在安贝格工厂，真实工厂与虚拟工厂同步运行，真实工厂生产时的数据参数、生产环境等都会通过虚拟工厂反映出来，而人则通过虚拟工厂对真实工厂进行把控。安贝格工厂拥有一套高度数字化的生产流程，生产的产品本身拥有16亿个部件，且每年的衍生产品制造数量超过5万台。根据Gartner在2010年的调查显示，安贝格工厂中每100万件产品中的残次品数量只有15件，生产线的可靠性达到99%、可追溯性高达100%。厂内1000个制造单元是如何通过网络进行联络的。通过网络控制，厂房里的大多数设备都可以在脱离人类劳动力的情况下对零部件进行挑选和组装。为了准确收集数据，安贝格工厂超过3亿个元器件都有自己的“身份证”。这些基础识别信息包括：所属生产线、材质、规格等等。机器会对元器件做自动判别与操作，适时调节生产参数。安贝格工厂是由德国政府、企业、大学以及研究机构合力研发全自动、基于互联网的智能工厂，通过利用庞大的公共研究机构来帮助企业进行研究和开发工作。德国政府在对于工业4.0的支持上，并没有通过提供补贴优秀企业进行扶持，而是提供2亿欧元资金支持研发，为企业形成统一的标准创造新的技术和网络化条件，目前西门子距离工业4.0所所描绘的场景仍有差距，西门子董事指出：西门子拥有构建模块的核心优势，设计基于互联网网络的全自动智能制造系统可能还要10年时间才能变为现实。2、生产线优化应用以宝马集团全球最先进工厂之一的华晨宝马铁西工厂为例，应用了西门子LIS超宽带实时定位识别系统的辅助，该厂的总装车间取消原来专门用于扫描车辆条形码的工位。车辆每到一个工位，车型、车辆识别码、根据车辆的不同配置，需要装配的各种零件等信息会自动显示在工位前方的操作屏上，甚至会自动提供图片及装配辅助指令，直接引导工人完成相应工作，这一流程被视作定制式生产的基础。现在，一款汽车需要上千人设计，设计人员设计3年、生产模具1年、建设工厂4年，至少需要8年的时间。而在未来工厂，制造高度灵活，一条生产线能同时生产多个车型；用户根据个人喜好选择的车型、车辆配置，甚至可以实现当月定制，下个月就生产出来。3、提升节能减排能力应用亚洲最大的纸浆和纸张制造商之一的亚洲纸浆纸业集团（APP）在浙江省宁波市的造纸厂借助全集成驱动系统，能源消耗和二氧化碳排放量大减。由此，该造纸厂每条生产线年均节省数千万元开支，年均停机