作为传统的工业强国,为了引领全新的产业变革,提高国际竞争力,德国率先提出工业4.0高科技战略计划。通过成立工业互联网平台、统一生产标准等,德国实现了智能智造转型升级。
“工业4.0”的概念在2011年举办的德国汉诺威工业博览会上首次被提出。该概念的核心在于实现“智能化+网络化”的工业生产,即通过CPS(Cyber-Physical System,信息物理系统)打造智能工厂,以实现智能智造的目的。
在新一代信息技术发生变革的同时,各国纷纷提出制造业发展的新理念,如能源互联网、工业互联网、数字化制造等。
作为传统的制造业强国,德国需要既能承接传统制造业发展思想,又能推动制造业智能化的全新发展理念。因此,德国提出工业4.0的发展理念,助力制造业不断升级。
CPS系统是工业4.0的核心,它建立于高度发达的信息与通信技术之上,通过部署大量传感装置,对生产过程中的数据进行采集,而后通过IT控件自主化,将其嵌入各种制造设备中,实现制造设备智能化。发达的通信技术使数据高速传输,软件系统赋能设备之间的信息处理及指令发送,使生产过程实现智能化。
工业4.0是建立在德国传统的生产制造优势与信息技术优势之上的,未来的制造业将呈现出高速、高效、智能化的发展态势。
工业4.0平台是德国为了推动工业数智化转型升级而建立的核心网络平台,其能够在工业、商业、科技等领域,以及工会与协会之间,协调信息并提供合作对接服务,为各种类型的企业提供工业4.0落地应用方案。
工业4.0平台的重点工作主要包含以下4大板块。
(1)工业4.0平台为企业提供具体的行动建议。为了使各制造系统之间能够流畅沟通,平台设定具有全球约束力的行业规则与标准。工业4.0平台构建起一个完整的架构模型,设定了纵向、横向信息技术融合与产品全生命周期的标准目录,将工业4.0涉及的主要生产要素融入模型,为来自不同行业的企业提供统一指导与决策建议,对“德国制造”的国际化、标准化做出贡献。
(2)工业4.0平台有利于产生更多创新性想法与倡议。互联互通、反应敏捷的工业4.0平台能促使平台成员之间进行深入交流沟通,在协商过程中,成员会不断产生新想法,激发创新活力。例如,“工业4.0实验室网络”与“工业4.0标准化理事会”两个新平台,就是在工业4.0平台不断发展完善的过程中被成员提出的创新想法。
(3)工业4.0平台促进国际合作的达成。工业4.0平台是面向全世界的工业智造平台,对于各国工业智造转型升级来说都有着极大的积极意义。国际合作对于工业4.0的发展十分重要,对工业标准化的影响尤为明显,例如,工业4.0平台与美国工业互联网联盟的合作,能够推动全球制造业标准化进程,助推德国工业4.0不断发展。
(4)工业4.0平台大力支持德国制造企业的发展。工业4.0平台为德国各种类型的企业提供数智化转型升级解决方案与技术支持,有利于提升德国制造业发展水平。
实现制造业的数智化转型升级,不仅需要自下而上的技术驱动,还需要自上而下的业务驱动,从而促使智能智造技术在众多业务场景中落地应用。这些实践是获得新产品与服务、问题解决方案,实现生产制造标准化的基础。
从业务全流程场景出发,德国工业4.0平台构建了VBS(Value-based Service,基于价值的服务)工业4.0子体系。其通过工业互联网技术,进行数字化、智能化的制造升级,这体现了德国对智能智造技术的深耕。
VBS的应用场景基于一个创新假设,即假设未来产品的交付将连接到服务平台,产品供应商能够通过该平台获取客户对产品的反馈数据,从而根据客户反馈为其提供相关的增值服务。该应用场景引入两个新的业务角色,即数据驱动型的产品供应商以及服务平台运营商,新业务角色的引入使产品服务系统更加完善。
德国的许多企业都深耕智能智造技术,例如,德国万可(WAGO)专注于核心智能技术的创新开发,为众多企业提供了智能化转型升级解决方案。
WAGO通过打造更加智能化、网络化的生产线,对现有的工业流程进行联网并上云,搭建起高效、智能的智慧工厂。例如,WAGO-I/O-SYSTEM 750智能化解决方案能够自动采集与记录数据,并将数据传输到产品管理系统与制造执行系统中,通过大数据技术对产品进行智能分析,使决策的制定更加快速、智能、科学。
在智能智造成为发展趋势的当下,德国还有许多企业和WAGO一样,坚持深耕智能智造技术,专注提升智能智造能力,助推德国快速实现技术突破,使相关产业实现智能化升值。
AAS(Asset Administration Shell,资产管理壳)是德国工业4.0的重要概念,AAS的本质是给工业设备与资产加上数字化模型的“壳”,从而实现资产之间的高效信息交换。AAS使硬件设备成为服务提供者,依托于工业软件,硬件设备能够提供服务、实现请求。
在工业4.0的概念中,原本的生产加工过程转变为智能系统的数据流、控制流和信息流。这些数据流、控制流、信息流符合产业统一化标准,当所有生产设备都加上统一标准的AAS后,就能够实现“即插即生产”的目标。
例如,在具体生产场景中,当生产设备接入AAS后,通过使用PLC(Programmable Language Controller,程序语言控制器)与机械臂,能够实现CNC(Computer Numerical Control,数字控制机床)的自动上下料。
在此过程中,控制器程序能够向CNC管理壳自主发出请求,如加工单个铝外壳,此时“加工铝外壳”即为一种服务。当CNC完成“加工铝外壳”这一任务后,机械臂管理壳能够自动完成“取走加工完毕的铝外壳并放置于成品托盘上”的服务。借助AAS,整个流程实现高度自动化。
AAS的部署对象很广泛,如现场设备传感器、PLC、伺服驱动器、ERP(Enterprise Resource Planning,企业资源计划系统)、MES(Manufacturing Execution System,制造执行系统)、设备中的主控器等。在构建数智化的制造系统的过程中,企业能够根据生产环节转型升级的实际情况与运算能力,灵活选择AAS的部署对象。