联网的世界

设备学会说话,产品变得更聪明 -- 人变得多余了?工业数字化会带来哪些后果。

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“工业4.0版”来了。继蒸汽机(第一台织机,1784年)、大规模生产(流水线,1870年)和电子工业(第一台可编程控制器,1969年)之后,我们正在经历第四次工业革命。与前三次革命一样,第四次革命也必将带来更高的效率和劳动生产率。工业4.0版并不是什么全新的,全然不为人知的技术。“它是将早已应用于消费品的技术用于工业和制造技术”,西门子股份有限公司工业业务领域未来技术与标准主管Dieter Wegener说道。例如,Wegener正在考虑早已在消费品业务中被普遍使用的无线网络连接技术。他的上司的观点也与他一致,西门子股份有限公司董事会成员、工业业务领域董事长Siegfried Russwurm分析说:“制造业和生产技术从未像现在这样发生着如此迅速的、根本性的变化。”

 

工业4.0版指的是什么?它涉及两大关键点。它最终要达到的目的是:实现产品与设备之间的通联。如今,生产设备已实现自动化,得以在很短的时间内完成很大的加工量。在短时间内加工大量工件,注重的是规模经济效益。对设备进行个别控制就能实现这一点。未来,机器人、流水线、加工中心,这些设备将不仅仅对每一个工件实施人们预先编制的加工程序,还将自行识别如何处理新的加工件。为此,加工件必须携带自己的“名片”,它的形式可以是电子芯片、可用无线电技术识别的标记或者类似超市使用的可读取的条形码。设备将识别这些名片,并明白如何行事。每一个加工件不再是进行相同的加工,就像如今通常的大规模生产这样。未来,每一件产品将完全按照个性的意愿进行生产。从理论上说,生产批量不是越来越大,而是越来越小,在极端情况下将是自动化的、个性的单件制造。如果每台加工设备都能自动识别如何加工工件,那么运用同样的技术,工件也能寻找自己的加工设备,即主动选择空闲产能,而不是必须遵循事先制订的生产计划。

 

工厂中的生产将变得更高效。但只有在实现双元性的前提下,产品和生产之间的这种紧密、直接的联系才能发挥作用。这意味着,每一个真实的物品都必须有一个虚拟的映像。必须将每件产品、每台设备都以数字方式录入,这样它们今后才能与其他设备或工件进行通联。两者之间的通联只能在虚拟层面进行。

 

第四次工业革命需要数十年时间才能遍及世界的每个角落

 

说到这里,我们还未曾提及互联网。“工业4.0版可以不需要互联网”,西门子公司的专家Wegener说。但若有互联网就更好,主要是可以扩大联网的范围,因为通过互联网,可以将工厂内部的通联和与其他工厂、供应商以及客户之间的通联结合起来。这将构建出一个产能市场,这意味着:一件产品将自己通过互联网寻找加工工位,甚至寻找下一个生产车间。这是可行的,因为产品以芯片的形式携带着不断累积的生平信息,所有数据都被记录在这个芯片中。这样就能随时读取:谁设计的这件产品,它在何处生产,何时、如何被保养,它符合哪些安全标准,它有哪些电子接口,等等。

 

但要走到这一步,还需要一段时间。过去的那几次技术革命也经历了相当长的时间才得以完成。因此,第四次工业革命也需要几十年而非几年的时间才能遍及世界的各个角落。它早已开始。回顾一下,它起始的时间可能是在2010年至2013年间。所谓的工业自动化可以算作它的前期准备,主要是在机械制造和电气工程领域。多年来,德国始终在这两个领域处于领先地位。因此,许多专家预计,不断推广的工业4.0版将为德国的西门子、ABB、通快(Trumpf)等机械和电气设备生产商,包括菲尼克斯电气(Phoenix Contact)、浩亭(Harting)及魏德米勒(Weidmüller)等中小企业,带来大量订单。在接受德国电气、电子和信息技术协会(VDE)问卷调查的企业和高校教师中,有超过70%的人认为工业4.0版将加强德国这个经济区位。

 

这是一个使生产重回欧洲的伟大机遇 -- 包括电子技术行业。将电子技术运用于消费领域,而这个领域几乎完全被美国生产商掌控。在电子技术方面,尤其是在生产控制以及技术软件的其他领域,德国生产商也拥有丰富的经验。各行业协会已经对必要的跨行业协作做出了回应。机械制造领域的德国机械设备制造业联合会(VDMA)、电气技术领域的德国电气电子行业协会(ZVEI)以及信息和通讯技术领域的行业协会德国信息产业、电信和新媒体协会(Bitkom)正在共同推进工业4.0版。

 

设备必须学会说话,而且必须讲同一种语言

 

工业4.0版在技术上极富魅力并精益求精,但也还有许多挑战需要应对。数据安全就是一个大问题。“安全”在这里有两层含义:一方面,人们所获取的数据必须可信的,另一方面它们必须具有安全防盗功能,可以免遭外部的窃取或损害(黑客攻击、间谍)。另一个困难是标准化的缺失。设备不仅必须会说话,而且它们必须讲同一种语言。这里涉及“接口”这个定义。为此需要全球性的标准(ISO标准)。在这方面,德国也凭借其标准组织在国际上居于领先地位。

 

新的制造方式也将改变劳动方式。从事生产的人数将减少,但需要更多拥有软件和编程知识的工作人员。只具备纯粹机械知识的工程师将绝迹,而信息技术人员则必须具备更多有关机械的知识。西门子公司的Wegener相信,在新型生产中,人的重要性将提升。机械方面的工作量将减少,而创造性过程、计划、控制和监控的工作量将增加。对大量现有数据与决策的相关性进行评价并简化结构,将成为一项重要任务。其目标是:通过具有应变能力的生产设备能够同样应对全球的销售波动和客户的个性化愿望。要想全面实现这一点,将需要数十年,而非寥寥数年的时间。

 

联网还将带来第二种革命。工业4.0版将对消费者和客户产生相应的影响:产品之间的联系越来越紧密,它们相互通联。这始于楼宇智能技术,但并不会止于生产商对汽车的实时监控。当然这是另一个话题,尽管有许多观察家预计,在这一领域,联网所带来的进步将比生产领域的更迅速。