工業4.0所需要的9大類技術
更新時間：2025-02-26 點擊次數：315次
自工業革命以來，科技進步大幅推動了工業生產力的發展。蒸汽機的出現給19世紀工業革命提供了人力無法企及的物理動能。20世紀初，電力的普及讓大規模制造成為可能。1970年代，制造自動化技術讓工業生產效率大幅提升。這三次科技浪潮每一次都改變了工業生產的面貌，我們不妨將之稱為工業1.0、工業2.0和工業3.0。但此后，制造業卻放慢了發展腳步，與IT、移動通信和電子商務等劃時代的創新相比，近30年工業技術并沒有取得突破性的進展。
如今，我們終于迎來第四波工業創新浪潮，這就是工業4.0，它以9大類科技技術為基礎。在這次工業轉型中，傳感器、機器、工件和IT系統將在整條價值鏈上融合到一起。這種實體設備與互聯網相互連接的制造系統能對數據進行收集分析，對錯誤進行預判，并能不斷進行自我調整，從而適應不斷變化的環境。在生產效率方面，在未來5-10年，越來越多的公司將采用工業4.0技術，除生產資料以外的可變成本將降低15-25%，工業部件制造企業將獲得的生產效率提升（20-30%），例如汽車制造企業生產率將提高10-20%。工業4.0技術將大大提升制造效率，推動經濟轉型，改進勞動力就業結構，并最終改變公司乃至國家之間的競爭格局。業4.0的9大類技術中的很多技術其實已經應用在制造業中，但工業4.0技術將這些技術整合到一起，成為完整的生產流程，這將改變供應商、制造商和消費者之間的關系，以及人與機器之間的關系。對于制造領域，大數據分析還是新鮮事物，但它已經能幫助企業改進產品質量，節省能源并提高設備的性能。在工業4.0的環境下，對不同數據源（設備、系統和企業）進行收集和分析將成為未來企業進行實時決策的標準配備。半導體制造商收集生產過程中的數據，這幫助它在生產流程的早期預判出故障的芯片，從而提高生產質量。很多生產行業已經廣泛采用機器人進行生產，但今天的機器人技術變得更加強大。自動機器人不但更加靈活和智能，更可以在彼此之間進行溝通互動，甚至具備學習新技能的能力。這些新機器人不但在性能上遠超目前的工業機器人，更在成本上大大降低。機器人設備制造商提供生產的機器人就具備相互溝通的能力。這些機器人可以在一起合作，根據生產線上的工序調整自己的行動。這些機器人還搭載了的傳感器和控制單元，能與人類進行緊密的合作。ABB公司推出了雙臂機器人YuMi，它可以與工人肩并肩的工作，它們具備計算機視覺系統，不但可以識別零件，還能保證與人進行安全的互動。在工程設計領域，不少公司都采用了3D模擬技術來設計產品的結構和材料。未來，模擬技術將擴展到更廣的范圍。人們可以用實時數據來模仿物理世界，將新產品放入虛擬的生產環境中。在進行實際生產前，公司可以對這些新產品進行測試和優化，從而減少設備裝配調試的時間并提高產品質量。西門子公司開發了一個虛擬機器系統，它可以通過真實數據對機器進行模仿。這個系統最多能減少設備裝配調試時間達80%。今天大部分公司的IT系統并未整合。公司、供應商和顧客常常是各自為戰。在企業內部，工程設計、生產和職能部門也往往相互隔絕。即便是工程設計這一環節，也沒有幾家公司能做到設計——制造——自動化的三點一線。但隨著工業4.0技術的發展，公司、部門和能力將成為更加緊密的整體，一條橫跨公司的數據網絡將讓價值鏈真正實現自動化。Dassault Systèmes和BoostAeroSpace為歐洲航天和國防工業搭建了名為AirDesign的合作平臺。該平臺搭建在私有云上，參與的合作伙伴可通過該平臺進行復雜的合作以及數據交換。目前內置傳感器和計算機的互聯產品數量仍有限。然而，隨著物聯網時代的到來，以及連接標準的統一，越來越多的產品將相互連接。屆時，身處不同地理位置的產品設備將能進行互動和溝通，并由處理器集中控制。物聯網將實現決策的去中心化，互聯設備能進行自動分析和決策，對環境變化進行實時反應。博世集團旗下的Rexroth公司推出一套自動生產系統。通過無線電編碼，不同位置的工作站可以感知每件產品需要進行的生產步驟，并自動執行生產流程。隨著工業4.0時代的到來，原先相互隔絕的設備將相互連接，工業系統和生產線將連接成一體。到時，網絡安全的重要性將大幅提高。安全可靠的網絡通信以及身份辨別和接入管理系統將變得至關重要。去年，歐洲幾家大型工業設備制造商已經通過聯手和并購的形式與網絡安全公司進行了合作。很多企業已經開始使用職能和數據分析的云應用。未來更多的生產數據和功能將搭載在云端，為生產制造提供更多的數據相關服務。隨著技術的進化，未來的監測和控制流程也可能會遷移到云上。目前一些企業已經開始采用3D打印技術，但大多數都處于試驗階段或用于制造獨立部件。未來3D打印技術將廣泛應用到小批量生產和大規模定制領域。3D打印技術將大大降低企業的庫存成本和物流成本。飛機制造企業已經開始使用3D打印技術降低飛機的重量，節省稀有材料如鈦的使用量。現實增強系統可以在很多方面協助工人生產，例如通過手持設備挑選倉庫中的配件或發送維修指令。這些系統目前還處在實驗期，但未來這些技術將為工人提供實時信息，幫助他們進行實時決策，改善生產流程。比如，未來工人可以裝備現實增強眼鏡等設備，當他們檢查一臺設備時，計算機就將故障原因和維修指南發送到工人的眼鏡上。另一種應用是虛擬訓練系統。西門子為Comos軟件開發了一套發電站虛擬操作訓練系統。操作人員佩戴現實增強眼鏡，訓練他們在緊急狀況下的操作。
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