【導讀】如今，制造業(yè)中最寶貴的資源不是鋼鐵、煤炭或電力，而是數據。制造商們開(kāi)啟了他們的工業(yè) 4.0 之旅，這是在人工智能和大規模連接推動(dòng)下的最新工業(yè)革命。
創(chuàng )新引領(lǐng)工業(yè) 4.0 制造業(yè)轉型
如今，制造業(yè)中最寶貴的資源不是鋼鐵、煤炭或電力，而是數據。制造商們開(kāi)啟了他們的工業(yè) 4.0 之旅，這是在人工智能和大規模連接推動(dòng)下的最新工業(yè)革命。
在這個(gè)新時(shí)代，企業(yè)可以利用傳感器和數字系統生成的數據來(lái)監控現實(shí)世界的生產(chǎn)流程，為實(shí)現更靈活的生產(chǎn)模式奠定基礎，從而滿(mǎn)足不斷變化的消費者需求。
但是，就工業(yè)4.0的當前側重點(diǎn)而言，消費者需求僅僅是冰山一角。在波及全球的經(jīng)濟、地緣政治、環(huán)境、人口問(wèn)題和危機影響下，工業(yè)勞動(dòng)力供給和供應鏈受到了前所未有的沖擊。例如，新冠肺炎(COVID-19)疫情的發(fā)生凸顯了先進(jìn)技術(shù)、實(shí)時(shí)數據以及靈活的制造和供應鏈的重要性。
隨著(zhù)自動(dòng)化程度不斷提高，并由機器人承擔重復性危險工作，制造商可以提升勞動(dòng)力價(jià)值，確保生產(chǎn)連續性。這不僅可以解放員工，讓他們能夠發(fā)揮自己的腦力，還可以將以前外包的自動(dòng)化和重復性工作拿回自行完成。物聯(lián)網(wǎng)系統研究中心副主任、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校副教授Kaibo Liu表示：“人們現在開(kāi)始討論和關(guān)注的功能越來(lái)越多，例如物聯(lián)網(wǎng)、機器人和增強現實(shí)等在制造環(huán)境中的使用。您會(huì )注意到，我們開(kāi)始從制造過(guò)程中收集分辨率越來(lái)越高的數據，從而在更多方面能夠做出實(shí)時(shí)決策。”
制造商不得不改變其運營(yíng)方式以響應這種新型需求，包括采用更多的本地化制造設施，以及設計可以針對不同的批次規?？焖僦匦屡渲玫纳a(chǎn)線(xiàn)。
Nicola O’Byrne ADI公司互連運動(dòng)和機器人市場(chǎng)經(jīng)理
提高供應鏈的本地化程度也會(huì )提高制造業(yè)的靈活性，通過(guò)降低運輸復雜性，減少對環(huán)境的影響。最后，制造商利用可靠的實(shí)時(shí)數據和易于重新配置的系統，可以迅速做出決策，例如安排維護計劃、調整機器設置或從服裝制作轉向口罩生產(chǎn)。
下一次工業(yè)革命的一些要素仍然是令人向往的未來(lái)構想，比如由一組自主機器人來(lái)協(xié)作完成建筑、恢復和救援等高級任務(wù)，有些方面已經(jīng)成為現實(shí)。分散式3D打印設備就是一個(gè)典型示例，它縮短了先進(jìn)制造技術(shù)的上市時(shí)間和客戶(hù)交付時(shí)間。如果能與正確的合作伙伴合作，如今的企業(yè)就能夠贏(yíng)得工業(yè)4.0制造技術(shù)帶來(lái)的效率、安全性和生產(chǎn)力等方面的優(yōu)勢，并為制造業(yè)的下一次轉型打下基礎。
第 4 次工業(yè)革命
第三次工業(yè)革命為我們帶來(lái)了電子、計算、電信和數字技術(shù)，讓制造商在設計工廠(chǎng)時(shí)，使其能夠大批量生產(chǎn)少數產(chǎn)品，甚至大批量生產(chǎn)單個(gè)產(chǎn)品。相比 20 世紀 20 年代，或者 21 世紀早期，現如今的消費者希望擁有更多選擇和更高程度的定制體驗，因此需要更高的靈活性。
ADI公司狀態(tài)監控 Otosense AI 部門(mén)的副總裁 Kevin Carlin 表示：“如果您想要買(mǎi)一輛車(chē)，您會(huì )有很多種選擇。制造商需要能夠滿(mǎn)足數十萬(wàn)，甚至數百萬(wàn)種不同的配置需求。同時(shí)還需要管理整個(gè)工廠(chǎng)和供應鏈，以能夠實(shí)時(shí)響應這種需求，并配置工廠(chǎng)從一種模式轉向另一種模式。”
實(shí)現這種飛躍并非易事。大多數工廠(chǎng)依賴(lài)現有的、可能已經(jīng)過(guò)時(shí)的技術(shù)生態(tài)系統。如果只是簡(jiǎn)單地用新設備取代舊設備，不但價(jià)格昂貴，而且往往不切實(shí)際。所以，向工業(yè)4.0制造轉型應該依靠增強，而不是替代——將現代化IT技術(shù)支持實(shí)現的智能帶到工廠(chǎng)中的現有設備。
通過(guò)在生產(chǎn)層面構建傳感器驅動(dòng)的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，ADI 公司等合作伙伴幫助制造商們開(kāi)始采用狀態(tài)監控等新興技術(shù)。如此，工廠(chǎng)可以通過(guò)傳感器監控特定設備或零件的健康狀況，主動(dòng)識別、診斷和解決異常，以免造成問(wèn)題甚至導致全面故障。這種實(shí)時(shí)監控可以幫助延長(cháng)設備壽命并提高吞吐量。鑒于計劃外停機的成本可能占總制造成本的近四分之一，所以采用預測性維護有望大幅節省成本并提高生產(chǎn)力。
停機成本
對制造商來(lái)說(shuō)，計劃外停機成本高昂，而防止計劃外停機是工業(yè) 4.0 制造技術(shù)的一個(gè)主要目標和特色。
23.9%的總制造成本來(lái)自停機成本
資料來(lái)源：“在制造中采用先進(jìn)維護的成本和優(yōu)勢”，美國商務(wù)部，2018 年 4 月。
將 IT 技術(shù)運用到廠(chǎng)區
隨著(zhù)工業(yè) 4.0 到來(lái)，制造商們開(kāi)始從傳統的計算機基礎設施過(guò)渡到新的網(wǎng)絡(luò )解決方案，以加快速度，改善數據管理和提高能效。
硬件實(shí)現安全性
工業(yè) 4.0 制造有一個(gè)核心概念，稱(chēng)為“互操作性”，即在大量工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備中傳輸實(shí)時(shí)數據的能力。制造車(chē)間使用許多設備制造商提供的設備、軟件協(xié)議和專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò )。到目前為止，還沒(méi)有任何方法讓這些單獨的協(xié)議和網(wǎng)絡(luò )能夠相互通信。時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò )( TSN )的出現將首次實(shí)現這一功能。
現在的智能工廠(chǎng)會(huì )生成大量數據，所以為了實(shí)現互操作性，必須先構建可靠的現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )。實(shí)時(shí)確定性以太網(wǎng)就是一種可以幫助實(shí)現這一目標的技術(shù)，它能夠更有效地管理互聯(lián)工廠(chǎng)中的海量數據。除了在傳感器技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位外，ADI 公司等合作伙伴還率先推出硬件改進(jìn)（例如實(shí)時(shí)確定性以太網(wǎng)交換機），幫助構建工廠(chǎng)的中樞神經(jīng)系統。
“在各個(gè)系統之間建立實(shí)時(shí)、高帶寬連接，以更有效地控制各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，從而提高效率。”
—— Martin Cotter ADI公司銷(xiāo)售與數字營(yíng)銷(xiāo)高級副總裁
ADI 公司全球銷(xiāo)售與數字營(yíng)銷(xiāo)高級副總裁Martin Cotter表示：“在從物理向數字轉變的過(guò)程中，我們的任務(wù)是確保邊緣生成的信息現在能夠傳輸給特定工廠(chǎng)中的任何設備。”他補充道：“在各個(gè)系統之間建立實(shí)時(shí)、高帶寬連接，以更有效地控制各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，從而提高效率，幫助提高產(chǎn)出的確定性，推動(dòng)實(shí)現下一代工業(yè)流程。”
成功實(shí)現互操作性之后，制造商就可以開(kāi)始采用工業(yè) 4.0 制造中令人激動(dòng)的先進(jìn)技術(shù)，例如可以和人類(lèi)一起在工廠(chǎng)中工作的機器人和“協(xié)作機器人”。與自動(dòng)駕駛汽車(chē)一樣，這些機器同樣依靠先進(jìn)的傳感解決方案的支持，可以三維感測周?chē)沫h(huán)境，在它們執行重復性的復雜任務(wù)時(shí)，確保高度安全。
未來(lái)的工廠(chǎng)
下一代解決方案將兌現工業(yè) 4.0 的承諾，幫助提高生產(chǎn)力、效率、安全性和靈活性。
機器人和協(xié)作機器人
利用由傳感器支持的分析，工廠(chǎng)可以主動(dòng)識別和解決機械問(wèn)題，以防造成機器故障和中斷生產(chǎn)。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )
為工業(yè)環(huán)境定制的網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品甚至可以在嚴苛的制造環(huán)境中實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)通信，這給射頻帶來(lái)了新的挑戰。
機器人和協(xié)作機器人
先進(jìn)的運動(dòng)控制和傳感解決方案正在將機器人與人類(lèi)的協(xié)作變成現實(shí)，并開(kāi)始在工廠(chǎng)環(huán)境中運用。
ADI等合作伙伴可以將不同的傳感模式（例如視覺(jué)和飛行時(shí)間）與連接技術(shù)（例如確定性以太網(wǎng)）結合，用于實(shí)時(shí)傳輸數據，并更精準地控制機器人和協(xié)作機器人。據一份報告顯示，使用這些工具可幫助美國制造商每年節省約404億美元的資金。
“我們提供數據，哪里產(chǎn)生數據，哪里就有我們。50年以來(lái)，ADI公司深受客戶(hù)的信賴(lài)，幫助他們解決嚴峻的工程挑戰。我們擁有豐富的領(lǐng)域經(jīng)驗，這為我們攜手當今客戶(hù)推動(dòng)未來(lái)發(fā)展奠定了堅實(shí)的基礎。”
—— Martin Cotter ADI公司全球銷(xiāo)售與數字營(yíng)銷(xiāo)高級副總裁
對于制造商來(lái)說(shuō)，邁向未來(lái)需要進(jìn)一步投資先進(jìn)技術(shù)，以期推動(dòng)工廠(chǎng)自動(dòng)化發(fā)展和提高靈活性。在實(shí)現物理世界與數字世界接軌的傳感器驅動(dòng)層面上，真正體現了工業(yè) 4.0 帶來(lái)的優(yōu)勢。
推薦閱讀：
