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工程建设

“工业4.0”理念

来源:总工办 编辑:张文清 时间:2013-11-05【字号:

    人类文明发展史上,有过三次工业革命即:18世纪蒸汽机、19世纪生产线20世纪的自动化。当今,制造业智能化加速发展,一场智能工业革命风暴席卷而来,它被称为“第四次工业革命”,被人们称为“工业4.0”时代

工业革命之所以被称为“革命”,一方面是其对生产效率产生大提高,另一方面是其通过生产方式的颠覆性变革实现了人的解放,从而推动人类社会的巨大变革。工业4.0时代最直接的影响是将解决制造业面临的降低成本、提高效率及增加生产灵活性的挑战,引领制造业朝高度信息化、自动化、智能化方向发展。

实际上,工业4.0并没有想象中让人难以捉摸,或者是难以企及。目前,工业自动化技术与信息化技术融合中不断突破,从生产模式到实际应用迈出了实质性步伐,为实现“工业4.0”这一宏伟的目标奠定了扎实的基础。

一、“工业4.0”需求特征

工业4.0由德国政府提出,旨在提高德国工业竞争力,在新一轮工业革命中占领先机。其概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变,目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。

“工业4.0”项目主要分为两大主题,一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划将特别注重吸引中小企业参与,力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者,同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。

从项目两大主题中分析得出工业4.0的思路是:在工厂生产新的系统中,产品的组件直接与生产系统沟通,发出接下来所需生产过程的指令,这样将改变整个生产技术的使用,整个系统将更加智能,联网更加紧密,不同组件之间可以相互沟通,工作更快、作出反应更加迅速。也就是说,“工业4.0”关注整个产品生命周期,对产品开发、物流以及生产集成将通过材料流、产品流、以及信息流得以实现,从而构建高度复杂又极为高效的全球化生产运营。未来的制造将是基于大数据、互联网、人,结合各种信息技术进行柔性制造,满足定制化需求,缩短产品上市周期。

要实现“工业4.0”企业任重道远。西门子工业业务领域首席实行官鲁思沃博士认为:“创新的工业信息技术及App在此发挥了决定性作用,使产品开发和生产得以集成和协同,为全面优化产品开发和生产过程创造条件。”

二、扩张App产品线,服务“工业4.0”

工业4.0推行的理念是通过互联设备访问控制机器,这样便可以更有效地进行生产配置以及在任何时间、任何地点能够完全控制生产设备。因此,在整个工业4.0环境中,硬件仍仅代表一个工业流程接口,它将会通过App,特别是通过不断地去适应App来逐步完善,这样便能实行不同的任务,因此App显得非常重要。据专家预测,从2012年到2018年,严格意义上的工业App市场将会增长70%,达到280亿欧元。这还不包括物流、安防和能源管理等流域的工业App,这部分市场可能价值1000亿欧元甚至更多。

目前,西门子是仅次于SAP的欧洲第二大App企业。为了整合和优化其行业IT技术专长,西门子已经收购了数家App企业并将它们整合入工业业务领域。其中大多数企业都专长于某些涵盖了大型App应用的特定分部的功能。利用这些App企业的技术能力,结合西门子在自动化领域的技术专长,研发了贯穿产品开发和制造的整个价值创造过程的工业App。

随着西门子在工业App的逐步完善,未来西门子客户即可以使用统一的集成数据库,进行产品的仿真、测试、优化以及生产。像西门子这样在App领域拥有广博技术专长的大型企业,将成为推动工业4.0的主力军。

三、全集成驱动助力“工业4.0”

伴随计算机技术的几何式发展以及控制需求的不断提升,集成的自动化已经不再是新概念。十年前西门子领先一步,提出了全集成自动化(TIA)概念,用户通过全集成自动化,可以实现整个产品范围的高度集成,从自动化系统及驱动技术到现场设备,具有统一的数据管理、统一的编程、组态,统一的通讯等特点。通过标准化的产品和定制化解决方案服务客户,这是全集成自动化的要求。在今天看来,全集成产品不断涌现,其口号很容易模仿,但这一理念的深刻内涵却很难模仿。西门子凭借着全集成自动化,长久以来占据着信息技术集成领域的领导地位。

在通往“工业4.0时代”成功的道路上, 最新推出“全集成驱动系统”,这一概念与工业4.0要求是相吻合的。全集成驱动系统是基于世界上最全面稳定的驱动系统产品线,并经完美集成,能为机器生产商、机器与设备最终用户带来显著受益,帮助缩短产品上市时间和投资回报周期。

全集成驱动系统是整个驱动链唯一的一站式解决方案,将所有驱动产品完美地进行了集成,从而使它们完美协同。将自动化环境、甚至产品和生产的生命周期融入在内:称为横向集成、纵向集成、全生命周期集成。全集成驱动系统是对集成驱动产品线、无缝集成至自动化系统以及全生命周期服务的成功诠释。

全集成驱动系统可将驱动系统的每一个部件都集成到工业生产的整个驱动链和自动化控制系统中,乃至整个产品生命周期,对处于转型升级关键时期的中国制造业意义重大。

具体来讲,“三重集成”的横向集成、纵向集成和产品生命周期集成,可以理解为由联轴器和减速器到电机和变频器沿能源流的横向集成,繁杂多样的产品线,高低压变频器,电机、减速机等,能够把他们集成在一起,可以提高机器的生产率、产品质量以及机器效率。

纵向集成即工业生产流程控制架构与传动系统的集成,这是传统TIA全集成自动化概念,在全集成驱动系统中,自动化架构中全集成驱动系统组件会通过例如全集成自动化AppTIA博途无缝集成到自动化环境中。自驱动系统和现场设备开始,经过自动化层面,直到制造实行系统 (MES),所有的系统都可以在运行中实现完美整合。凭借由此产生的生产透明度和数据通用性,即可以实现产值的最大化。

全生命周期集成是与机器和设备的整个生命周期有关。所有组件都可在用于组态、布局和调试的相应工业App中通过数字方法找到。用户借助生命周期整合可实现更短的产品开发时间、更快的调试,并通过驱动组件的优化设计实现更高可靠性。

因此,结合工业4.0“智能工厂”和“智能生产”两大主题,全集成驱动系统概念符合工业4.0定位及目标,为智能化生产系统、过程及网络化分布式生产实施,企业生产物流管理、人机互动等工业生产过程的应用提供了技术保障及自动化产品系统的支撑。

四、数字化工厂在华推进 “工业4.0”

 

在“数字化”企业,每研发生产一件新产品,它都会拥有自己的数据信息。这些数据信息在研发、生产、物流的各个环节中被不断丰富,实时保存在一个数据平台中。 通过虚拟化的产品设计和规划,实现了信息的无缝互联,使工厂全面透明化。利用制造实行系统Simatic IT和全集成自动化解决方案(TIA),将产品及生产全生命周期进行集成。新工厂前瞻性的设计还赋予了工厂极高的灵活性,可满足不同产品的混合生产,并为将来的产能调整做出合理规划。

自去年3月西门子工业自动化产品成都生产研发基地开始动工建设,历时一年多,2013年9月11日西门子成都工厂建成投产。这是西门子在德国之外建立的首家“数字化企业”,也是继德国安贝格、美国凤凰城之后,西门子全球第三个工业自动化产品研发中心。成都工厂实现了从产品设计到制造过程的高度数字化,是迈向工业4.0时代的基础。

据了解,成都工厂与西门子在中国的其他工厂相比,产品交货时间缩短了50%。同时,数字工厂的规划可以减少产品上市时间至少30%。 

在“工业4.0”时代,人们意识到这将是虚拟世界将与现实世界相融合。通过计算、自主控制和联网,人、机器和信息互相连接,融为一体。通过数字化工厂的建设,现有的技术和创新将被整合到一个数字化企业平台中,进而使产品开发流程和生产任务配置所消耗的时间、人力和资源会得到大幅缩减,生产流程将得到大大改进。这一实质性的举措,是西门子在华推进“工业4.0”里程碑的事件,也将对中国工业发展产生深远有意义的影响。

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