2014年10月14日 星期二

工业柔实力:个性化产品的批量化生产【工業4.0】

工业柔实力:个性化产品的批量化生产

2014年10月13日
2014年德国汉诺威国际工业博览会西门子公司的展台前人头攒动:一条代表“未来制造”的汽车生产线抓住了参观者的眼球。两台库卡机器人正完美配合,装配大众高尔夫7系轿车的车门。
这些机器人不仅具备娴熟的装配技艺,它们还懂得彼此沟通——如果前一台机器人提高速度,它会提前通知后一台机器人做好准备;它们甚至还能灵活变换工作任务,几分钟前还在安装车门,几分钟后就可能开始另一项新任务,比如安装方向盘,甚至喷涂油漆。“机器对话”(M2M,Machine-to-Machine,机器对机器的通信)是按部就班的自动化生产的一次跨越,也是未来制造的标志之一。
沟通是未来智能制造的核心要素——这种沟通包括人与人、人与机器、机器与机器之间的信息交换。对于人来说,1/10秒意味着实时;而对于制造过程来说,要做到高效精准,机器间的沟通就必须做到百万分之一秒,甚至更低。懂得交流的机器让整个制造过程更加智能:机器可以用自己的语言交换信息;可以借助海量数据提供的“经验”,对生产中复杂的状况做出精准判断;它们还逐步发展出“模仿”、“学习”能力,甚至懂得自行组织生产,从而不断提升生产效率。
福布斯中文版撰写了一组系列文章,为大家分享制造业革命正如何深刻地改变未来工厂的制造方式。本文为第一篇,原题《工业柔实力》。你还可以点击阅读《从制造到服务》《制造革命主战场》《工业大数据》

改变的不仅仅是机器,其他生产要素也在向数字化的方向发展。汉诺威工业博览会现场,“未来制造”的场景随处可见:高度逼真的产品软件设计系统;戴上3D眼镜就能直接参观的虚拟工厂;虚拟仿真的智能生产线;可以打印出金属零部件的3D打印制造;就连谷歌眼镜也成了人们控制生产线的工具。
“我们正在目睹一场深刻的工业生产变革,它也被称作‘第四次工业革命’。”西门子股份公司管理委员会成员鲁思沃教授(Prof.Dr.Siegfried Russwurm)说。相对于德国定义的以蒸汽机时代、流水线生产、自动化生产为标志的前三次工业革命,“第四次工业革命” 将建立于信息物理融合系统(CPS)之上。
德国是这一场围绕“数字工厂”、“数字生产”的制造业革命积极推动者,而这场革命又被称为“工业4.0”。2011年德国汉诺威工业博览会上,“工业4.0”一词首次出现,2013年同样在汉诺威工业博览会,德国“工业4.0小组”正式提出“工业4.0”的概念。 
软件和互联网正在颠覆人们印象中那个仍然封闭而传统的工业世界。尽管今天人们的生活中智能手机已经普及,智能家居开始迈开脚步,网络社交、电子商务、互联网娱乐、在线教育已经渗透到生活的方方面面,但在工业领域,这一场虚拟与现实融和的制造革命才刚刚开始。“这场变革将是一个渐进的过程。工业4.0的真正到来可能需要20年左右的时间,在此期间,变化将不断出现和递进。”鲁思沃说。
驱动工业4.0时代到来的是人们的需求。“以汽车为例,几十年前,人们有一辆能够代步的汽车就已经很满足,但今天可能人人都希望自己的汽车拥有与众不同的‘个性’。与此同时,他们只愿意接受平民化的价格、不超过3周的等待时间。”鲁思沃举例说。“90后亚文化促使B2B、B2C的商业模式都需向C2B模式改变。”SAP全球高级副总裁、全球研发网络总裁柯曼(Clas Neumann)认为。这种个性化的需求正在成为一种趋势潮流,变为人们对生活中各种产品的渴望—— 既然我们生来都是独具个性的个体,那么为何不能使用量身定制的物品?
正因为人们对个性化需求的日益增强,当条件具备时,此前为提高生产效率、降低产品成本的规模化、复制化生产方式也将随之发生改变—— 工业4.0时代,个性化产品将以高效率的批量化方式生产。“个性化”是精耕细作、灵活创意的代名词,“规模化”曾经意味着大批量、重复生产,智能制造就是让“个性化”和“规模化”这对工业生产中的矛盾相融合的生产方式,互联网则能够让制造链条上的各个环节更加紧密、高效协作。
现实版的“工业4.0”工厂尚未出现,但鲁思沃认为,西门子已经拥有“工业3.X”的工厂。西门子德国安贝格工厂就是这样一家智能“数字工厂”。如果说安贝格工厂高度自动化的生产线每秒产出一个产品还只是自动化生产时代高效率的标志,那么在这个仅有1,000多员工、10余条生产线的工厂里,每年可以用近30亿个零部件、生产1,000多种工业控制产品则是柔性生产的跨越。更为重要的是,“数字工厂”的产品的缺陷率仅为百万分之12,而全球最出色的德国和日本工人的平均缺陷率也要会达到百万分之300到500。
西门子股份公司管理委员会成员、前西门子工业领域CEO鲁思沃教授。
西门子股份公司管理委员会成员、前西门子工业领域CEO鲁思沃教授。

“这里有两座工厂—— 一座现实工厂,一座虚拟工厂,任何生产计划的改变都通过虚拟工厂下达任务,再传递到现实生产中实施,而这种计划的调整可能发生在转瞬之间。”安贝格工厂前副总经理李永利说。到工业4.0时代,机器的自我学习、自我决策能力会极大提升,并且价值链条上的工厂会连成一片。
“要真正实现工业4.0必须具备多方面条件,比如数据传输协议和衡量标准的标准化、强大的基础设施、数据传输的安全性、法律保障、人才储备等等,因此工业4.0不是靠某一家公司的一己之力能够实现的,而需要许多扮演不同角色的公司共同协作。”柯曼说。
以制造业为傲的德国政府对“工业4.0”寄予厚望。2013年,德国联邦政府将“工业4.0”上升到国家战略层面,并为此拨款2亿欧元。2014年汉诺威展会的首日,德国总理默克尔亲临现场。在开幕式上,默克尔表示,“工业4.0”是德国的一个里程碑—— 德国希望能够在传统制造业仍然保持世界领先地位,并且在适当的时候将其与现代信息技术结合起来,否则德国就会在一些领域失去与世界接轨的机会。
“德国曾被视为‘欧洲病人’,因为我们还在做硬件制造,但几次金融危机中德国稳健的经济增长证明了制造业对于一个国家的作用。”鲁思沃说。在西方发达经济体中,德国是为数不多的制造业仍然保持在GDP总量中20%以上份额的国家。据麦肯锡咨询的统计,2013年制造业为德国GDP的贡献率为23%,就业贡献率17%,出口贡献率72%。
不仅仅是德国,金融危机的警钟正重新唤起更多欧美国家对于工业的关注。欧盟希望增加制造业在经济增长中所占的比例—— 在2020年前,该比例从目前欧盟国家平均值的16%增加到20%;英国希望通过“再工业化”的新手段和新政策,增大工业、制造业在经济结构中的比重,打造高端制造业;美国则正在计划一场“工业复兴”,颁布了全美制造业创新机制,探索各种可能,试图回到以制造业为主体的经济模式上来。今年2月,奥巴马政府宣布在底特律和芝加哥分别再建两所先进制造中心,期望制造业创造更多就业。
工业柔实力:个性化产品的批量化生产
让西方发达经济体感到不安的是以中国为代表的新型经济体在工业领域中的崛起。据环球通视(IHS Global Insight)的数据统计,2000年发达国家在全球制造业产出中所占比重高达73%,而发展中国家仅占剩余的27%;但到了2011年,发达国家所占比重大幅下滑至54%。在国家层面上,2011年,中国所占比重升至19.8%—— 美国因此失去100多年来全球制造业第一大国的地位,而2000年中国在全球制造业产出中所占比重仅为7%。如果这一趋势延续,发达国家政府担心有可能丧失在全球制造业领域中的主导地位。
一些舆论认为一场数字化工业革命的到来可能扭转发达国家在工业领域的颓势。2012年4月,《经济学人》杂志(Econimist)封面报道《第三次工业革命》文章指出,制造业数字化所带来的影响将大大超出人们的认知,它将会让一些在很久以前被新兴市场抢夺的生产岗位重新回到发达国家;《金融时报》记者、《新工业革命》一书作者马什(Peter Marsh)也表达了类似观点:近年来,中国以及其他国家在内的新兴经济体的制造业增长势头或已显露疲态,新工业革命产生的影响可能更为显著地在发达国家得到体现

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