德国第四次工业革命-超级震撼

        受中国液压气动密封件工业协会委托，笔者观摩参与了德国汉诺威 2013 工业博览会。这次汉诺威博览会的热议话题是“第四次工业革命”。                                 “第四次工业革命”(Industrie 4.0)最早是在 2011 年汉诺威博览会上，由三位大学教授提出来的。         制造业在德国的国民经济中(创造的价值)占26%。作为提升传统制造业的战略发展方向，112页的实施建议由项目研究组在2012年10月2日提交给德国联邦政府此项目牵头的教育科研部(BMBF)、经济部(BMWi)和内政部(BMI)。已拨款2亿欧元(约16亿人民币)作为第一步的研发经费。         这是一场有组织的革命。德国的机械设备制造协会(VDMA)、电子工业中央联盟(ZVEI)和信息通讯新媒体协会(BITKOM)有史以来第一次搭建了一个联合工作平台，2013年4月开始工作，任务之一就是协调已有的和要开始的研究项目。         在德国，工业革命是如此认定划分的：         第一次，机械化。从18世纪末开始，蒸汽机逐步取代人力。         当时，机器采用集中动力驱动，动力从上空的动力轴通过皮带传给机器。         机械制造，之前已开始有分工，但直到采用新动力方式，才开始如今天的形态。         机床制造，作为一个行业，最早从英国开始。“Made in Germany”就是当年英国人在德国人造的机床上贴的(作为劣质品的)警告标志。         第二次，流水线生产。始于1913年美国人福特采用流水线制造汽车，规格化生产，成本大大下降，价格从850US$降到370US$。但同时也大大地放弃了个性化。         机器和流水线开始逐步由电驱动，更易控制。         第三次，自动化。始于1974年。当时在德国一个小地方(Neuhausen im Enzkreis)的一个小企业(Klaschka GmbH)研发出了由集成电路制成的PLC(可编程逻辑控制器)。控制逻辑，相对继电器组成的控制器，可以更方便更灵活地更换修改，迈出了微处理器控制工业应用的第一步。但当时正值冷战，没有人想到这个小东西会对工业生产带来如此大的变化，以致值得称之为革命。以后，硬件水平、集成度不断提高，采用了C语言和更高级的编程语言，不仅可以描述简单的与或逻辑关系，还可以描述各种复杂的控制策略(PID、自适应、自学习等等)，现在已被广泛使用，几乎无处不在。         一个典型的例子是汽车工业。在上世纪八十年代末，美国麻省理工学院完成的一项耗资500万US$的调研报告“改变了世界的机器”说，日本汽车工业之所以能在20年里抢占世界三分之一市场，除了“苗条”(零库存)工厂外，最重要的一点是因为广泛实现了装配自动化，机器人辅助的装配大幅度地提高了质量与生产率，因此，今后美国和欧洲的汽车工业很难与之竞争。但是，德国的汽车工业挺住了，其中一个原因就是，德国的机器人中都装有PLC，程序可以灵活地不断更换改进。         而第四次工业革命的目标则是工厂智能化Intelligente Fabrik(Smart Factory)。         中心：让网络技术进入制造业。         背景：今后制造业将面临的形势——紧缺的资源、能源转变、员工年龄结构改变、全球化。         技术基础：网络和空间分布系统、顺畅的通讯，宽带速度达7000Mbit/s。         特点：灵活易变、高资源效率、考虑人类工程学、以及使企业与顾客、业务伙伴最紧密地结合。         设想的变革大致在以下几个方面。         1) 生产工艺与信息技术融合         目前所说的数字化工厂，首先强调的是生产计划数字化和大量使用各种计算机辅助技术：CAD、CAM、CIM、PPS(生产计划控制系统)、PDM、DMU(数字试验模型)、PLM(产品生命周期管理)，等等，较多地是基于一个相对固定、由上而下的生产集中控制系统。而新的革命强调的则是分散，降低集中控制度，增加生产设备的自主控制，把分散的自主的智能化的制造设备，通过网络的形式紧密地联接在一起，具有更开放，更积极通讯的系统结构，更具动态性和灵活性，从而能发掘出更多优化的可能，估计可以提高生产效率 30%。其中，CPS 将起一个核心的作用。         CPS——Cyber-Physical System，网络实体融合控制系统是一个由传感器、控制电脑、执行器以及网络组合的控制系统。         目前在某些领域，例如航空、汽车、化工生产、基础建设、能源、健康、制造、交通控制、娱乐和消费性电子产品等等，已出现了类似于 CPS 的电子组合控制系统，但这些系统目前通常都是嵌入式系统，比较强调其运算控制能力，CPS 则更强调实体装置和电脑网络的连结。         CPS 是借用技术手段实现人的控制在时间、空间等方面的延伸，本质就是人、机、物的融合。所以，也被称为人机物融合系统。         2)产品个性化         生产高度灵活的工厂可以迎合顾客对产品个性化、多样化、不断改变的要求，可以通过现代化的手段，以大批量生产的成本，制造批产量 1 的产品。从某种意义上说，回到了第一次工业革命之前。顾客与工厂频繁交流沟通，不仅在订合同前，而且在下订单后、设计、加工、装配、调试阶段。因此，顾客甚至可以在产品生产过程中改动他的订单细节。         力士乐泵厂，虽说年产 100 万台以上，但十几个大类，每类有十几个规格，每个规格的变量功能有十几种，不同的限压、恒功率值等等要设定。因此，最终产品好几万种，每批量并不很多。灵活多变的管理是极其重要的。         3)生产人性化         通过工厂智能化，更多的员工可以有灵活的工作时间，因此工作更安心了。         利用网络，生产可以分散，从而可以分散能量供应。         利用网络，员工可以就近，甚至在家里上班。他们问道，如果大量员工每天长途开车上班，到厂里再花很大力气节能减排，又有多大实际意义呢？        A. 所有加工设备、待加工部件(运输小车)、装料机器手都装有 CPS，都具有无线上网功能。         B. 待加工部件不通过中央控制器，直接与加工设备联系确定，到哪台设备进行哪些加工。工件控制工厂。         C. 负责下道工序的加工设备直接调用待加工件，独立自主的运输小车根据地下铺设的感应线路，把工件送给装料机器手。  

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