工業(yè)4.0所需要的9大類技術(shù)
更新時(shí)間：2025-02-26 點(diǎn)擊次數(shù)：286次
自工業(yè)革命以來，科技進(jìn)步大幅推動了工業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展。蒸汽機(jī)的出現(xiàn)給19世紀(jì)工業(yè)革命提供了人力無法企及的物理動能。20世紀(jì)初，電力的普及讓大規(guī)模制造成為可能。1970年代，制造自動化技術(shù)讓工業(yè)生產(chǎn)效率大幅提升。這三次科技浪潮每一次都改變了工業(yè)生產(chǎn)的面貌，我們不妨將之稱為工業(yè)1.0、工業(yè)2.0和工業(yè)3.0。但此后，制造業(yè)卻放慢了發(fā)展腳步，與IT、移動通信和電子商務(wù)等劃時(shí)代的創(chuàng)新相比，近30年工業(yè)技術(shù)并沒有取得突破性的進(jìn)展。
如今，我們終于迎來第四波工業(yè)創(chuàng)新浪潮，這就是工業(yè)4.0，它以9大類科技技術(shù)為基礎(chǔ)。在這次工業(yè)轉(zhuǎn)型中，傳感器、機(jī)器、工件和IT系統(tǒng)將在整條價(jià)值鏈上融合到一起。這種實(shí)體設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相互連接的制造系統(tǒng)能對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析，對錯誤進(jìn)行預(yù)判，并能不斷進(jìn)行自我調(diào)整，從而適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。在生產(chǎn)效率方面，在未來5-10年，越來越多的公司將采用工業(yè)4.0技術(shù)，除生產(chǎn)資料以外的可變成本將降低15-25%，工業(yè)部件制造企業(yè)將獲得的生產(chǎn)效率提升（20-30%），例如汽車制造企業(yè)生產(chǎn)率將提高10-20%。工業(yè)4.0技術(shù)將大大提升制造效率，推動經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，改進(jìn)勞動力就業(yè)結(jié)構(gòu)，并最終改變公司乃至國家之間的競爭格局。業(yè)4.0的9大類技術(shù)中的很多技術(shù)其實(shí)已經(jīng)應(yīng)用在制造業(yè)中，但工業(yè)4.0技術(shù)將這些技術(shù)整合到一起，成為完整的生產(chǎn)流程，這將改變供應(yīng)商、制造商和消費(fèi)者之間的關(guān)系，以及人與機(jī)器之間的關(guān)系。大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)對于制造領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)分析還是新鮮事物，但它已經(jīng)能幫助企業(yè)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省能源并提高設(shè)備的性能。在工業(yè)4.0的環(huán)境下，對不同數(shù)據(jù)源（設(shè)備、系統(tǒng)和企業(yè)）進(jìn)行收集和分析將成為未來企業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)決策的標(biāo)準(zhǔn)配備。半導(dǎo)體制造商收集生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，這幫助它在生產(chǎn)流程的早期預(yù)判出故障的芯片，從而提高生產(chǎn)質(zhì)量。很多生產(chǎn)行業(yè)已經(jīng)廣泛采用機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)，但今天的機(jī)器人技術(shù)變得更加強(qiáng)大。自動機(jī)器人不但更加靈活和智能，更可以在彼此之間進(jìn)行溝通互動，甚至具備學(xué)習(xí)新技能的能力。這些新機(jī)器人不但在性能上遠(yuǎn)超目前的工業(yè)機(jī)器人，更在成本上大大降低。機(jī)器人設(shè)備制造商提供生產(chǎn)的機(jī)器人就具備相互溝通的能力。這些機(jī)器人可以在一起合作，根據(jù)生產(chǎn)線上的工序調(diào)整自己的行動。這些機(jī)器人還搭載了的傳感器和控制單元，能與人類進(jìn)行緊密的合作。ABB公司推出了雙臂機(jī)器人YuMi，它可以與工人肩并肩的工作，它們具備計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)，不但可以識別零件，還能保證與人進(jìn)行安全的互動。在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，不少公司都采用了3D模擬技術(shù)來設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材料。未來，模擬技術(shù)將擴(kuò)展到更廣的范圍。人們可以用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來模仿物理世界，將新產(chǎn)品放入虛擬的生產(chǎn)環(huán)境中。在進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)前，公司可以對這些新產(chǎn)品進(jìn)行測試和優(yōu)化，從而減少設(shè)備裝配調(diào)試的時(shí)間并提高產(chǎn)品質(zhì)量。西門子公司開發(fā)了一個虛擬機(jī)器系統(tǒng)，它可以通過真實(shí)數(shù)據(jù)對機(jī)器進(jìn)行模仿。這個系統(tǒng)最多能減少設(shè)備裝配調(diào)試時(shí)間達(dá)80%。今天大部分公司的IT系統(tǒng)并未整合。公司、供應(yīng)商和顧客常常是各自為戰(zhàn)。在企業(yè)內(nèi)部，工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和職能部門也往往相互隔絕。即便是工程設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)，也沒有幾家公司能做到設(shè)計(jì)——制造——自動化的三點(diǎn)一線。但隨著工業(yè)4.0技術(shù)的發(fā)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(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將讓價(jià)值鏈真正實(shí)現(xiàn)自動化。Dassault Systèmes和BoostAeroSpace為歐洲航天和國防工業(yè)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(jìn)行復(fù)雜的合作以及數(shù)據(jù)交換。目前內(nèi)置傳感器和計(jì)算機(jī)的互聯(lián)產(chǎn)品數(shù)量仍有限。然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，以及連接標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，越來越多的產(chǎn)品將相互連接。屆時(shí)，身處不同地理位置的產(chǎn)品設(shè)備將能進(jìn)行互動和溝通，并由處理器集中控制。物聯(lián)網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)決策的去中心化，互聯(lián)設(shè)備能進(jìn)行自動分析和決策，對環(huán)境變化進(jìn)行實(shí)時(shí)反應(yīng)。博世集團(tuán)旗下的Rexroth公司推出一套自動生產(chǎn)系統(tǒng)。通過無線電編碼，不同位置的工作站可以感知每件產(chǎn)品需要進(jìn)行的生產(chǎn)步驟，并自動執(zhí)行生產(chǎn)流程。隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來，原先相互隔絕的設(shè)備將相互連接，工業(yè)系統(tǒng)和生產(chǎn)線將連接成一體。到時(shí)，網(wǎng)絡(luò)安全的重要性將大幅提高。安全可靠的網(wǎng)絡(luò)通信以及身份辨別和接入管理系統(tǒng)將變得至關(guān)重要。去年，歐洲幾家大型工業(yè)設(shè)備制造商已經(jīng)通過聯(lián)手和并購的形式與網(wǎng)絡(luò)安全公司進(jìn)行了合作。很多企業(yè)已經(jīng)開始使用職能和數(shù)據(jù)分析的云應(yīng)用。未來更多的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和功能將搭載在云端，為生產(chǎn)制造提供更多的數(shù)據(jù)相關(guān)服務(wù)。隨著技術(shù)的進(jìn)化，未來的監(jiān)測和控制流程也可能會遷移到云上。目前一些企業(yè)已經(jīng)開始采用3D打印技術(shù)，但大多數(shù)都處于試驗(yàn)階段或用于制造獨(dú)立部件。未來3D打印技術(shù)將廣泛應(yīng)用到小批量生產(chǎn)和大規(guī)模定制領(lǐng)域。3D打印技術(shù)將大大降低企業(yè)的庫存成本和物流成本。飛機(jī)制造企業(yè)已經(jīng)開始使用3D打印技術(shù)降低飛機(jī)的重量，節(jié)省稀有材料如鈦的使用量。現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)可以在很多方面協(xié)助工人生產(chǎn)，例如通過手持設(shè)備挑選倉庫中的配件或發(fā)送維修指令。這些系統(tǒng)目前還處在實(shí)驗(yàn)期，但未來這些技術(shù)將為工人提供實(shí)時(shí)信息，幫助他們進(jìn)行實(shí)時(shí)決策，改善生產(chǎn)流程。比如，未來工人可以裝備現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)眼鏡等設(shè)備，當(dāng)他們檢查一臺設(shè)備時(shí)，計(jì)算機(jī)就將故障原因和維修指南發(fā)送到工人的眼鏡上。另一種應(yīng)用是虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)。西門子為Comos軟件開發(fā)了一套發(fā)電站虛擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)。操作人員佩戴現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)眼鏡，訓(xùn)練他們在緊急狀況下的操作。
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