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王爱民:德国工业4.0发展思路的一脉相承分析

看了林雪萍先生的公众号文章“德国制造 正在想什么“”,深有同感并且感触良多。从德国工业4.0的初始宣传开始,到前期的汉诺威工业展,到现在的“自主产线L4”PL4(Production Level 4),其实感觉到的,倒不是在提出什么新的理念,而是其对初心的一直坚持。

(1)缘起-始终强调软件定义制造

下图是德国工业4.0的典型资料图片,其所表达的含义是生产线中所有的硬件单元都有对应的软件形式的服务,比如传感器服务、控制服务、通讯服务、校验服务、信息服务等,整个CPS网络系统就是一个服务连接网络,具有“服务联网”或者“务联网”的概念,这些服务有层次并且能够动态组合配置。所谓的智能管控,体现为硬件资源的离散化,通过服务化封装,实现业务资源链条的重构与控制,并可以进一步的支持“软件定义制造”理念的落地。

下面这张图也是德国工业4.0宣传素材中经常被使用的图,其中作为的基础是物联网,作为顶层赋能的是服务互联网(应该是服务型),其所表达的是:CPPS以物联网为基础,以服务互联网为表现形式,通过与实体对应的服务的自组织和自配置,实现软硬融合的优化运行。

(2)案例-从柔性可重构制造系统及其物流做起

结合2019年汉诺威工业展相关资料,其实就已经呈现出一些这种思路的发展苗头。

SEW EuroDriveGraben工厂(传动设备)。SEW主要提供全套解决方案,很少卖零部件,并很强调客户服务(10年上门维保等)。并且整车厂,机场行李传送等,都是定制化的产品。各种电机×控制器×变速箱,叠加轨道等等,SKU会高达10万数量级。整体上都是一个个单元或者制造岛。并且从动画视频上可以看出,这些生产单元岛中的工位配置具有可移动调整的特点(带有滚轮),后续应该可以根据任务的变化进行快速的配置调整,整个生产系统的可伸缩性应该比较好,属于按需组织生产节拍,呈现出软件定义制造的苗头,这也是可重构制造系统(RMS)的要求。这种生产方式在物理上对物流的调度控制将有很高的要求,在系统上其实贯彻了精益生产的本质,协调、协同、精准、精确的业务数据及流程的精益衔接,这个方面对我们的也是很好的借鉴。

进一步的:在这种趋势下面,AGV等传输设备本身就将是作业工位,甚至传统的批量化汽车生产的固定线都将被打碎,从而提供了一种柔性生产布局及其运行控制的可能。

(3)未来-多智能体制造系统

正如林雪萍先生在文章写到的: “网络化生产带来了灵活性,但也带来了复杂性。新的系统架构要求在软件方面采用新的通信、协调和控制方式。而多年来,德国智能工厂联盟一直致力于自主制造,让生产单元之间实现能力协作,甚至可以跟外地工厂形成自主的产线切换。这正是“自主产线PL4”概念的核心。参加联盟的20多个成员,目前正在处理自治要素之间的协调方式,而解决方法就是“多智能体系统“。这种方式,可以让工业互联网中的使用者在跨部门跨工厂地使用,而正在生产的产品、位置、已经执行的工序和待完成的工序,都需要送达网上,路人皆知。”

真正的物联网技术(非现在的那些工业互联网)的发展将使得工业装备和产品的智商技术得到极大增强。工业互联网实现了智能设备之间的通信协作,大大提高了工业装备的智商。生产装备和产品开始有了自己的“思维”,产品需要告诉生产设备关于自己的信息和制造细节以协助生产,生产设备之间需要沟通来合理安排自己的时间和动作。同时,信息物理系统(CPS)通过无处不在传感网络,将物理设备联网,使之具备感知、通信、计算、远程控制、自我管理的功能,实现人、产品、设备、网络之间新的互动关系,极大的提高了工业互联网的智能化水平。

这种技术的发展,将使得产线和车间乃至广域的供应链,行成一种社会化形态的运行方式。(这也是工业4.0探讨中宣传广泛的一张图)

..................................…………………

效率与柔性兼顾,智能与人融合,快速响应可重构,IT与OT贯通集成,将都是和始终是智能制造发展的永恒不变的主题。林雪萍先生在文章中提到的“共享产能”,其本质上也是需要对设备/能力单元进行层层的封装以支持按需控制和动态重构组织,这样才能实现底层支持的网络化协同制造(对内和对外),才能真正落实工业互联网的深度发展而不是简单的数据采集或者信息管理。(参见笔者前期公众号文章:王爱民:关于设备资产建模的一些思考)。

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