王愛民:德國工業(yè)4.0發(fā)展思路的一脈相承分析
看了林雪萍先生的公眾號(hào)文章“德國制造 正在想什么“”,深有同感并且感觸良多。從德國工業(yè)4.0的初始宣傳開始,到前期的漢諾威工業(yè)展,到現(xiàn)在的“自主產(chǎn)線L4”PL4(Production Level 4),其實(shí)感覺到的,倒不是在提出什么新的理念,而是其對(duì)初心的一直堅(jiān)持。
(1)緣起-始終強(qiáng)調(diào)軟件定義制造
下圖是德國工業(yè)4.0的典型資料圖片,其所表達(dá)的含義是生產(chǎn)線中所有的硬件單元都有對(duì)應(yīng)的軟件形式的服務(wù),比如傳感器服務(wù)、控制服務(wù)、通訊服務(wù)、校驗(yàn)服務(wù)、信息服務(wù)等,整個(gè)CPS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就是一個(gè)服務(wù)連接網(wǎng)絡(luò),具有“服務(wù)聯(lián)網(wǎng)”或者“務(wù)聯(lián)網(wǎng)”的概念,這些服務(wù)有層次并且能夠動(dòng)態(tài)組合配置。所謂的智能管控,體現(xiàn)為硬件資源的離散化,通過服務(wù)化封裝,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)資源鏈條的重構(gòu)與控制,并可以進(jìn)一步的支持“軟件定義制造”理念的落地。
下面這張圖也是德國工業(yè)4.0宣傳素材中經(jīng)常被使用的圖,其中作為的基礎(chǔ)是物聯(lián)網(wǎng),作為頂層賦能的是服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)(應(yīng)該是服務(wù)型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)),其所表達(dá)的是:CPPS以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ),以服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)為表現(xiàn)形式,通過與實(shí)體對(duì)應(yīng)的服務(wù)的自組織和自配置,實(shí)現(xiàn)軟硬融合的優(yōu)化運(yùn)行。
(2)案例-從柔性可重構(gòu)制造系統(tǒng)及其物流做起
結(jié)合2019年漢諾威工業(yè)展相關(guān)資料,其實(shí)就已經(jīng)呈現(xiàn)出一些這種思路的發(fā)展苗頭。
SEW EuroDriveGraben工廠(傳動(dòng)設(shè)備)。SEW主要提供全套解決方案,很少賣零部件,并很強(qiáng)調(diào)客戶服務(wù)(10年上門維保等)。并且整車廠,機(jī)場(chǎng)行李傳送等,都是定制化的產(chǎn)品。各種電機(jī)×控制器×變速箱,疊加軌道等等,SKU會(huì)高達(dá)10萬數(shù)量級(jí)。整體上都是一個(gè)個(gè)單元或者制造島。并且從動(dòng)畫視頻上可以看出,這些生產(chǎn)單元島中的工位配置具有可移動(dòng)調(diào)整的特點(diǎn)(帶有滾輪),后續(xù)應(yīng)該可以根據(jù)任務(wù)的變化進(jìn)行快速的配置調(diào)整,整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的可伸縮性應(yīng)該比較好,屬于按需組織生產(chǎn)節(jié)拍,呈現(xiàn)出軟件定義制造的苗頭,這也是可重構(gòu)制造系統(tǒng)(RMS)的要求。這種生產(chǎn)方式在物理上對(duì)物流的調(diào)度控制將有很高的要求,在系統(tǒng)上其實(shí)貫徹了精益生產(chǎn)的本質(zhì),協(xié)調(diào)、協(xié)同、精準(zhǔn)、精確的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及流程的精益銜接,這個(gè)方面對(duì)我們的數(shù)字化轉(zhuǎn)型也是很好的借鑒。
進(jìn)一步的:在這種趨勢(shì)下面,AGV等傳輸設(shè)備本身就將是作業(yè)工位,甚至傳統(tǒng)的批量化汽車生產(chǎn)的固定線都將被打碎,從而提供了一種柔性生產(chǎn)布局及其運(yùn)行控制的可能。
(3)未來-多智能體制造系統(tǒng)
正如林雪萍先生在文章寫到的: “網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)帶來了靈活性,但也帶來了復(fù)雜性。新的系統(tǒng)架構(gòu)要求在軟件方面采用新的通信、協(xié)調(diào)和控制方式。而多年來,德國智能工廠聯(lián)盟一直致力于自主制造,讓生產(chǎn)單元之間實(shí)現(xiàn)能力協(xié)作,甚至可以跟外地工廠形成自主的產(chǎn)線切換。這正是“自主產(chǎn)線PL4”概念的核心。參加聯(lián)盟的20多個(gè)成員,目前正在處理自治要素之間的協(xié)調(diào)方式,而解決方法就是“多智能體系統(tǒng)“。這種方式,可以讓工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的使用者在跨部門跨工廠地使用,而正在生產(chǎn)的產(chǎn)品、位置、已經(jīng)執(zhí)行的工序和待完成的工序,都需要送達(dá)網(wǎng)上,路人皆知!
真正的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(非現(xiàn)在的那些工業(yè)互聯(lián)網(wǎng))的發(fā)展將使得工業(yè)裝備和產(chǎn)品的智商技術(shù)得到極大增強(qiáng)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了智能設(shè)備之間的通信協(xié)作,大大提高了工業(yè)裝備的智商。生產(chǎn)裝備和產(chǎn)品開始有了自己的“思維”,產(chǎn)品需要告訴生產(chǎn)設(shè)備關(guān)于自己的信息和制造細(xì)節(jié)以協(xié)助生產(chǎn),生產(chǎn)設(shè)備之間需要溝通來合理安排自己的時(shí)間和動(dòng)作。同時(shí),信息物理系統(tǒng)(CPS)通過無處不在傳感網(wǎng)絡(luò),將物理設(shè)備聯(lián)網(wǎng),使之具備感知、通信、計(jì)算、遠(yuǎn)程控制、自我管理的功能,實(shí)現(xiàn)人、產(chǎn)品、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)之間新的互動(dòng)關(guān)系,極大的提高了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能化水平。
這種技術(shù)的發(fā)展,將使得產(chǎn)線和車間乃至廣域的供應(yīng)鏈,行成一種社會(huì)化形態(tài)的運(yùn)行方式。(這也是工業(yè)4.0探討中宣傳廣泛的一張圖)
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效率與柔性兼顧,智能與人融合,快速響應(yīng)可重構(gòu),IT與OT貫通集成,將都是和始終是智能制造發(fā)展的永恒不變的主題。林雪萍先生在文章中提到的“共享產(chǎn)能”,其本質(zhì)上也是需要對(duì)設(shè)備/能力單元進(jìn)行層層的封裝以支持按需控制和動(dòng)態(tài)重構(gòu)組織,這樣才能實(shí)現(xiàn)底層支持的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造(對(duì)內(nèi)和對(duì)外),才能真正落實(shí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深度發(fā)展而不是簡單的數(shù)據(jù)采集或者信息管理。(參見筆者前期公眾號(hào)文章:王愛民:關(guān)于設(shè)備資產(chǎn)建模的一些思考)。
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