如今，制造業(yè)中最寶貴的資源不是鋼鐵、煤炭或電力，而是數(shù)據(jù)。制造商們開啟了他們的工業(yè) 4.0 之旅，這是在人工智能和大規(guī)模連接推動(dòng)下的最新工業(yè)革命。
在這個(gè)新時(shí)代，企業(yè)可以利用傳感器和數(shù)字系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)來監(jiān)控現(xiàn)實(shí)世界的生產(chǎn)流程，為實(shí)現(xiàn)更靈活的生產(chǎn)模式奠定基礎(chǔ)，從而滿足不斷變化的消費(fèi)者需求。
但是，就工業(yè)4.0的當(dāng)前側(cè)重點(diǎn)而言，消費(fèi)者需求僅僅是冰山一角。在波及全球的經(jīng)濟(jì)、地緣政治、環(huán)境、人口問題和危機(jī)影響下，工業(yè)勞動(dòng)力供給和供應(yīng)鏈?zhǔn)艿搅饲八从械臎_擊。例如，新冠肺炎(COVID-19)疫情的發(fā)生凸顯了先進(jìn)技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及靈活的制造和供應(yīng)鏈的重要性。
隨著自動(dòng)化程度不斷提高，并由機(jī)器人承擔(dān)重復(fù)性危險(xiǎn)工作，制造商可以提升勞動(dòng)力價(jià)值，確保生產(chǎn)連續(xù)性。這不僅可以解放員工，讓他們能夠發(fā)揮自己的腦力，還可以將以前外包的自動(dòng)化和重復(fù)性工作拿回自行完成。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研究中心副主任、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校副教授Kaibo Liu表示：“人們現(xiàn)在開始討論和關(guān)注的功能越來越多，例如物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等在制造環(huán)境中的使用。您會(huì)注意到，我們開始從制造過程中收集分辨率越來越高的數(shù)據(jù)，從而在更多方面能夠做出實(shí)時(shí)決策。”
制造商不得不改變其運(yùn)營(yíng)方式以響應(yīng)這種新型需求，包括采用更多的本地化制造設(shè)施，以及設(shè)計(jì)可以針對(duì)不同的批次規(guī)模快速重新配置的生產(chǎn)線。
——Nicola O’Byrne ADI公司互連運(yùn)動(dòng)和機(jī)器人市場(chǎng)經(jīng)理
提高供應(yīng)鏈的本地化程度也會(huì)提高制造業(yè)的靈活性，通過降低運(yùn)輸復(fù)雜性，減少對(duì)環(huán)境的影響。最后，制造商利用可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和易于重新配置的系統(tǒng)，可以迅速做出決策，例如安排維護(hù)計(jì)劃、調(diào)整機(jī)器設(shè)置或從服裝制作轉(zhuǎn)向口罩生產(chǎn)。
下一次工業(yè)革命的一些要素仍然是令人向往的未來構(gòu)想，比如由一組自主機(jī)器人來協(xié)作完成建筑、恢復(fù)和救援等高級(jí)任務(wù)，有些方面已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。分散式3D打印設(shè)備就是一個(gè)典型示例，它縮短了先進(jìn)制造技術(shù)的上市時(shí)間和客戶交付時(shí)間。如果能與正確的合作伙伴合作，如今的企業(yè)就能夠贏得工業(yè)4.0制造技術(shù)帶來的效率、安全性和生產(chǎn)力等方面的優(yōu)勢(shì)，并為制造業(yè)的下一次轉(zhuǎn)型打下基礎(chǔ)。
第 4 次工業(yè)革命
第三次工業(yè)革命為我們帶來了電子、計(jì)算、電信和數(shù)字技術(shù)，讓制造商在設(shè)計(jì)工廠時(shí)，使其能夠大批量生產(chǎn)少數(shù)產(chǎn)品，甚至大批量生產(chǎn)單個(gè)產(chǎn)品。相比 20 世紀(jì) 20 年代，或者 21 世紀(jì)早期，現(xiàn)如今的消費(fèi)者希望擁有更多選擇和更高程度的定制體驗(yàn)，因此需要更高的靈活性。
ADI公司狀態(tài)監(jiān)控 Otosense AI 部門的副總裁 Kevin Carlin 表示：“如果您想要買一輛車，您會(huì)有很多種選擇。制造商需要能夠滿足數(shù)十萬(wàn)，甚至數(shù)百萬(wàn)種不同的配置需求。同時(shí)還需要管理整個(gè)工廠和供應(yīng)鏈，以能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)這種需求，并配置工廠從一種模式轉(zhuǎn)向另一種模式。”
實(shí)現(xiàn)這種飛躍并非易事。大多數(shù)工廠依賴現(xiàn)有的、可能已經(jīng)過時(shí)的技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)。如果只是簡(jiǎn)單地用新設(shè)備取代舊設(shè)備，不但價(jià)格昂貴，而且往往不切實(shí)際。所以，向工業(yè)4.0制造轉(zhuǎn)型應(yīng)該依靠增強(qiáng)，而不是替代——將現(xiàn)代化IT技術(shù)支持實(shí)現(xiàn)的智能帶到工廠中的現(xiàn)有設(shè)備。
通過在生產(chǎn)層面構(gòu)建傳感器驅(qū)動(dòng)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，ADI 公司等合作伙伴幫助制造商們開始采用狀態(tài)監(jiān)控等新興技術(shù)。如此，工廠可以通過傳感器監(jiān)控特定設(shè)備或零件的健康狀況，主動(dòng)識(shí)別、診斷和解決異常，以免造成問題甚至導(dǎo)致全面故障。這種實(shí)時(shí)監(jiān)控可以幫助延長(zhǎng)設(shè)備壽命并提高吞吐量。鑒于計(jì)劃外停機(jī)的成本可能占總制造成本的近四分之一，所以采用預(yù)測(cè)性維護(hù)有望大幅節(jié)省成本并提高生產(chǎn)力。
停機(jī)成本
對(duì)制造商來說，計(jì)劃外停機(jī)成本高昂，而防止計(jì)劃外停機(jī)是工業(yè) 4.0 制造技術(shù)的一個(gè)主要目標(biāo)和特色。
23.9%的總制造成本來自停機(jī)成本
資料來源：“在制造中采用先進(jìn)維護(hù)的成本和優(yōu)勢(shì)”，美國(guó)商務(wù)部，2018 年 4 月。
將 IT 技術(shù)運(yùn)用到廠區(qū)
隨著工業(yè) 4.0 到來，制造商們開始從傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施過渡到新的網(wǎng)絡(luò)解決方案，以加快速度，改善數(shù)據(jù)管理和提高能效。
硬件實(shí)現(xiàn)安全性
工業(yè) 4.0 制造有一個(gè)核心概念，稱為“互操作性”，即在大量工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的能力。制造車間使用許多設(shè)備制造商提供的設(shè)備、軟件協(xié)議和專有網(wǎng)絡(luò)。到目前為止，還沒有任何方法讓這些單獨(dú)的協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)能夠相互通信。時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)( TSN )的出現(xiàn)將首次實(shí)現(xiàn)這一功能。
現(xiàn)在的智能工廠會(huì)生成大量數(shù)據(jù)，所以為了實(shí)現(xiàn)互操作性，必須先構(gòu)建可靠的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。實(shí)時(shí)確定性以太網(wǎng)就是一種可以幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的技術(shù)，它能夠更有效地管理互聯(lián)工廠中的海量數(shù)據(jù)。除了在傳感器技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位外，ADI 公司等合作伙伴還率先推出硬件改進(jìn)（例如實(shí)時(shí)確定性以太網(wǎng)交換機(jī)），幫助構(gòu)建工廠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。
“在各個(gè)系統(tǒng)之間建立實(shí)時(shí)、高帶寬連接，以更有效地控制各個(gè)生產(chǎn)過程，從而提高效率。”
—— Martin Cotter ADI公司銷售與數(shù)字營(yíng)銷高級(jí)副總裁
ADI 公司全球銷售與數(shù)字營(yíng)銷高級(jí)副總裁Martin Cotter表示：“在從物理向數(shù)字轉(zhuǎn)變的過程中，我們的任務(wù)是確保邊緣生成的信息現(xiàn)在能夠傳輸給特定工廠中的任何設(shè)備。”他補(bǔ)充道：“在各個(gè)系統(tǒng)之間建立實(shí)時(shí)、高帶寬連接，以更有效地控制各個(gè)生產(chǎn)過程，從而提高效率，幫助提高產(chǎn)出的確定性，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)下一代工業(yè)流程。”
成功實(shí)現(xiàn)互操作性之后，制造商就可以開始采用工業(yè) 4.0 制造中令人激動(dòng)的先進(jìn)技術(shù)，例如可以和人類一起在工廠中工作的機(jī)器人和“協(xié)作機(jī)器人”。與自動(dòng)駕駛汽車一樣，這些機(jī)器同樣依靠先進(jìn)的傳感解決方案的支持，可以三維感測(cè)周圍的環(huán)境，在它們執(zhí)行重復(fù)性的復(fù)雜任務(wù)時(shí)，確保高度安全。
未來的工廠
下一代解決方案將兌現(xiàn)工業(yè) 4.0 的承諾，幫助提高生產(chǎn)力、效率、安全性和靈活性。
機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人
利用由傳感器支持的分析，工廠可以主動(dòng)識(shí)別和解決機(jī)械問題，以防造成機(jī)器故障和中斷生產(chǎn)。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
為工業(yè)環(huán)境定制的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品甚至可以在嚴(yán)苛的制造環(huán)境中實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信，這給射頻帶來了新的挑戰(zhàn)。
機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人
先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制和傳感解決方案正在將機(jī)器人與人類的協(xié)作變成現(xiàn)實(shí)，并開始在工廠環(huán)境中運(yùn)用。
ADI等合作伙伴可以將不同的傳感模式（例如視覺和飛行時(shí)間）與連接技術(shù)（例如確定性以太網(wǎng)）結(jié)合，用于實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，并更精準(zhǔn)地控制機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人。據(jù)一份報(bào)告顯示，使用這些工具可幫助美國(guó)制造商每年節(jié)省約404億美元的資金。
“我們提供數(shù)據(jù)，哪里產(chǎn)生數(shù)據(jù)，哪里就有我們。50年以來，ADI公司深受客戶的信賴，幫助他們解決嚴(yán)峻的工程挑戰(zhàn)。我們擁有豐富的領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)，這為我們攜手當(dāng)今客戶推動(dòng)未來發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。”
—— Martin Cotter ADI公司全球銷售與數(shù)字營(yíng)銷高級(jí)副總裁
對(duì)于制造商來說，邁向未來需要進(jìn)一步投資先進(jìn)技術(shù)，以期推動(dòng)工廠自動(dòng)化發(fā)展和提高靈活性。在實(shí)現(xiàn)物理世界與數(shù)字世界接軌的傳感器驅(qū)動(dòng)層面上，真正體現(xiàn)了工業(yè) 4.0 帶來的優(yōu)勢(shì)。