從漢諾威看工業(yè)4.0的模樣

范珊珊

越來(lái)越多的企業(yè)試圖將智能化、數(shù)字化、電氣化等一系列工業(yè)4.0所包含的豐富內(nèi)涵落地。而能源產(chǎn)業(yè)與工業(yè)制造融合程度如何，也從某一側(cè)面決定了工業(yè)4.0的進(jìn)程。

4月下旬，德國(guó)工業(yè)界最重要的展會(huì)之一——漢諾威工業(yè)博覽會(huì)開(kāi)展，吸引了來(lái)自世界各地的工業(yè)領(lǐng)域展商。相較于去年，今年的漢諾威更為熱鬧，擁有世界上最先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的美國(guó)成為了本屆展會(huì)的伙伴國(guó)。

毫無(wú)疑問(wèn)，這是一次傳統(tǒng)工業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)的碰撞。

2011年，也是在漢諾威展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，德國(guó)政府提出工業(yè)4.0概念，成為引領(lǐng)德國(guó)工業(yè)界發(fā)展的新方向。五年間，這一熱潮從德國(guó)涌向全球，越來(lái)越多的企業(yè)正決意將未來(lái)制造的愿景變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，他們?cè)噲D將智能化、數(shù)字化、電氣化等一系列工業(yè)4.0所包含的豐富內(nèi)涵落地。

在德國(guó)，《能源》雜志記者試圖探尋工業(yè)4.0更為豐富而具體的內(nèi)容，而在本次的展會(huì)上，記者似乎看到了工業(yè)4.0時(shí)代的雛形。2016漢諾威工業(yè)博覽會(huì)主題是融合的工業(yè)——發(fā)現(xiàn)解決方案。包含五大專業(yè)主題展：工業(yè)自動(dòng)化展、數(shù)字化工廠展、能源展、工業(yè)零部件與分承包技術(shù)展、研究與技術(shù)展。重點(diǎn)關(guān)注四大主題板塊：工業(yè)自動(dòng)化與信息技術(shù)；能源與環(huán)保技術(shù)；工業(yè)供給、生產(chǎn)工藝與服務(wù)；研究與發(fā)展。在這些豐富的板塊中，不論是德國(guó)企業(yè)還是來(lái)自世界各地的企業(yè)，都在展示智能化制造取得新進(jìn)展。

就像德國(guó)傳感器家族制造企業(yè)西克一位工程師對(duì)《能源》雜志記者所說(shuō)的那樣：“工業(yè)4.0概念囊括了太多的內(nèi)容，但是只有將這些豐富的技術(shù)和具體的工業(yè)生產(chǎn)結(jié)合時(shí)，才會(huì)有意義?！?/p>

虛擬和現(xiàn)實(shí)的連接

在漢諾威偌大的展館中，最吸引觀眾眼球的莫過(guò)于3D打印和輕型機(jī)器人。工業(yè)4.0中所包含的定制、彈性生產(chǎn)將借助于這些新型的技術(shù)來(lái)得以實(shí)現(xiàn)。

在德國(guó)最為先進(jìn)的汽車制造領(lǐng)域，寶馬、奔馳汽車的生產(chǎn)已經(jīng)可以借助工業(yè)軟件對(duì)車體進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如奔馳全新系列敞篷車的折疊功能就是用西門(mén)子的NX軟件仿真設(shè)計(jì)出來(lái)的，并且通過(guò)3D打印技術(shù)，對(duì)于復(fù)雜而難以生產(chǎn)的汽車零部件進(jìn)行模擬生產(chǎn)。

這也就意味著，伴隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，數(shù)字化將對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生根本性的改變。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年以前，全球產(chǎn)生的新信息總量約為2萬(wàn)艾字節(jié)。而現(xiàn)在每一天都有如此數(shù)量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生。預(yù)計(jì)到2020年，全球數(shù)據(jù)總量將增長(zhǎng)至2013年的10倍。數(shù)字化正在成為各行各業(yè)轉(zhuǎn)型過(guò)程中的游戲顛覆者。

在西門(mén)子位于柏林的燃?xì)廨啓C(jī)廠，生產(chǎn)著世界上單機(jī)規(guī)模最大的燃?xì)廨啓C(jī)。在這里，燃?xì)廨啓C(jī)的生產(chǎn)已經(jīng)有超過(guò)50年的歷史，柏林燃?xì)廨啓C(jī)廠也已經(jīng)有超過(guò)100年的歷史，但是數(shù)字化對(duì)于傳統(tǒng)能源設(shè)備的生產(chǎn)也在這里發(fā)生著改變。

對(duì)于復(fù)雜而龐大的燃?xì)廨啓C(jī)，其構(gòu)成和原理很難發(fā)生翻天覆地的變化，但是在對(duì)其不斷研發(fā)的道路上，數(shù)字化的技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始參與其中。3D打印的日益普及，甚至被用于以往依靠鍛造、銑削和鑄造工藝以及在物理和技術(shù)上非常復(fù)雜的環(huán)境。

在緊湊的配件廠房里，有一間3D打印工作室，在這里進(jìn)行著連接虛擬和現(xiàn)實(shí)，以及過(guò)去和未來(lái)的活動(dòng)。

SGT1000F燃?xì)廨啓C(jī)是西門(mén)子過(guò)去生產(chǎn)的一款產(chǎn)品，現(xiàn)已停產(chǎn)。而在世界范圍內(nèi)，依然有30臺(tái)此類燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行著運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦燃?xì)廨啓C(jī)的其中配件發(fā)生故障，很難在工廠中進(jìn)行再生產(chǎn)，在這間看似不足三十平米的房間的中心，3D打印機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)已經(jīng)停產(chǎn)配件的復(fù)制。

而對(duì)于未來(lái)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展，這臺(tái)其貌不揚(yáng)的方形盒子，也在發(fā)揮著它的作用，設(shè)計(jì)師們將對(duì)于下一代燃?xì)馊~片的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，這臺(tái)機(jī)器很快就將設(shè)計(jì)師們?cè)O(shè)想的葉片模型制作出來(lái)。

輪機(jī)內(nèi)部零件的保養(yǎng)周期很長(zhǎng)，在這段時(shí)間內(nèi)，它們必須能夠耐受不時(shí)超過(guò) 1300°C的溫度。采用3D打印技術(shù)制造的鎳基超合金被用于輪機(jī)中的高溫部件中。對(duì)于傳統(tǒng)制造業(yè)，3D打印的速度提升了10倍，交貨時(shí)間最多可減少90%。

在傳統(tǒng)制造轉(zhuǎn)型升級(jí)中，這些數(shù)字化的技術(shù)正在發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

幾乎在每個(gè)漢諾威展臺(tái)中，都能找到云平臺(tái)的身影。不論是西門(mén)子這樣業(yè)務(wù)多元化的巨無(wú)霸，還是意昂這樣專注于能源行業(yè)的巨頭，他們都在向客戶展示數(shù)字化平臺(tái)在提升管理效率、資源優(yōu)化配置等方面所發(fā)揮的作用。

作為德國(guó)能源巨頭之一的意昂集團(tuán)，在本次展會(huì)上，展示了對(duì)于風(fēng)電、太陽(yáng)能等新能源設(shè)計(jì)的管理平臺(tái)。作為擁有大量傳統(tǒng)能源和新能源的電力企業(yè)，意昂擁有豐富的能源數(shù)據(jù)，而現(xiàn)在它希望借由積累的豐富數(shù)據(jù)來(lái)為第三方的電力資產(chǎn)投資方提供服務(wù)。通過(guò)平臺(tái)計(jì)算、分析，以幫助客戶提高資產(chǎn)發(fā)電效率、實(shí)施高效管理。對(duì)于傳統(tǒng)的電力企業(yè)而言，憑借數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，來(lái)找到發(fā)電資產(chǎn)外新的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)，也不失為一條好的路徑。

正如一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)所顯示的那樣，全球52%的首席執(zhí)行官在談及所在行業(yè)的愿景時(shí)都認(rèn)同，數(shù)字化將大大改變行業(yè)現(xiàn)狀。

產(chǎn)業(yè)新融合

將虛擬和現(xiàn)實(shí)連接只是第一步，怎么更好的運(yùn)用已有的數(shù)據(jù)，形成一個(gè)更為靈活、可用性更高的“生態(tài)系統(tǒng)”，是未來(lái)工業(yè)領(lǐng)域面臨的更大的挑戰(zhàn)。

日趨顯著的數(shù)字化和無(wú)處不在的聯(lián)網(wǎng)正在改變整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)鏈。同時(shí)，全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)量也呈現(xiàn)爆炸性增長(zhǎng)。為了恰當(dāng)?shù)胤治龊褪褂煤Ａ繑?shù)據(jù)，我們首先需要開(kāi)發(fā)出能幫助我們理解數(shù)據(jù)內(nèi)容的系統(tǒng)。而開(kāi)發(fā)這一系統(tǒng)的前提條件之一就是要了解設(shè)備和系統(tǒng)是如何工作的，以及哪種傳感器和測(cè)量技術(shù)能被用來(lái)讀取最有用的數(shù)據(jù)。

在未來(lái)，“工業(yè)4.0”將讓全球數(shù)十億機(jī)器、系統(tǒng)和傳感器互通有無(wú)、分享信息。這不僅能大幅提高生產(chǎn)效率，而且可以令公司在定制化生產(chǎn)方面具備更大的靈活性，從而充分滿足市場(chǎng)需求。

“從一體化工程演變?yōu)橐惑w化運(yùn)營(yíng)，是西門(mén)子的過(guò)程工業(yè)客戶闊步走向工業(yè)4.0之路的關(guān)鍵一步，這將顯著提高生產(chǎn)的速度、靈活性和效率?！蔽鏖T(mén)子股份公司過(guò)程工業(yè)與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)首席執(zhí)行官Jürgen Brandes博士解釋說(shuō)。

事實(shí)上，發(fā)展至今，工業(yè)生產(chǎn)電氣化已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)，未來(lái)制造業(yè)的升級(jí)和轉(zhuǎn)型，是在從原材料、運(yùn)輸、生產(chǎn)以及到消費(fèi)這些環(huán)節(jié)的連接之間進(jìn)行進(jìn)一步提升。也就是說(shuō)，單一產(chǎn)業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)之間的融合，甚至不同行業(yè)間的融合程度決定了未來(lái)的工業(yè)水平。

生產(chǎn)系統(tǒng)和能源系統(tǒng)是兩個(gè)密不可分的部分，而基于享有能源和生產(chǎn)共同的數(shù)據(jù)的平臺(tái)在其間將發(fā)揮更為重要的作用。

比如，在漢諾威展會(huì)上，西門(mén)子面向市場(chǎng)推出“MindSpher——西門(mén)子工業(yè)云平臺(tái)”。MindSphere被設(shè)計(jì)為一個(gè)開(kāi)放的生態(tài)系統(tǒng)，工業(yè)企業(yè)可將其作為數(shù)字化服務(wù)——譬如預(yù)防性維護(hù)、能源數(shù)據(jù)管理以及工廠資源優(yōu)化——的基礎(chǔ)。特別是，機(jī)械設(shè)備制造商及工廠建造者可以通過(guò)該平臺(tái)監(jiān)測(cè)其設(shè)備機(jī)群，以便在全球范圍內(nèi)有效提供服務(wù)，縮短設(shè)備停工時(shí)間，并據(jù)此開(kāi)創(chuàng)新的商業(yè)模式（ Analytics）。

也就是說(shuō)，如果說(shuō)云平臺(tái)在過(guò)去是單一產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)，未來(lái)云平臺(tái)集合將是多層次和立體化的，從而可以為工業(yè)生產(chǎn)提供全面的解決方案。

過(guò)程工業(yè)和制造業(yè)需要可靠、安全和高效的能源供應(yīng)。對(duì)靈活生產(chǎn)和節(jié)能降耗要求的不斷提升使得靈活和一體化能源系統(tǒng)的角色越來(lái)越重要。要確保經(jīng)濟(jì)可行性，保護(hù)環(huán)境，以及保證可靠的電力供應(yīng)，可再生能源整合和分布式發(fā)電必須由智能系統(tǒng)控制，而這只有在數(shù)字化技術(shù)的基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)。

此外，從集中向分散已經(jīng)成為近幾年能源行業(yè)重要的變革之一。分布式能源系統(tǒng)與微電網(wǎng)的連接已經(jīng)成為了眾多工業(yè)用戶的選擇?！拔㈦娋W(wǎng)”可將工業(yè)企業(yè)的用電負(fù)載與發(fā)電機(jī)組聯(lián)網(wǎng)，生成一系列可被測(cè)量、控制、監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)。這一數(shù)字化過(guò)程能為企業(yè)帶來(lái)新的機(jī)會(huì)和商業(yè)模式，譬如，企業(yè)可以進(jìn)軍能源市場(chǎng)，或通過(guò)智能負(fù)荷高峰管理確保經(jīng)濟(jì)地供給電力。

另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是需要確保供電安全，利用現(xiàn)代保護(hù)理念避免工廠及系統(tǒng)中過(guò)載或短路的發(fā)生。工廠內(nèi)部的分布式發(fā)電趨勢(shì)也在改變著工業(yè)企業(yè)和電廠的互動(dòng)方式。這一趨勢(shì)要求電網(wǎng)和電力系統(tǒng)擁有全新的規(guī)劃和能源管理理念，以保證穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的電力供給。

因此，數(shù)字化趨勢(shì)為未來(lái)用電側(cè)的管理提供了更為豐富的想象，也是實(shí)現(xiàn)用電側(cè)管理的方式之一。

在未來(lái)制造業(yè)中，人、物與機(jī)器的聯(lián)網(wǎng)將無(wú)處不在，全新的生產(chǎn)環(huán)境也將應(yīng)運(yùn)而生。而產(chǎn)業(yè)之間的更為緊密的連接，也讓全新的環(huán)境更為復(fù)雜。與此同時(shí)，也為智能分析提供了更為全面的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

可以說(shuō)，能源產(chǎn)業(yè)與工業(yè)制造融合程度如何，也從某一側(cè)面決定了工業(yè)4.0的進(jìn)程。