【導讀】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)模連接推動下的最新工業(yè)革命。
創(chuàng)新引領工業(yè) 4.0 制造業(yè)轉型
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)模連接推動下的最新工業(yè)革命。
在這個新時代，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)實世界的生產流程，為實現(xiàn)更靈活的生產模式奠定基礎，從而滿足不斷變化的消費者需求。
但是，就工業(yè)4.0的當前側重點而言，消費者需求僅僅是冰山一角。在波及全球的經濟、地緣政治、環(huán)境、人口問題和危機影響下，工業(yè)勞動力供給和供應鏈受到了前所未有的沖擊。例如，新冠肺炎(COVID-19)疫情的發(fā)生凸顯了先進技術、實時數(shù)據(jù)以及靈活的制造和供應鏈的重要性。
隨著自動化程度不斷提高，并由機器人承擔重復性危險工作，制造商可以提升勞動力價值，確保生產連續(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化和重復性工作拿回自行完成。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研究中心副主任、威斯康星大學麥迪遜分校副教授Kaibo Liu表示：“人們現(xiàn)在開始討論和關注的功能越來越多，例如物聯(lián)網(wǎng)、機器人和增強現(xiàn)實等在制造環(huán)境中的使用。您會注意到，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時決策。”
制造商不得不改變其運營方式以響應這種新型需求，包括采用更多的本地化制造設施，以及設計可以針對不同的批次規(guī)?？焖僦匦屡渲玫纳a線。
Nicola O’Byrne ADI公司互連運動和機器人市場經理
提高供應鏈的本地化程度也會提高制造業(yè)的靈活性，通過降低運輸復雜性，減少對環(huán)境的影響。最后，制造商利用可靠的實時數(shù)據(jù)和易于重新配置的系統(tǒng)，可以迅速做出決策，例如安排維護計劃、調整機器設置或從服裝制作轉向口罩生產。
下一次工業(yè)革命的一些要素仍然是令人向往的未來構想，比如由一組自主機器人來協(xié)作完成建筑、恢復和救援等高級任務，有些方面已經成為現(xiàn)實。分散式3D打印設備就是一個典型示例，它縮短了先進制造技術的上市時間和客戶交付時間。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制造技術帶來的效率、安全性和生產力等方面的優(yōu)勢，并為制造業(yè)的下一次轉型打下基礎。
第 4 次工業(yè)革命
第三次工業(yè)革命為我們帶來了電子、計算、電信和數(shù)字技術，讓制造商在設計工廠時，使其能夠大批量生產少數(shù)產品，甚至大批量生產單個產品。相比 20 世紀 20 年代，或者 21 世紀早期，現(xiàn)如今的消費者希望擁有更多選擇和更高程度的定制體驗，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，您會有很多種選擇。制造商需要能夠滿足數(shù)十萬，甚至數(shù)百萬種不同的配置需求。同時還需要管理整個工廠和供應鏈，以能夠實時響應這種需求，并配置工廠從一種模式轉向另一種模式。”
實現(xiàn)這種飛躍并非易事。大多數(shù)工廠依賴現(xiàn)有的、可能已經過時的技術生態(tài)系統(tǒng)。如果只是簡單地用新設備取代舊設備，不但價格昂貴，而且往往不切實際。所以，向工業(yè)4.0制造轉型應該依靠增強，而不是替代——將現(xiàn)代化IT技術支持實現(xiàn)的智能帶到工廠中的現(xiàn)有設備。
通過在生產層面構建傳感器驅動的無線通信網(wǎng)絡，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。如此，工廠可以通過傳感器監(jiān)控特定設備或零件的健康狀況，主動識別、診斷和解決異常，以免造成問題甚至導致全面故障。這種實時監(jiān)控可以幫助延長設備壽命并提高吞吐量。鑒于計劃外停機的成本可能占總制造成本的近四分之一，所以采用預測性維護有望大幅節(jié)省成本并提高生產力。
停機成本
對制造商來說，計劃外停機成本高昂，而防止計劃外停機是工業(yè) 4.0 制造技術的一個主要目標和特色。
23.9%的總制造成本來自停機成本
資料來源：“在制造中采用先進維護的成本和優(yōu)勢”，美國商務部，2018 年 4 月。
將 IT 技術運用到廠區(qū)
隨著工業(yè) 4.0 到來，制造商們開始從傳統(tǒng)的計算機基礎設施過渡到新的網(wǎng)絡解決方案，以加快速度，改善數(shù)據(jù)管理和提高能效。
硬件實現(xiàn)安全性
工業(yè) 4.0 制造有一個核心概念，稱為“互操作性”，即在大量工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備中傳輸實時數(shù)據(jù)的能力。制造車間使用許多設備制造商提供的設備、軟件協(xié)議和專有網(wǎng)絡。到目前為止，還沒有任何方法讓這些單獨的協(xié)議和網(wǎng)絡能夠相互通信。時間敏感型網(wǎng)絡( TSN )的出現(xiàn)將首次實現(xiàn)這一功能。
現(xiàn)在的智能工廠會生成大量數(shù)據(jù)，所以為了實現(xiàn)互操作性，必須先構建可靠的現(xiàn)場網(wǎng)絡。實時確定性以太網(wǎng)就是一種可以幫助實現(xiàn)這一目標的技術，它能夠更有效地管理互聯(lián)工廠中的海量數(shù)據(jù)。除了在傳感器技術方面處于領先地位外，ADI 公司等合作伙伴還率先推出硬件改進（例如實時確定性以太網(wǎng)交換機），幫助構建工廠的中樞神經系統(tǒng)。
“在各個系統(tǒng)之間建立實時、高帶寬連接，以更有效地控制各個生產過程，從而提高效率。”
—— Martin Cotter ADI公司銷售與數(shù)字營銷高級副總裁
ADI 公司全球銷售與數(shù)字營銷高級副總裁Martin Cotter表示：“在從物理向數(shù)字轉變的過程中，我們的任務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備。”他補充道：“在各個系統(tǒng)之間建立實時、高帶寬連接，以更有效地控制各個生產過程，從而提高效率，幫助提高產出的確定性，推動實現(xiàn)下一代工業(yè)流程。”
成功實現(xiàn)互操作性之后，制造商就可以開始采用工業(yè) 4.0 制造中令人激動的先進技術，例如可以和人類一起在工廠中工作的機器人和“協(xié)作機器人”。與自動駕駛汽車一樣，這些機器同樣依靠先進的傳感解決方案的支持，可以三維感測周圍的環(huán)境，在它們執(zhí)行重復性的復雜任務時，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，幫助提高生產力、效率、安全性和靈活性。
機器人和協(xié)作機器人
利用由傳感器支持的分析，工廠可以主動識別和解決機械問題，以防造成機器故障和中斷生產。
無線傳感器網(wǎng)絡
為工業(yè)環(huán)境定制的網(wǎng)絡產品甚至可以在嚴苛的制造環(huán)境中實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信，這給射頻帶來了新的挑戰(zhàn)。
機器人和協(xié)作機器人
先進的運動控制和傳感解決方案正在將機器人與人類的協(xié)作變成現(xiàn)實，并開始在工廠環(huán)境中運用。
ADI等合作伙伴可以將不同的傳感模式（例如視覺和飛行時間）與連接技術（例如確定性以太網(wǎng)）結合，用于實時傳輸數(shù)據(jù)，并更精準地控制機器人和協(xié)作機器人。據(jù)一份報告顯示，使用這些工具可幫助美國制造商每年節(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，幫助他們解決嚴峻的工程挑戰(zhàn)。我們擁有豐富的領域經驗，這為我們攜手當今客戶推動未來發(fā)展奠定了堅實的基礎。”
—— Martin Cotter ADI公司全球銷售與數(shù)字營銷高級副總裁
對于制造商來說，邁向未來需要進一步投資先進技術，以期推動工廠自動化發(fā)展和提高靈活性。在實現(xiàn)物理世界與數(shù)字世界接軌的傳感器驅動層面上，真正體現(xiàn)了工業(yè) 4.0 帶來的優(yōu)勢。
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