工業(yè) 4.0 – 第四次工業(yè)創(chuàng)新

工業(yè) 4.0 – 對于這個熱門詞匯棋凳，您應(yīng)該不會陌生朝巫，但您對它是否真的了解呢妥箕？這個詞本身是“第四次工業(yè)革命”的簡稱滥酥，它是指對過去 250 年間改變制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新的最新一波發(fā)展。

對于制造公司來說涮婿，工業(yè) 4.0 意味著提高效率和靈活性棍丽，甚至是以前遙不可及的功能的出現(xiàn)。在不考慮規(guī)模經(jīng)濟(jì)的情況下經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)小批量“一次性”生產(chǎn)線的能力掠佛，只是這種新秩序會帶來的好處之一慈翔。

從 1760 年左右開始，第一次工業(yè)革命拉開了人類社會從以農(nóng)耕為主的體力勞動形式到目前高度機(jī)械化生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變的大幕蔽碘。然后因镊，水和蒸汽動力取代了人和動物的力量托茅，實現(xiàn)了機(jī)械化，轉(zhuǎn)變正式開始晋劫。第二波是電力层焚，然后是計算機(jī)，現(xiàn)在是工業(yè)實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集怎机、數(shù)據(jù)解釋岸腔、數(shù)據(jù)操縱、機(jī)器間通信和革命性的新制造方法的有效組合仲闽。

在跨學(xué)科團(tuán)隊對集成設(shè)計和制造模式變得越來越重要的時代脑溢，工業(yè) 4.0 最終承諾打破設(shè)計、采購蔼囊、制造和售后服務(wù)之間的功能界限，全面開展團(tuán)隊合作衣迷。

所謂的“九大技術(shù)進(jìn)步支柱”構(gòu)成了工業(yè) 4.0 的框架畏鼓，共同實現(xiàn)制造技術(shù)的自動化、集成和優(yōu)化壶谒。

“九大支柱”是什么云矫？

◆大數(shù)據(jù)和分析

◆自主機(jī)器人

◆仿真

◆水平和垂直系統(tǒng)集成

◆工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)

◆網(wǎng)絡(luò)安全

◆云

◆增材制造

有些人搞不清工業(yè) 4.0 和 IIoT 之間的區(qū)別。正如 Internet 和萬維網(wǎng)指的是世界各地數(shù)以百萬的計算機(jī)節(jié)點的互連性汗菜，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè) 4.0 相關(guān)让禀，是指本地化的或至少是限于企業(yè)范圍的工業(yè)機(jī)械和系統(tǒng)互連性（相對于非工業(yè) IoT 消費品，例如可穿戴健身監(jiān)測器陨界、家庭氣候和安全控制或小家電）巡揍。嵌入式計算能力將允許機(jī)器間通信，以及與中央控制器更常規(guī)的連接菌瘪，從而整合分散的分析和決策奸桃，以加速對制造環(huán)境中不斷變化的需求或條件的實時響應(yīng)。

對于制造公司來說莱芥，工業(yè) 4.0 意味著提高效率和靈活性葬陡，甚至是以前遙不可及的功能的出現(xiàn)。在不考慮規(guī)模經(jīng)濟(jì)的情況下經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)小批量“一次性”生產(chǎn)線的能力娩证，只是這種新秩序會帶來的好處之一阁巨。想象一下，支持通信功能的互聯(lián)機(jī)器可以監(jiān)控自己的狀況和可操作性隐睹，并可以根據(jù)需要安排維護(hù)操作岸寿。基于這種能力鹿脯，工作負(fù)載可以從處于停機(jī)狀態(tài)的機(jī)器自動轉(zhuǎn)移到其他機(jī)器或設(shè)備芬吸，從而消除或至少最大限度地減少機(jī)器停機(jī)時間和生產(chǎn)中斷鸭乱。

通過 IIoT 與大型工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行連接和通信也具有優(yōu)勢。通知或感測電力輸送能力的下降可允許非必要設(shè)備脫線奶膘，從而減少電力需求并降低限電或斷電的危險橱奶，同時最大限度減少重要操作的中斷。這種能力可以擴(kuò)展到提供的其他服務(wù)慈俯，例如水或天然氣和其他燃料渤刃。

工業(yè) 4.0 的其他“支柱”具有其自己的獨特優(yōu)勢。通過大數(shù)據(jù)贴膘、分析和云功能擴(kuò)大和改進(jìn)對信息的訪問后卖子，可以更廣泛地使用可用數(shù)據(jù)，從而提高由啟用 IIoT 的設(shè)備所收集信息的有用性刑峡。利用實時收集的數(shù)據(jù)提高仿真功能后洋闽，將改善產(chǎn)品和場景建模，從而實現(xiàn)預(yù)測性性能測試并增強(qiáng)設(shè)計優(yōu)化能力突梦，而不需要制造測試產(chǎn)品并讓它們經(jīng)受實際測試诫舅。

增強(qiáng)的通信和云訪問將實現(xiàn)更加全面的垂直和水平系統(tǒng)集成。公司內(nèi)部的通信和垂直集成（從工程師到車間再到銷售）將得到擴(kuò)展和增強(qiáng)宫患，沿兩個方向（供應(yīng)商和客戶）延伸的水平集成同樣如此刊懈。

通過使用自主機(jī)器人和最新的增材制造技術(shù)（也稱為 3D 打印）娃闲，將改進(jìn)直接具體的制造能力虚汛。多功能機(jī)器人為制造業(yè)帶來靈活性和合作性“行為”，能夠與人類相互學(xué)習(xí)并安全地協(xié)作逛徽。增材制造技術(shù)能夠從計算機(jī)派生的模型直接轉(zhuǎn)到測試產(chǎn)品珊辛，乃至最終產(chǎn)品。憑借現(xiàn)在遠(yuǎn)超早期基于實驗室的原型制造 3D 打印機(jī)的功能穗免，最新一代增材制造系統(tǒng)能夠制造比自身大的結(jié)構(gòu)谐绽，并且可以創(chuàng)造比使用傳統(tǒng)制造方法輕松實現(xiàn)的形狀更復(fù)雜的形狀。

當(dāng)然络跷，有這么多信息來回傳遞绑僵，而且大部分信息是專有的，安全性成為一個問題俺阻。網(wǎng)絡(luò)安全是幫助保護(hù)其他八大支柱的第九大支柱池致，它將成為工業(yè) 4.0 新世界秩序中一個越來越大且日益重要的方面。

工業(yè) 4.0 建立的相互關(guān)聯(lián)督靶、相互聯(lián)系剥犯、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的制造業(yè)世界，能夠從每個概念意義出發(fā)為 21 世紀(jì)的制造業(yè)提供無與倫比的效率水平铃挠。那么邓星，為什么這對當(dāng)今制造公司的領(lǐng)導(dǎo)來說非常重要堡掏？歸根到底就是一點，那就是效率刨疼。

我們知道泉唁，設(shè)計工程師很看重 h 或 eta（用于指定效率的符號）。高效的靜態(tài)結(jié)構(gòu)能夠以最小重量達(dá)到最大強(qiáng)度揩慕，并使用最少的材料亭畜；高效的電氣設(shè)備消耗更少的功率即可實現(xiàn)其功能；高效的機(jī)械設(shè)備重量更輕迎卤，因此它們消耗更少的功率并對自己的結(jié)構(gòu)施加更小的應(yīng)變拴鸵，運轉(zhuǎn)效率加倍。

對于高效工程設(shè)計的直接優(yōu)勢蜗搔，就是提高效率劲藐，從而降低材料和能耗方面的成本。由于材料和能源耗費金錢樟凄，因此工程效率會直接轉(zhuǎn)化為企業(yè)優(yōu)勢聘芜，從而提高成本效率。在當(dāng)今世界不同，人們逐漸認(rèn)識到能源只會變得越來越稀缺并且越來越昂貴露揽，因此制造专运、運營和貨物交付的能源效率越來越重要酵吴。工業(yè) 4.0 的通信和數(shù)據(jù)管理集成為制造業(yè)帶來的功能，可將效率納入制造流程以及支持它們的所有活動中壮畏，從而將工程設(shè)計效率概念運用于更大規(guī)模的制造律腊。

工業(yè) 4.0 的概念起源于德國。德國公司 Beckhoff 成為率先實施工業(yè) 4.0 和 IIoT 的公司之一也就不足為奇了铭歪，它能夠為多種行業(yè)提供解決方案和功能辑蛔。他們在很多展會上展示了自己的能力，從輪胎技術(shù)博覽會到漢諾威工業(yè)制造博覽會以及德魯巴印刷設(shè)備博覽會搀薛。

其他加入此行列的公司包括 Oracle昔主、AT&T、Ericsson 和 Google稻填，以及一些小型公司（IT 公司字钓、通信公司和咨詢公司），填補(bǔ)了工業(yè) 4.0 模型中許多專業(yè)領(lǐng)域的空白恰壁。

德國的工業(yè)專家預(yù)測姊象，在將材料成本考慮在內(nèi)的情況下，未來五到十年內(nèi)生產(chǎn)率將提高 5% 至 8%晓褪。提升程度與行業(yè)有關(guān)堵漱，提升最大的是工業(yè)部件制造综慎，預(yù)計為 20%-30%，而汽車公司預(yù)計將達(dá)到 10%-20% 的提升勤庐。

提高制造周期（從設(shè)計到材料采購示惊、制造和產(chǎn)品交付）所有方面的效率是工業(yè) 4.0的總體優(yōu)勢，這是全球公司開始注意到并加以利用的一個利益“包”埃元。

作者：Gary McCormick

Gary McCormick 是一位高級設(shè)計工程師涝涤，他在美國一家大型制造公司擔(dān)任機(jī)械工程師，主要負(fù)責(zé)機(jī)械設(shè)計岛杀、生產(chǎn)和測試等工作阔拳，擁有 35 年的豐富經(jīng)驗。

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（歐特克Autodesk）

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