从智能制造到制造智能

为什么制造业是物联网的核心推动者。

本·王博士,佐治亚理工大学
本·王博士,佐治亚理工大学

最近在国家层面的举措,无论是在美国(例如,宣布2013年9月先进制造伙伴关系指导委员会2.02011年首次推出后,奥巴马总统推出了这款产品)或在国外(参见最近的发展4.0行业),强调了智能制造对经济增长和竞争力的直接影响。

最近有人提出[迈克尔·曼德尔在进步政策研究所的备忘录中写道他说,“例如,在工厂中建立一个传感器网络,连接强大的数据分析能力,可以极大地提高生产的生产率和灵活性,并可能导致美国制造业的重生。”同时,在Düsseldorf的M2M峰会上,a演讲来自德国电信和增值服务供应商协会(VATM)的专家声称,“毫无疑问:为了保持德国的竞争力,工业4.0是必要的。”德国联邦教育和研究部在其网站上补充说,工业4.0的目标是“开发全新的商业模式,挖掘生产和物流领域优化的巨大潜力。”

在一个开创性的时间杂志的消息2010年7月,罗克韦尔自动化公司的Sujeet Chand博士和加州大学洛杉矶分校的Jim Davis博士明确指出,“智能制造结合了信息、技术和人类的独创性,为制造业智能的发展和应用带来了一场快速革命,并将其应用到商业的各个方面。”它将从根本上改变产品的发明、制造、运输和销售方式。通过实现零排放、零事故制造,它将改善工人安全,保护环境。”

几年后,这种对运营效率的强调仍然是制造业讨论的前沿和中心。应用创新主管兼SAP AG全球管理委员会成员Bernd Leukert在2013年12月的一次采访中评论工业4.0 (工业4.0不是可有可无的练习)指出,“智能设备的使用将推动数字化、意识化和自动化的新浪潮,这将重新创造制造业;它将从根本上改变产品的订购、制造和消费方式,从而创造一种新的常态。”

智能制造
用于实现“智能制造”或“智能生产”的技术跨越了广泛的领域。它们通常被称为物联网(IoT)技术,即传感/驱动设备与通信网络(有线或无线)和软件应用程序的结合,用于移动、读取和解释数据。

博世(Robert Bosch)高管和麦肯锡(McKinsey)专家最近举行的圆桌会议强调了物联网和制造业转型之间的因果关系物联网与制造业的未来.根据麦肯锡合伙人Markus博士Löffler的说法,“物联网已经启动了第四次工业革命的想法——一种新的技术变革浪潮,它将分散生产控制,引发制造业的范式转变。”

托马斯·弗里德曼(Thomas Friedman) 2013年9月为《纽约时报》(The New York Times)撰写的一篇文章中写道。“当复杂性是自由的”)描述了智能制造(没有使用这个表达)和物联网(他把这个表达和通用电气的绰号“工业互联网”一起使用了)正在如何改变通用电气。更短的反馈循环、协作和众包,以及无处不在的传感器正在延伸制造业的界限。

弗里德曼论文中特别引人注目的是,科学家、工程师和营销专家都参与了制造业;这是一项合作的事业,不再是技术人员的专利。它是关于整个价值链的优化,沿着这个价值链削减成本和产生收入。“有了这些数据,”弗里德曼解释说,“通用电气正在开发新的服务业务,不仅可以管理航空公司或铁路的发动机,还可以提供所有飞机或火车的速度,如何协调航班和火车时刻表,甚至如何停放设备以获得最佳性能和能源效率。”

改进先进的传感和驱动;自动化;系统的系统的协调;端到端供应链绩效;过程集成旨在使产品生产具有适应性、敏捷性、客户驱动、协作性、资源效率、响应性和安全性。这是一个很有挑战性的秩序,既深入又广泛,可能会在这里和那里遇到一些阻力。然而,目标和方向是明确的。

赌注很高,Jochen博士Köckler,德国展览公司管理委员会成员——背后的组织者2014年汉诺威展这句话再清楚不过了:“灵活性和效率——这是在竞争激烈的国际市场上继续生存的关键。因此,现在的任务是采取下一步措施,更重要的是采取正确的措施,确保工业界实现其智能、灵活工厂的愿景。”

制造智能
然而,尽管物联网技术不断发展,并显著改变了制造业的边界,但制造业对物联网的影响也同样巨大。

重要的是要记住,物联网是(而且仅仅是)一个隐喻,捕捉了戏剧性的社会蜕变。物联网是指在通信空间中与人类等同的日常物品的集成。根据这一愿景,所有围绕着我们或成为我们一部分的事物,无论大小,都有可能被远程触及、激活并与之交互。这是聚合趋势的结果,比如但不限于2012年6月IPv6 (Internet Protocol version 6)的到来。IPv6可以容纳340万亿的IP地址(这是很多的IP地址!)

这导致世界各地都对市场的规模和吸引力充满热情。创新者和发明家迅速在经济结构的各个方面提出了创造性的解决方案。其中一些产品因其独创性和新奇性而受到广泛关注,例如恒温器、药瓶、停车应用程序、洗手站、磅秤、狗项圈和各种可穿戴解决方案。

当这片新疆域被征服时,我们仍处于一个漫长周期的萌芽阶段,而这种热情可能是美国西部那些勇敢的拓荒者所固有的。2013年8月,Gartner发布了新兴技术的炒作周期今年的。报告显示,物联网在“主流应用开始起飞”之前还有十多年的时间,Gartner将这一阶段描述为“生产力的平台期”。

显而易见的是,要想被采用,它首先需要存在。如果没有先进的制造业为未来以物联网为中心的社会提供基石,即“智能”能力,这一切就不可能发生。任何一个物体都需要嵌入“智能潜力”。

如前所述,在描述“智能制造”时,包括通用电气在内的一些公司已经将遥感技术作为产品的组成部分,以提供一系列服务,增强其对客户的价值主张。

同样,对于电力公用事业公司来说,先进的制造带来了新一代电力电子产品,通过实现无缝的双向数据和电力流动,为电力供应商和消费者增加了价值。

但“智能制造”很有可能超越专有生态系统。

我们在此建议的是,我们预计市场(除了监管)的力量将推动物联网功能的整合,这些功能可以在最初的预期用途之外得到普遍利用。

就像新房子配备了电源插座一样(可能还会有电话插孔和有线电视插座);配备车载诊断(OBD)报告功能的汽车(此外,在一些国家一种强制的紧急呼叫设备);拥有各种连接器和端口的电视机和电脑,所有的产品,包括最普通的产品,都可能包括标签、传感器和/或可激活的执行器,很可能通过第三方来增强所谓的消费者体验。

一个有趣的苏黎世联邦理工学院项目该项目旨在探索智能电表数据的潜在用途,以便在考虑到隐私限制的情况下向终端用户提供新服务。该项目是一个当前的例子,说明了如何从已经存在的物联网功能中诱导创新。

如果这一愿景(即推动嵌入物联网能力)得到证实,制造业将被重新定义,因为它将扩大其范围,不仅包括作为“智能制造”核心的优化流程和系统,还包括对新兴物联网型社会至关重要的传感和驱动能力。

印刷、有机和柔性电子产品可能是调整生产流程以适应物联网所需的催化剂之一。评论一份来自IDTechEx关于“印刷,有机和柔性电子:预测,玩家和机会2013-2023年”,工业市场趋势的Faye Rivkin (IMT, 2013年10月8日)指出,“印刷电子产品将允许制造商用更便宜、性能更高的替代品取代某些组件,甚至完全取代传统制造的设备”。他注意到,由于一些技术进步,“包括晶体管、天线、电路、连接组件、显示器、传感器和电池在内的组件,比传统制造的电子产品更轻,功能更丰富。”

然而,我们需要保持谨慎的乐观。说到物联网,印刷电子产品当然有吸引人的卖点,但也有一些局限性(见G. Venkatesh博士的文章)文章在2013年7 - 9月出版的《印度科学研究所期刊》上发表,题为“物联网的半导体解决方案:事件检测、异步设计、能量收集和柔性电子的作用”。然而,成本在下降,性能在提高的事实依然存在。如果在不久的将来,打印电子设备可以成为物联网部署的一个具有成本效益的提议,并接管有源RFID的所有功能,或者目前在实时定位系统(RTLS)和机器对机器(M2M)模块中发现的功能呢?这种可能性很有趣,当然值得探索。

与印刷电子技术平行,并且在更广泛的程度上,由IBM所称的“新的软件定义供应链”所带来的“电子设计和制造的颠覆性变革”,依赖于3D打印(又称增材制造)、智能机器人和开源电子技术,可能会显著改变集成的速度和嵌入产品的物联网能力的量级(见上文)执行报告来自IBM全球服务,2013年7月)。根据帕玻色他说:“这个新时代的决定性特征将是从‘硬连接’制造模式向由软件定义和控制的模式转变。”

IBM全球商业服务副总裁兼全球电子工业主管Paul Brody在他的演讲在圣彼得堡国际经济论坛上,他对IBM关于软件定义供应链的“全新分析”做出了不祥的预测:“它(开源电子环境)不仅会提高定制开发的方便性;它将开始制造真正异常智能的产品。当你可以把相当于整个电脑的东西放在门把手或牙刷上时,这些产品就会变得智能。而且这些产品将是联网的!”“革命”和“剧变”两个词浮现在我的脑海中。

全球制造业经历了快速而全面的技术进步的考验,正处于一场巨大变革的阵痛中,这将最终撼动社会,并为一个大多数事物都能被识别、连接和激活的互联网奠定基础,即物联网。

无论如何,制造商在其成品中插入物联网功能是有既得利益的。第三方将能够提供新的增值服务,非常重要的是,在整个时间内,从而放大原始产品的价值,如果制造商不能这样做,例如,缺乏资源或只是在市场之外。

在此过程中,新的挑战(例如,在标准化、安全、隐私、教育、培训、法规、法律和政策等领域)将或多或少地迅速出现在地平线上,阻碍这一愿景的实现。但可以肯定的是,这些问题将被克服,尽管可能会以一个缓慢的速度(参见高德纳(Gartner)对新兴技术的宣传周期)。尽管如此,本文所考察的领域还是会带来非常吸引人的里程碑,即简化、效能、效率,以及最终的盈利能力。因此,先进的制造企业应该建立一个高效的生态系统,让它们能够巧妙地制造智能产品!


Alain Louchez是乔治亚理工学院物联网技术发展与应用中心(CDAIT)的董事总经理;Ben Wang博士是乔治亚理工学院工程学院制造系统的Eugene C. Gwaltney Jr.主席,也是乔治亚理工学院制造研究所的执行董事。

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