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讀懂工業4.0:自動化和信息化融合 軟件重新定義世界
  • 點擊數:2700     發布時間:2016-02-22 09:27:00
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來源:億歐網

早年從事過工業自動化行業,后來為了賺點講課費做零花錢,去幾個城市,講過《工業互聯網與工業文明史》這門課,以至于很多人以 為我很懂工業互聯網(其實我也就是半桶水而已)。今天早上樂視網的好基友問我,工業4.0到底是個啥,本來答應給他單獨講一遍,后來一想,不如整理下材料 和思路,一塊分享給大家,所以今天就跟大家談談這個神秘的工業4.0吧。

先聲明,兔哥只是個知識的搬運工,我說的不一定對,不過是看了很多材料后消化理解的結果而已。事實上,工業4.0就沒有標準答案,連德國人自己都沒有。

先看三個概念:

工業1.0

機械化,以蒸汽機為標志,用蒸汽動力動力驅動機器取代人力,從此手工業從農業分離出來,正式進化為工業。

工業2.0

電氣化,以電力的廣泛應用為標志,用電力驅動機器取代蒸汽動力,從此零部件生產與產品裝配實現分工,工業進入大規模生產時代。

工業3.0

自動化,以PLC(可編程邏輯控制器)和PC的應用為標志,從此機器不但接管了人的大部分體力勞動,同時也接管了一部分腦力勞動,工業生產能力也自此超越了人類的消費能力,人類進入了產能過剩時代。

這三個定義都很學術,你們放心,這是我全文最學術的一段話,后面,我決定老和尚講故事的方法來給大家講這個故事。

要理解工業4.0,我們得先看下目前的狀況,我們稱之為工業3.X,用修真小說的時髦描述,也就是3.0中后期,這種狀態叫做完全的自動化和部分的信息化。

咱們還得從工廠的業務模式說起。

作為一個工廠,存在的目的只有兩個,生產產品,然后賣出去。所以在工業企業中,通常會分為兩個大的部門,一個是生產部門,一個是業務部門,前者通過MES(制造執行系統)管理,后者通過ERP(管理信息系統)來管理。

這兩個系統啥區別呢?ERP更傾向于財務信息的管理,而MES更傾向于生產過程的控制,簡單的說,ERP主要告訴你客戶需要生產多少個瓶子,哪天下單,哪天要貨,而MES主要負責監控和管理生產這些瓶子的每一個步驟和工序如何實現。

在中國工廠的很多車間里,各個生產設備之間、生產設備和控制器之間,都已經基本實現了連通。再牛逼一點的公司里,整個工廠已經通過制造執行系統(MES)連通起來,而業務部門全部通過ERP連通起來了。

發現問題了嗎?

ERP和MES其實并沒有連起來!

所以當ERP給MES下達生產計劃指令后,MES在生產過程中發生了與計劃偏差的事項(比如設備壞了,原料不合格等等),MES會根據車間 的實際情況進行調整。但是ERP是不知道的!所以它會繼續按照原本的計劃執行訂單,時間久了,財務系統和工廠的實際情況就會出現非常大的偏差。

至于為啥沒連起來,兩個原因,首先是ERP和MES的開發公司通常是兩撥人,搞財務的和搞生產的合作,不但互相不懂對方的職業術語,雞同鴨講,而且互相看不上對方。另外,業務部門和生產部門在公司里通常是分開運營,各自的領導有各自喜歡的供應商(原因你懂的)。

當然,人民群眾的智慧是無窮的,他們是斷然不會干等著兩個系統的偏差越來越大的,既然系統不給力,咱人工上,咱們工人有力量。所以工廠車間通常會定期把MES的調整項做成一個表,交給業務部門,然后由業務部門手動在ERP中調整過來。

ERP和MES的問題只是工廠內系統斷層的一個問題縮影,事實上工廠里還有非常多的其他系統,設計、制造、采購、辦公等等,這些系統都是一 個個的信息孤島,互相都不知道對方在干啥,干到哪一步了。其中一個部分出了特殊情況,其他部分都不知道,只有等到問題出現了,才能退回來,所有系統再一個 個改。

插一句,老羅的錘子手機之所以難產,就是因為在設計的時候,生產人員并沒有實時了解情況,所以實際生產時發現原本的牛逼設計會導致良品率很低,只能退回去重新設計。這樣每一個產品都要改來改去,所以一個工業品從設計到上線量產,往往要用一兩年的時間。

當然,這種事也不是第一天存在的,以前因為在工業時代,產品的生命周期很長,兔哥的老東家,西門子一個型號的變頻器可以賣三十年,這樣一兩年的研發上線時間也就顯得不那么長了,其余的問題,靠著人工溝通,雖然有錯,倒也都相安無事。

然而,可怕的狼終于還是來了。

這兩只狼,一只叫產能過剩,一只叫互聯網。

全球性的產能過剩,導致企業的競爭越來越激烈,以往一款產品賣三十年的做法已經不行了,你跑不快,有的是快的。老羅的錘子手機僅僅晚上線了幾個月,就從一款萬眾期待的爆款,成為了臭大街的過時貨,產品的生命周期大大縮短了。

互聯網時代的到來,撼動了工業時代的一大基礎,信息不對稱。工業時代里,因為生產廠家無法低成本的了解每一個客戶的需求,所以往往采用一刀切的方法,就是把需求做多的性能組合到一起,成為一款產品。

比如你想要一雙適合你的腳的鞋子,鞋廠是無法知道你的腳多大的,所以只能測量很多人的腳之后,把最集中的尺碼分成40號,41號,42號等等,但是如果你的腳偏肥或偏瘦,對不起,概不伺候。

互聯網改變了這個局面,人與人,人與廠商,可以低成本的實現連接,從而讓每個人的個性需求被放大,人們越來越喜歡個性化的東西。但是個性化的東西需求量沒有那么大,這就需要工業企業能夠實現小批量的快速生產。

這兩只狼,逼迫著傳統工業必須做一件事,一件工業社會最不愛做的事,就是快速、小批量、定制化的生產。

這個時候,先得做點準備工作,就是工業3.0首先要進化為3.X,所謂工業3.X,其實就是先把ERP和MES等等信息系統徹底打通,讓工 廠原本的所有信息孤島實現連通。這個時候,就從完全的自動化和部分的信息化,進入了完全的自動化和完全的信息化,也就是工業3.0大圓滿階段。

別小看這個過程,單就這一條,也許我們中國就需要十年甚至更長才能完成。

好了,前面的都是現實問題,3.0大圓滿之后,我們就要開始科幻燒腦之旅了,我們終于要沖擊工業4.0了。這個過程中,3.0中以及完全的自動化和信息化要開始做一件事,就是結婚,生孩子。

這個過程,德國叫工業4.0,美國叫工業互聯網,我們工信部稱之為兩化融合,物聯網的腦殘粉們把它叫做萬物互聯。

這里我要說一下,所有的物,如果需要互聯溝通時,就有一個問題,說什么語言?說英語、德語、還是四川話?

通訊協議是什么,這個是一個關鍵問題。你可能會說,為什么不用現在互聯網的通訊方式,也就是TC/PIP協議,這是個技術問題,沒法給你這 種小白解釋明白(其實我這個曾經的半桶水自動化工程師也不怎么太懂)。簡單的來說,互聯網的通訊方式,速度還是太慢,精準度還是不夠,安全性還是不好。而 工業生產中,對于速度、精度和安全性的要求,要遠遠高于你在家下德藝雙馨的蒼老師電影的要求。

所以萬物互聯,必須需要一個專門的通訊協議。

這也是德國的工業4.0,美國的工業互聯網,以及中國的兩化融合中國制造2025,這些時髦的名詞背后隱藏的核心問題,大家在爭這個通訊標 準。美國的互聯網世界第一,所以美國人希望從信息化層降維到自動化層;而德國的機械制造業最強,所以他更希望從自動化層升格到信息化層;中國嘛,制造業第 一大國,互聯網第二強國,所以兩邊都不想跟,打算自己搞個互聯網+,也叫中國制造2025。

按照修真小說的習慣,每一個境界都要分成一個小境界,以突顯差異和牛逼,我按照這個方法,把工業4.0也分成六重天。

工業4.0第一重天,智能生產。

之前我們說過,生產設備和管理信息系統也各自連接起來,并且設備和信息系統之間也連接起來了。你有沒有覺得還缺點什么?沒錯,就是生產的原材料和生產設備還沒有連接起來。

這個時候,我們就需要一個東西,叫做RFID,射頻識別技術。估計你聽不懂,簡單來說,這玩意兒就相當于一個二維碼,可以自帶一些信息,他比二維碼牛叉的地方,在于他可以無線通訊。

我還是來描述一個場景,百事可樂的生產車間里,生產線上連續過來了三個瓶子,每個瓶子都自帶一個二維碼,里面記錄著這是為張三、李四和王二麻子定制的可樂。

第一個瓶子走到灌裝處時,通過二維碼的無線通訊告訴中控室的控制器,說張三喜歡甜一點的,多放糖,然后控制器就告訴灌裝機器手,“加二斤白糖!”(張三真倒霉……)。

第二個瓶子過來,說李四是糖尿病,不要糖,控制器就告訴機器手,“這貨不要糖!”

第三個瓶子過來,說王二麻子要的是芬達,控制就告訴灌可樂的機械手“你歇會”,再告訴灌芬達的機械手,“你上!”

看到了,多品種、小批量、定制生產,每一灌可樂從你在網上下單的那一刻起,他就是為你定制的,他所有的特性,都是符合你的喜好的。

這就是智能生產。

工業4.0第二重天,智能產品。

生產的過程智能化了,那么作為成品的工業產品,也同樣可以智能化,這個不難理解,你們看到的什么智能手環、智能自行車、智能跑鞋等等智能硬件都是這個思路。就是把產品作為一個數據采集端,不斷的采集用戶的數據并上傳到云端去,方便用戶進行管理。

德美工業4.0和工業互聯網的核心分歧之一,就是先干智能工廠,還是先搞智能產品。德國希望前者,美國希望后者。至于中國,我們就搞加,還是加這個東西好,正加反加都行。

工業4.0第三重天,生產服務化。

剛才說了,智能產品會不斷地采集用戶的數據和狀態,并上傳給廠商,這個就使一種新的商業模式成為可能,向服務收費。我好多年前在西門子的時 候,西門子就提出來向服務收費,當時我覺得這是德國佬拍腦袋想出來的傻×決定,但是現在我才明白這是若干年前就已經開始為工業4.0的生產服務化布局了。 你對西門子的印象是什么?冰箱?你個糊涂蛋,西門子這些年已經悄然并購了多家著名軟件公司,成為僅次于SAP的歐洲第二大軟件公司了。

這個服務是什么呢?比如西門子生產一臺高鐵的牽引電機,以往就是直接賣一臺電機而已,現在這臺電機在運行過程中,會不斷的把數據傳回給西門 子的工廠,這樣西門子就知道你的電機現在的運行狀況,以及什么時候需要檢修了。高鐵廠商以往是怎么做的?一刀切,定一個時間,到時間了不管該不該修都去修 一下,更我們汽車保養沒什么差別。現在西門子可以告訴你什么時候需要修什么時候需要養護,你要想知道,對不起,給錢。

再舉個例子,智能產品實現后,每一輛汽車都會不斷地采集周邊的數據,來決定自己的行駛路線,整個運輸系統會完全服務化,任何人都不需要再買車,有一天也許自己開車會成為嚴重的違法行為,因為設備是智能的,而人確是不可控的。

在這個階段,所有的生產廠商都會向服務商轉型。

工業4.0第四重天,云工廠。

當工廠的兩化融合進一步深入的時候,另一種新的商業模式就有要孕育而生了,這就是云工廠。

工廠里的設備現在也是智能的了,他們也在不斷地采集自己的數據上傳到工業互聯網上,此時我們就可以看到,哪些工廠的哪些生產線正在滿負荷運轉,哪些是有空閑的。那么這些存在空閑的工廠,就可以出賣自己的生產能力,為其他需要的人去進行生產。

互聯網行業為什么發展的這么快,就是因為創業者只需要專注于產品和模式創新,不需要自己去買一個服務器,而是直接租用云端的服務就行了。而 目前工業的創業者,還是要不斷地糾結于找OEM代工還是自建工廠中,這個極大地限制了工業領域的創新。當云工廠實現的時候,我預言中國的工業領域將出現一 個比互聯網大百倍以上的創新和創業浪潮,那個時候這個社會的一切都將被深刻的改變。

兔哥之所以堅定地要做工業互聯網領域的投資和創業服務,就是在等這個風口。但愿我是先輩,不是先烈。就算是先烈也沒關系,咱思想覺悟高,是一個純粹的人,一個脫離了低級趣味的人...(此處略去一萬字廣告,領會精神即可)

工業4.0第五重天,跨界打擊。

互聯網行業天天說降維打擊傳統行業,什么谷歌小米阿里巴巴樂視,可是我告訴你,當工業4.0進入第五重天時,工業企業的跨界打擊將比這些互聯網企業猛烈百倍。這個過程將從根本上撼動現代經濟學和管理學的根基,重塑整個商業社會。

舉個例子,一個生產手表的廠商,這個表每天貼著你的身體,采集你身體的各項數據,這些數據對于手表廠商也許沒啥用,但是對于保險公司就是個金庫,這個時候,手表廠商搖身一變,就能成為最好的保險公司。

當自動化和信息化深度融合的時候,跨界競爭將成為一種常態,所有的商業模式都將被重塑。

工業4.0大圓滿,黑客帝國。

整個工業4.0過程,就是自動化和信息化不斷融合的過程,也是用軟件重新定義世界的過程。

在未來,多元宇宙將在虛擬世界成為現實,一個現實的世界將對應無數個虛擬世界。改變現實世界,虛擬世界會改變;改變虛擬世界,現實世界也會 改變。一切都在基于數據被精確的控制當中,人類的大部分體力勞動和腦力勞動都將被機器和人工智能所取代,所有當下的經濟學原理都將不再試用。

但是有一些東西是不會變的,我相信。

人類的愛、責任、勇敢,對未來和自由的向往,以及永無止境的奮斗。

生生不息。



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