工业4.0所需要的9大类技术
2021-12-08 来源：AMT
自工业革命以来，科技进步大幅推动了工业生产力的发展。蒸汽机的出现给19世纪工业革命提供了人力无法企及的物理动能。20世纪初，电力的普及让大规模制造成为可能。1970年代，制造自动化技术让工业生产效率大幅提升。这三次科技浪潮每一次都彻底改变了工业生产的面貌，我们不妨将之称为工业1.0、工业2.0和工业3.0。但此后，制造业却放慢了发展脚步，与IT、移动通信和电子商务等划时代的创新相比，近30年工业技术并没有取得突破性的进展。
如今，我们终于迎来第四波工业创新浪潮，这就是工业4.0，它以9大类科技技术为基础。在这次工业转型中，传感器、机器、工件和IT系统将在整条价值链上融合到一起。这种实体设备与互联网相互连接的制造系统能对数据进行收集分析，对错误进行预判，并能不断进行自我调整，从而适应不断变化的环境。在生产效率方面，在未来5-10年，越来越多的公司将采用工业4.0技术，除生产资料以外的可变成本将降低15-25%，工业部件制造企业将获得最大的生产效率提升（20-30%），例如汽车制造企业生产率将提高10-20%。工业4.0技术将大大提升制造效率，推动经济转型，改进劳动力就业结构，并最终改变公司乃至国家之间的竞争格局。
业4.0的9大类技术中的很多技术其实已经应用在制造业中，但工业4.0技术将这些技术整合到一起，成为完整的生产流程，这将改变供应商、制造商和消费者之间的关系，以及人与机器之间的关系。
大数据和数据分析技术
对于制造领域，大数据分析还是新鲜事物，但它已经能帮助企业改进产品质量，节省能源并提高设备的性能。在工业4.0的环境下，对不同数据源（设备、系统和企业）进行收集和分析将成为未来企业进行实时决策的标准配备。
半导体制造商收集生产过程中的数据，这帮助它在生产流程的早期预判出故障的芯片，从而提高生产质量。
自动机器人技术
很多生产行业已经广泛采用机器人进行生产，但今天的机器人技术变得更加强大。自动机器人不但更加灵活和智能，更可以在彼此之间进行沟通互动，甚至具备学习新技能的能力。这些新机器人不但在性能上远超目前的工业机器人，更在成本上大大降低。
机器人设备制造商提供生产的机器人就具备相互沟通的能力。这些机器人可以在一起合作，根据生产线上的工序调整自己的行动。这些机器人还搭载了先进的传感器和控制单元，能与人类进行紧密的合作。ABB公司推出了双臂机器人YuMi，它可以与工人肩并肩的工作，它们具备计算机视觉系统，不但可以识别零件，还能保证与人进行安全的互动。
模拟技术
在工程设计领域，不少公司都采用了3D模拟技术来设计产品的结构和材料。未来，模拟技术将扩展到更广的范围。人们可以用实时数据来模仿物理世界，将新产品放入虚拟的生产环境中。在进行实际生产前，公司可以对这些新产品进行测试和优化，从而减少设备装配调试的时间并提高产品质量。
西门子公司开发了一个虚拟机器系统，它可以通过真实数据对机器进行模仿。这个系统最多能减少设备装配调试时间达80%。
水平和垂直系统整合技术
今天大部分公司的IT系统并未完全整合。公司、供应商和顾客常常是各自为战。在企业内部，工程设计、生产和职能部门也往往相互隔绝。即便是工程设计这一环节，也没有几家公司能做到设计——制造——自动化的三点一线。但随着工业4.0技术的发展，公司、部门和能力将成为更加紧密的整体，一条横跨公司的数据网络将让价值链真正实现自动化。
今天大部分公司的IT系统并未完全整合。公司、供应商和顾客常常是各自为战。在企业内部，工程设计、生产和职能部门也往往相互隔绝。即便是工程设计这一环节，也没有几家公司能做到设计——制造——自动化的三点一线。但随着工业4.0技术的发展，公司、部门和能力将成为更加紧密的整体，一条横跨公司的数据网络将让价值链真正实现自动化。
Dassault Systèmes和BoostAeroSpace为欧洲航天和国防工业搭建了名为AirDesign的合作平台。该平台搭建在私有云上，参与的合作伙伴可通过该平台进行复杂的合作以及数据交换。
物联网技术
目前内置传感器和计算机的互联产品数量仍有限。然而，随着物联网时代的到来，以及连接标准的统一，越来越多的产品将相互连接。届时，身处不同地理位置的产品设备将能进行互动和沟通，并由中央处理器集中控制。物联网将实现决策的去中心化，互联设备能进行自动分析和决策，对环境变化进行实时反应。
博世集团旗下的Rexroth公司推出一套自动生产系统。通过无线电编码，不同位置的工作站可以感知每件产品需要进行的生产步骤，并自动执行生产流程。网络安全技术
随着工业4.0时代的到来，原先相互隔绝的设备将相互连接，工业系统和生产线将连接成一体。到时，网络安全的重要性将大幅提高。安全可靠的网络通信以及身份辨别和接入管理系统将变得至关重要。
去年，欧洲几家大型工业设备制造商已经通过联手和并购的形式与网络安全公司进行了合作。
云计算技术
很多企业已经开始使用职能和数据分析的云应用。未来更多的生产数据和功能将搭载在云端，为生产制造提供更多的数据相关服务。随着技术的进化，未来的监测和控制流程也可能会迁移到云上。
增材制造（3D打印）技术
目前一些企业已经开始采用3D打印技术，但大多数都处于试验阶段或用于制造独立部件。未来3D打印技术将广泛应用到小批量生产和大规模定制领域。3D打印技术将大大降低企业的库存成本和物流成本。
飞机制造企业已经开始使用3D打印技术降低飞机的重量，节省稀有材料如钛的使用量。
现实增强技术
现实增强系统可以在很多方面协助工人生产，例如通过手持设备挑选仓库中的配件或发送维修指令。这些系统目前还处在实验期，但未来这些技术将为工人提供实时信息，帮助他们进行实时决策，改善生产流程。
比如，未来工人可以装备现实增强眼镜等设备，当他们检查一台设备时，计算机就将故障原因和维修指南发送到工人的眼镜上。
比如，未来工人可以装备现实增强眼镜等设备，当他们检查一台设备时，计算机就将故障原因和维修指南发送到工人的眼镜上。
另一种应用是虚拟训练系统。西门子为Comos软件开发了一套发电站虚拟操作训练系统。操作人员佩戴现实增强眼镜，训练他们在紧急状况下的操作。
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