物聯網如何推動制造業邁向“工業4.0”?

5月下旬的波士頓大部分時間是陰冷的,不過,這里的一場全球性物聯網技術大會卻讓業界人士心頭不斷涌現暖流,他們清晰地看到了行業的發展方向。LiveWorx大會是一年一度的全球性物聯網行業盛會,主辦方PTC公司是全球知名的物聯網解決方案提供商。透過現場的技術展示和主題論壇,記者深刻感受到物聯網技術已成為連接虛擬的數字世界和真實的物理世界之間的紐帶,更是推動制造業企業邁向“工業4.0”的強大技術動力。

物聯網融合制造業

“陰陽兩極”

一場酷炫的激光秀拉開LiveWorx大幕,隨即在PTC公司總裁兼首席執行官Jim Heppelmann的演講中,記者欣然看到了中國的“太極圖”。在這個太極圖里,一極指的是物理世界,真實可以觸碰;另一極指的是數字化世界,其并非無中生有,而是物理世界的數字化映射。在PTC看來,將物理系統與數字化系統融合是未來工業4.0的基礎,而3D打印、智能制造、AR/VR等技術應用讓物聯網很好地扮演了“融合”這一角色,物聯網成為了物理世界和數字世界的“融合劑”。

埃森哲資深董事總經理Eric Schaefferza在現場論壇中也表示,工業4.0結合了AI、機器人和智能制造等新興技術的應用。隨著硬件變得越來越簡單,這些代表新興技術的軟件則為硬件提供了“結締組織”,創造了新的價值。

不過,融合并非易事,因此把虛擬世界和物理世界打通變得非常關鍵。以前所謂的信息化的體系、架構等,更多的是在虛擬世界,即數字化系統層面,很少有和實體世界真正互通的。例如,ERP、MES、PLM之于數字化系統,傳感器、自動化技術之于物理系統。因此,制造業企業需要一個平臺,作為載體,把虛和實、數字化技術和物理技術結合,從而真正實現信息化與工業化融合,消除“兩張皮”的弊病。

本次會上,PTC發布了打通虛實世界的物聯網平臺最新版本——ThingWorx8。不過,更讓記者感興趣的是,PTC還推出了基于該平臺的三個制造業數字化生產環節的App,這大大簡化了復雜系統的部署,讓制造業企業管理者通過智能終端就能對企業運營的各個環節了如指掌,這也讓記者看到了智能制造的未來。

第一個App涉及資產管理(ThingWorx Asset Advisor)。智能工廠里有很多機器設備需要維修,目前的模式是后知后覺,而這個App可以通過分析設備運行數據,提醒維護/維修技術人員潛在的宕機風險。它可以遠程監控和檢測各種資產的異常情況,因此維修人員可以防范未然,提前去維修即將損壞的設備。

第二個App涉及設備控制層管理(ThingWorx Controls Advisor)。智能工廠設備控制層有很多可編程邏輯控制器(PLC),以及IoT網關等連接器,通過這些連接工廠會產生大量的設備資產數據。通過這個App對數據進行分析,可以對工廠設備進行監視,排除機器連接故障,一旦連接失敗導致關鍵生產數據丟失,也能即時通知工廠管理者。

第三個App(ThingWorx Production Advisor)面向生產經理,幫助其實時了解生產線的狀態和關鍵性KPI,例如可用性、性能、質量和整體設備效能。

新一輪工業革命

加速物聯網應用

“我們正處于攀爬第四次工業革命這座大山的懸崖邊上,制造業的物理世界和數字世界的融合為我們帶來了重要的機會。” PTC連接運營解決方案部門總經理Howard Heppelmann表示。在PTC看來,工業4.0指的是通過物理和數字系統的融合實現制造業數字化轉型,促進設計、生產、服務、維護等環節新業務模式的產生,從而提高質量和效率,降低成本。而工業物聯網恰恰促進了物理和數字系統的融合。

在大會現場,記者還欣喜地發現,外企對《中國制造2025》了然于心。

“中國物聯網市場讓人感到非常興奮。”PTC首席運營官Craig Hayman在接受《中國電子報》記者采訪時表示,“德國有工業4.0,中國有《中國制造2025》,美國也有智能制造相應的政策。這些都從政府層面推動了制造業物理和數字系統的融合,從而推動了物聯網技術的應用。PTC一直和工信部密切溝通,PTC的技術和產品路線圖也與《中國制造2025》結合起來,幫助中國的制造業企業在新一輪工業革命中盡快實現數字化轉型。”

PTC中國區總裁Kerry Grimes也認為,中國是全球第二大經濟體,同時中國也有很多制造業企業尤其是在智能硬件領域有很多中小企業,因此中國的工業物聯網市場潛力非常巨大。

記者了解到,這幾年,物聯網相關的連接技術(如各種異構異質設備的連接和互聯、工業互聯網連接標準)、設備云(如Predix、Axeda、AWS等)、通信(如NB-IoT、ZigBee等)、大數據分析、物聯網開發平臺、邊緣計算等,都取得了質的飛躍,并經歷了大量的實際應用驗證。隨著越來越多的IT技術和傳感器被嵌入到產品中,智能互聯成為產品發展的趨勢和共識。例如,目前購買的很多家電產品都具備智能互聯產品的特性,可以在遠程進行監控、優化和控制。這些產品的大量涌現促進了物聯網技術的發展和應用,使得物聯網技術因為被不斷應用而逐漸完善和成熟。再加上各國最新的制造業戰略也帶動了物聯網技術的發展。隨著這些戰略的逐漸深入和落地,物聯網技術也將得到深入發展。

當然,除了機遇,物聯網依然面臨一些挑戰。物聯網產業的發展還需要進一步解決物聯網操作系統和應用的標準化問題,提升邊緣計算能力,強化信息安全。

對此,Craig Hayman表示,在萬物互聯時代,成千上萬的設備聯網,當然會遇到很多瓶頸,等待我們一一解決。因此,軟件提供商需要將最佳實踐融入軟件平臺,同時要不斷更新,用新的手段應對新的問題,比如生產過程中的宕機預警、單點登錄、信息安全防御等。

AR讓企業在

虛實世界間游刃有余

相較于VR在消費領域的緩慢推進,AR在制造業領域的發展速度超乎了記者的想象,用Jim Heppelmann的話說:“AR已經成為物聯網技術的精彩伴侶(wonderful companion),它創造了能夠觸摸物理產品的手,這個物理產品超越了距離和時間,存在于數字空間。AR需要數據,而物聯網通過連接提供了數據。”

記者通過采訪和在展示區參觀感受到,制造業企業走向工業4.0至少需要實現三個環節:數字化設計(激發持續創新活力)、數字化制造(實時智能預測分析提高運營績效和靈活性)、數字化服務(提高客戶滿意度),而在這三個環節中,AR技術已經滲透并得到了有效應用。AR在工業領域里可以更好地、更容易地跟工業的過程,包括設備、智能產品等這樣一些設備和產品實現交互和連接。

例如,在產品數字化設計環節,記者在現場展示區了解到,汽車制造業企業設計工程師盡管能用三維軟件設計一輛汽車,但汽車三維模型仍然是呈現在電腦里,或者用3D打印的技術打印物理樣機。但利用AR技術,工程師只需要輕松地掃描電腦上二維碼,就可以將自己設計的汽車顯示在眼前,效果非常逼真。同時,工程師還可以異地協同設計,共同改善這輛汽車的設計環節。與VR很不相同的是,AR技術呈現的這臺汽車不是虛無縹緲的,其每一個零部件的數據都來自之前真實的三維設計環節,因此工程師提供AR眼鏡可以查看每一個零部件數據并可以進行修改。這種虛實結合的應用,才是最有價值的。

在數字化制造方面,企業工廠管理者可以通過掃碼實時逼真地在智能終端上查看生產線運營狀態。還可以通過AR減少在后期生產制造過程中發現的問題,例如利用App診斷出設備故障的原因并提供維修方法,如果操作人員是新手則非常棘手,但有了AR技術,通過掃碼,這名新手就能在智能終端上看到設備維修的演示步驟,按照演示進行操作更為簡單易懂。

在數字化服務環境,例如發動機生產商在市場銷售中,存在產品型號眾多、配置復雜等現實問題。傳統方式是生產商需要提供每一個型號的實體產品才能更好地告訴用戶產品之間的區別。但是利用AR以后,一切變得非常簡單。生產商可以基于數字化模式,通過掃碼就能在智能終端上為用戶提供立體的不同型號的發動機產品,用戶可以方便地查看外觀、配置并進行比較,生產商也無需逐一提供物理實體產品。

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