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2018年8月2-6日

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动摇与重塑:工业4.0与工业4.1



“虽然今天的数字化制造机器仍处于起步阶段,但已经普遍被用来制造(几乎)任何产品。而这改变了一切。”麻省理工学院比特和原子中心(MITs Center for Bits and Atoms)主任尼尔·格申费尔德(Neil Gershenfeld)这样说。


自主机器人、3D打印、云计算、物联网和传感器技术正在推动制造模式的转变。工业生产的新时代建立在网络物理系统的概念之上。消费者有望在这种新模式中发挥更大作用。


18世纪末开始,我们的社会经历了一个根本转变:从农业经济向工业经济的转变。我们可以把工业革命分成四个阶段。18世纪水和蒸汽动力催生机械生产,工业革命由此拉开序幕;第二阶段在20世纪初,电力产品兴起,与亨利·福特(Henry Ford)和弗雷德里克·泰勒(Frederick Taylor)等人紧密相关;上世纪70年代见证了电子工具和IT系统在生产车间的广泛应用,及其对生产自动化造成的影响,被认为是工业革命第三阶段。


今天,我们正面临着第四阶段的到来。自主机器人、3D打印、云计算、物联网和传感器技术是当前几个推动制造模式转变的主力。工业生产的新时代(通常被称为工业4.0)建立在网络物理系统的概念上。现实和虚拟世界之间的深刻互动是制造过程的核心。产业4.0依赖于复杂的物体虚拟网络,这个网络能够收集、处理、分析来自物理世界的各种数据。数据分析和交换能够使对象彼此交互并自主地执行多个任务。



 第四阶段的工业革命使得产品和服务的边界越来越模糊,并为所谓“服务制造业”铺平了道路。无人驾驶汽车就是有名的例子。传感器和软件的结合使汽车能够在现实世界中自我定位,并与交通灯、其他车辆、人、道路标线、标志等对象进行交互。今天,互相连接的智能对象已经比世界上的人还多,而这仅仅是个开始。未来几年内,将有超过500亿的物体相互连接,从恒温器、鞋子,到医疗设备。


通过互联网,这些对象之间的相互作用可以预防车祸、远程就医并减少能源浪费,同时还为用户更好地管理时间和资源提供了可能。例如,移动应用Waze可以通过分析所有连接到应用程序的数据,来帮助用户躲避交通拥堵。打开应用程序,用户就会被动地提供交通和道路数据,帮助机器实时分析并推荐快捷路线。


工业生产过程也变得更加智能和高效。事实上,工厂中机器对机器的通信已使设备能够自动配置、调整并预测故障,无需人工辅助。通过机器上的传感器,可以监测执行了哪些任务、机器工作了多久以及何时需要日常维护。另一方面,通过物联网数据实时对生产过程进行反馈,企业能够巧妙地调节产品功能,提供个性化服务。


思科公司预计,制造业物联网市场规模在2022年将达4万亿美元,用于减少各种形式的浪费(包括时间)以及获得员工和顾客行为数据。进一步的收益将来自资产管理水平的提高——尤其是通过更智能的维护。


工业4.0的概念依赖于机器在理解和与物理世界自主互动中的核心地位,并为智能工业流程、新商业模式和新产品服务的开发提供了巨大机会。然而,处理机器间自主交互,技术创新的最新浪潮还为制造也提供了其他更大的想象空间。随着第四阶段工业革命的展开,3D打印技术的普及为用户积极参与生产过程提供了机会。这代表了消费者角色的决定性改变。工业4.0是在智能对象的复杂互联网络中,顾客被动提供数据信息来更贴近企业,它的进一步发展——“工业4.1”——将使消费者在生产过程中重新发挥核心作用。


最新的3D打印技术和数字3D打印平台使消费者在制造过程中发挥积极甚至主导作用。用户以工业革命以来从未有过的程度促进制造工艺。3D打印让人们从数字模型开始创建三维对象。三维原型被数字化分割,超薄材料连续逐层堆叠,直到固体形态形成。这种“增材”制造与传统制造工艺正相反,从根本上避免了铸造、模制、成型、机械加工和组合过程中的材料浪费。这种特性跟规模经济性不相干,从而非常适合定制化生产,满足个体的独特特点或偏好。


    从“为消费者定制”到“消费者参与”


从产品设计到制造与配送,消费者能够参与到生产的每一阶段。通过3D打印平台与其他工具参与到设计阶段,设计微调非常容易,并可以根据自己设定的参数来订做产品。


鞋业市场就是这种“量身定制”的好例子,已经被广泛应用。很多应用软件都能将苹果手机变成一个移动3D扫描仪,将用户拍摄的足部照片数据转换成准确的3D模型,最后3D打印出符合要求的鞋子。3D打印拥有巨大想象空间,几乎能颠覆所有产品的商业模式——只要这种“量身定制”能够提供给消费者新的附加值。一些平台如Twikit(一个3D定制平台)就提供订制珠宝、服装、台灯以及其他日常物品。许多公司也在医药领域开展了“量身定制”——比利时公司Materialise就能3D打印患者的假肢。


消费者还能在本地社区创建与企业互动的公司。事实上,“增材”制造系统的成本要远小于传统制造。很多初创企业都是按客户要求生产小批量产品,途径都是一对一的个人性接触。


在这点上,有必要提一提如今火遍全球的“开放创新实验室”(又名FabLabs)。在这些空间,任何人都可以使用所提供的设备进行数字化建造(包括使用3D打印机),并有专业人士支持进行原型制作。虽然概念较新,但全球已经有上千个FabLabs投入使用,鼓励所有人参与数字化建造中,不论是否对这项技术有所了解。消费者也能得到帮助自己制作产品,租赁甚至买下一台3D打印机在家里进行创作。


“生产型消费者”的概念——同时参与消费和制造的用户——并非最近才被提出的,尤其在服务业,比如用户线上登记入住酒店并打印入住单,或者使用网银自己完成转账。然而直到最近,这种情况才出现在制造业,传统模式是将消费者与生产流程分开,有了3D打印技术后,生产型消费者必将大量出现。消费者们不再简单地只是客户,他们也将为生产流程做出贡献,和企业共同创造产品。


现在,我们只能够推测这种在生产流程中由科技辅助的消费者参与将怎样改变工业。但传统制造业的整体性并不会因此被打破。相反,随着企业重构自身生产流程,并鼓励消费者们更大程度的参与,从而抓住那些由数字化制造提供的众多新机遇,我们极可能会见证一些产品的制造过程发生大幅改变。这可能会导致一个介于传统制造与附加制造之间的“混合型”制造业的产生,它将促使网络与现实世界产生某种更深层次的联系。


文章转自ofweek工控网


关键词:工业4.0 工业4.1 动摇 重塑  制造

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