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物联网如何推动制造业迈向“工业4.0”?

来源:中国电子报  作者:徐恒  投稿时间:2017-06-02

  5月下旬的波士顿大部分时间是阴冷的,不过,这里的一场全球性物联网技术大会却让业界人士心头不断涌现暖流,他们清晰地看到了行业的发展方向。LiveWorx大会是一年一度的全球性物联网行业盛会,主办方PTC公司是全球知名的物联网解决方案提供商。透过现场的技术展示和主题论坛,记者深刻感受到物联网技术已成为连接虚拟的数字世界和真实的物理世界之间的纽带,更是推动制造业企业迈向“工业4.0”的强大技术动力。
 

  物联网融合制造业
 

  “阴阳两极”
 

  一场酷炫的激光秀拉开LiveWorx大幕,随即在PTC公司总裁兼首席执行官Jim Heppelmann的演讲中,记者欣然看到了中国的“太极图”。在这个太极图里,一极指的是物理世界,真实可以触碰;另一极指的是数字化世界,其并非无中生有,而是物理世界的数字化映射。在PTC看来,将物理系统与数字化系统融合是未来工业4.0的基础,而3D打印、智能制造、AR/VR等技术应用让物联网很好地扮演了“融合”这一角色,物联网成为了物理世界和数字世界的“融合剂”。
 

  埃森哲资深董事总经理Eric Schaefferza在现场论坛中也表示,工业4.0结合了AI、机器人和智能制造等新兴技术的应用。随着硬件变得越来越简单,这些代表新兴技术的软件则为硬件提供了“结缔组织”,创造了新的价值。
 

  不过,融合并非易事,因此把虚拟世界和物理世界打通变得非常关键。以前所谓的信息化的体系、架构等,更多的是在虚拟世界,即数字化系统层面,很少有和实体世界真正互通的。例如,ERP、MES、PLM之于数字化系统,传感器、自动化技术之于物理系统。因此,制造业企业需要一个平台,作为载体,把虚和实、数字化技术和物理技术结合,从而真正实现信息化与工业化融合,消除“两张皮”的弊病。
 

  本次会上,PTC发布了打通虚实世界的物联网平台最新版本——ThingWorx8。不过,更让记者感兴趣的是,PTC还推出了基于该平台的三个制造业数字化生产环节的App,这大大简化了复杂系统的部署,让制造业企业管理者通过智能终端就能对企业运营的各个环节了如指掌,这也让记者看到了智能制造的未来。
 

  第一个App涉及资产管理(ThingWorx Asset Advisor)。智能工厂里有很多机器设备需要维修,目前的模式是后知后觉,而这个App可以通过分析设备运行数据,提醒维护/维修技术人员潜在的宕机风险。它可以远程监控和检测各种资产的异常情况,因此维修人员可以防范未然,提前去维修即将损坏的设备。
 

  第二个App涉及设备控制层管理(ThingWorx Controls Advisor)。智能工厂设备控制层有很多可编程逻辑控制器(PLC),以及IoT网关等连接器,通过这些连接工厂会产生大量的设备资产数据。通过这个App对数据进行分析,可以对工厂设备进行监视,排除机器连接故障,一旦连接失败导致关键生产数据丢失,也能即时通知工厂管理者。
 

  第三个App(ThingWorx Production Advisor)面向生产经理,帮助其实时了解生产线的状态和关键性KPI,例如可用性、性能、质量和整体设备效能。
 

  新一轮工业革命
 

  加速物联网应用
 

  “我们正处于攀爬第四次工业革命这座大山的悬崖边上,制造业的物理世界和数字世界的融合为我们带来了重要的机会。” PTC连接运营解决方案部门总经理Howard Heppelmann表示。在PTC看来,工业4.0指的是通过物理和数字系统的融合实现制造业数字化转型,促进设计、生产、服务、维护等环节新业务模式的产生,从而提高质量和效率,降低成本。而工业物联网恰恰促进了物理和数字系统的融合。
 

  在大会现场,记者还欣喜地发现,外企对《中国制造2025》了然于心。
 

  “中国物联网市场让人感到非常兴奋。”PTC首席运营官Craig Hayman在接受《中国电子报》记者采访时表示,“德国有工业4.0,中国有《中国制造2025》,美国也有智能制造相应的政策。这些都从政府层面推动了制造业物理和数字系统的融合,从而推动了物联网技术的应用。PTC一直和工信部密切沟通,PTC的技术和产品路线图也与《中国制造2025》结合起来,帮助中国的制造业企业在新一轮工业革命中尽快实现数字化转型。”
 

  PTC中国区总裁Kerry Grimes也认为,中国是全球第二大经济体,同时中国也有很多制造业企业尤其是在智能硬件领域有很多中小企业,因此中国的工业物联网市场潜力非常巨大。
 

  记者了解到,这几年,物联网相关的连接技术(如各种异构异质设备的连接和互联、工业互联网连接标准)、设备云(如Predix、Axeda、AWS等)、通信(如NB-IoT、ZigBee等)、大数据分析、物联网开发平台、边缘计算等,都取得了质的飞跃,并经历了大量的实际应用验证。随着越来越多的IT技术和传感器被嵌入到产品中,智能互联成为产品发展的趋势和共识。例如,目前购买的很多家电产品都具备智能互联产品的特性,可以在远程进行监控、优化和控制。这些产品的大量涌现促进了物联网技术的发展和应用,使得物联网技术因为被不断应用而逐渐完善和成熟。再加上各国最新的制造业战略也带动了物联网技术的发展。随着这些战略的逐渐深入和落地,物联网技术也将得到深入发展。
 

  当然,除了机遇,物联网依然面临一些挑战。物联网产业的发展还需要进一步解决物联网操作系统和应用的标准化问题,提升边缘计算能力,强化信息安全。
 

  对此,Craig Hayman表示,在万物互联时代,成千上万的设备联网,当然会遇到很多瓶颈,等待我们一一解决。因此,软件提供商需要将最佳实践融入软件平台,同时要不断更新,用新的手段应对新的问题,比如生产过程中的宕机预警、单点登录、信息安全防御等。
 

  AR让企业在
 

  虚实世界间游刃有余
 

  相较于VR在消费领域的缓慢推进,AR在制造业领域的发展速度超乎了记者的想象,用Jim Heppelmann的话说:“AR已经成为物联网技术的精彩伴侣(wonderful companion),它创造了能够触摸物理产品的手,这个物理产品超越了距离和时间,存在于数字空间。AR需要数据,而物联网通过连接提供了数据。”
 

  记者通过采访和在展示区参观感受到,制造业企业走向工业4.0至少需要实现三个环节:数字化设计(激发持续创新活力)、数字化制造(实时智能预测分析提高运营绩效和灵活性)、数字化服务(提高客户满意度),而在这三个环节中,AR技术已经渗透并得到了有效应用。AR在工业领域里可以更好地、更容易地跟工业的过程,包括设备、智能产品等这样一些设备和产品实现交互和连接。
 

  例如,在产品数字化设计环节,记者在现场展示区了解到,汽车制造业企业设计工程师尽管能用三维软件设计一辆汽车,但汽车三维模型仍然是呈现在电脑里,或者用3D打印的技术打印物理样机。但利用AR技术,工程师只需要轻松地扫描电脑上二维码,就可以将自己设计的汽车显示在眼前,效果非常逼真。同时,工程师还可以异地协同设计,共同改善这辆汽车的设计环节。与VR很不相同的是,AR技术呈现的这台汽车不是虚无缥缈的,其每一个零部件的数据都来自之前真实的三维设计环节,因此工程师提供AR眼镜可以查看每一个零部件数据并可以进行修改。这种虚实结合的应用,才是最有价值的。
 

  在数字化制造方面,企业工厂管理者可以通过扫码实时逼真地在智能终端上查看生产线运营状态。还可以通过AR减少在后期生产制造过程中发现的问题,例如利用App诊断出设备故障的原因并提供维修方法,如果操作人员是新手则非常棘手,但有了AR技术,通过扫码,这名新手就能在智能终端上看到设备维修的演示步骤,按照演示进行操作更为简单易懂。
 

  在数字化服务环境,例如发动机生产商在市场销售中,存在产品型号众多、配置复杂等现实问题。传统方式是生产商需要提供每一个型号的实体产品才能更好地告诉用户产品之间的区别。但是利用AR以后,一切变得非常简单。生产商可以基于数字化模式,通过扫码就能在智能终端上为用户提供立体的不同型号的发动机产品,用户可以方便地查看外观、配置并进行比较,生产商也无需逐一提供物理实体产品。

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