工业4.0-名词解释和概念

技术要素

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工业互联网要获得发展,需要在相关技术组件方面逐步完善。最关键的技术组件有三类

未来硬件将不再重要,软件才最为重要。硬件作为技术组件,将被软件赋予不同的功能,软件定义硬件和定义机器将成为大势所趋。

工业服务

提供的种种新型功能,都是在一个共用的硬件平台上开发的,所不同的只是不同的软件功能。提供一个共用的硬件平台,而通过对软件的差异化设计,最大限度地提供多样化的服务呢?如果是可行的,我们是否能提供一个超值的服务组合,并且提升企业的竞争能力

软件定义产品

软件定义产品这一大趋势正在向我们走来,能够敏锐洞察这一趋势,并且迅速做出改变的企业,需要对自身的业务流程进行翻转式的思考,那就是从产品导向变为彻底的用户导向,产品思维变成彻底的服务思维,或者产品个性化思维。然后在工业互联网时代,会看到软件赋予产品的强大功能。在未来,硬件、设备将成为基础平台,而软件会成为差异化的本身,并且为企业带来完全不同的获利模式。

知识工作的自动化

知识工作自动化所涉及的领域是极其广泛的,包括常规的互联网信息交互、模式识别、人工智能、机器学习等最新领域,最终它将产生完全新型的基于信息和知识工作的新工作方式

人工智能

人工智能是一门极富挑战型的综合性学科,它不仅包含计算机科学,还需要囊括心理学、工程学,乃至神经医学,涉及的领域包括机器学习、计算机视觉、语言识别、知识表现、智能搜索、人工生命、复杂系统、神经网络等

当前网络流量的61.5%已经是互联网机器人(Internet bots)产生的了,人类本身仅仅造就了38.5%的流量。而2013年这两个数据分别是51%和49%。“机进人退”看来会成为互联网虚拟空间中的大趋势。而且这个趋势将随着人工智能的发展进一步强化

人工智能分类

两个主要的研究方向

一种是采用传统的编程技术,使系统呈现智能的效果,而不考虑所用方法是否与人或动物机体所用的方法相同,这种方法叫工程学方法(Engineering Approach),这一方面的成果是极其显著的,包括我们谈到的科大讯飞的语音识别,还有IBM的人机大战的成功,都属于工程学的方法

弊端:采用工程学方法的时候,需要人工详细设定程序逻辑,如果逻辑简单,还是相当方便的,如果逻辑非常复杂,尤其是逻辑中所涉及角色数量和空间数量大幅增加,就会使得复杂度呈现指数性增长,而对计算机的计算能力提出空前的挑战,并且使人工编程变得异常烦琐,稍不注意就会出错。

另一种是模拟法(Modeling Approach),它不仅要看人工智能的效果,还要求实现的方法,与人类或生物机体所用的方法相同或类似,遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN),都属于这个范畴

问题:这种方法不仅需要编程者具有生物化的思考方法,而且需要新的模型方式来生成,对不同行业的模式识别领域也提出了行业特性的要求。

作为工业互联网基础

从传感器捕捉的数据,通过机器的分析和持续的学习,会建立一个自足的智能管理系统,然后通过对现场机器的控制,产生新的传感器数据。

一个完整的闭环就能使现场控制和智能控制构建出一个新型的模式识别系统

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在工业互联网发展当中,不仅需要用到大量的文字识别的技术,还有包括语音识别、指纹识别以及图像识别技术

工业4.0的工作内容清单

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重要性

彼此的博弈和谈判当中,那些占据产业龙头地位的技术和平台,将会成为事实性的标准。那些大企业之间的联合和开发将产生新的技术标准,小企业和落后国家只能成为这些标准的附庸和跟随者

平台可以进行设备的远程在线监控、数据分析等基础数据业务。随着工业互联网战略的推广,它希望将这一技术平台与包括思科公司在内的诸多产业巨头进行共享,并且开发通用的参考模型,提供给产业中的参与者

机器人改变工业流程

迅速上涨的人工成本。在珠三角这样的劳动密集型工业园区里,人工成本以每年12%的速度递增,而机器人在过去几年中以每年4%的价格下降,这样的一升一降使得选择机器人就成了很多企业在成本高压下的一项选择。

今天中国机器人采购的数量有90%来自海外,只有不到10%来自中国本土,而这些还是定制化产品或者低端机器人。究其原因,在于机器人本身是一个综合性的产业,它依赖于许多基础技术和产品的支持,包括减速器、伺服电机、控制器、数控系统等,几乎所有这些关键的系统和部件,中国机器人生产机构、生产企业都需要依赖国外进口

美国的机器人研究,一方面在强化发展视觉、触觉等人工智能技术,同时互联网公司也开始非常积极地介入机器人的研究和生产当中

德国人推行的以智能工厂为核心的工业4.0中,尤其强调工业机器人向制造灵活化和个性化方向发展。其中,通过智能人机交互传感器,人类可以借助工业互联网对下一代工业机器人进行远程控制和管理,并且采取一种称为网络唤醒的模式,解决使用中的高能耗问题。

智能化成为新一代机器人的主要特征,机器人将成为工业生产的核心,并将减少对人的依赖。机器之间的通信、自我组织和自动化生产将远远超出我们过去的想象。未来的无人工厂将能够根据订单,自动规划生产流程和工艺,在无人参与的情况下高效地完成生产任务。

高速网络和云计算平台的支持,使得机器人成为工业互联网的智能终端和智能节点,这些智能终端除了完成工厂内自身的任务外,还有可能成为更大生产网络中的生产系统

多台机器人有可能协同实现一套生产解决方案,服务机器人和家庭机器人也将成为家务和家政的服务智能终端。无论是工业机器人,还是服务机器人,多台机器人之间的协作可能会提供流程更加复杂、操作更加智能的服务。

随着机器人生产成本的快速下降和应用的专业化,机器人将快速涉入各个工业领域。从涉入今天的高危、精细化和复杂生产领域里面,甚至进入到柔性化、智能化和信息处理的领域

机器人的广泛普及,人类和机器人之间的关系将发生深刻转变。随着机器人操作系统的智能化和标准化,人类所介入的内容将和过去完全不同,人类和机器之间将有可能协同在一起去完成更加复杂的目标,而不是简单地控制机器人。

分布式生产

线上设计与线下生产的高度融合

3D打印所引发的创客运动,在中国深圳这样的制造业中心迅速兴起,那些在电脑屏幕上玩创意的网民,只需要在网上购买3D打印机就能很容易地把他们的想法付诸现实,你不需要懂得技术,因为机器会完成所有工作

制作个性化的产品,并不会花费更多额外的成本,因为只需要改动模型参数。最重要的是互联网让有电脑和3D打印机的人都有机会成为创业家。创意可以在电脑中生成,然后上传至云端,并投入任何规模的生产,可以只生产1件,也可以生产1万件,随之而来的是我们可以预见到的下一波庞大的创业机会

创业生产的轻量化

将使创业的低门槛和长尾效应凸显出来,各类细分业务总能找到自己的生存空间。而传统制造业限于场地和设备,以及过高的启动门槛而将大部分人拒之门外

有可能很多小型工厂将会大量出现,甚至家庭也会成为一个制造车间。每种个性化的需求都能找到制造者和消费者,围绕这些设备和工厂,又将诞生一系列的周边服务商业链条。

生产分包形式的多样化

借助3D打印生存的各类小公司,比大公司更快速、更灵活,虽然这种生产制造方式不会马上颠覆大公司的存在,但是可以创造出更多的长尾市场。依据3D打印技术成长起来的创客型小公司,将依托开源平台和各种分工不同的设备,参与到大型项目的分包当中。

未来

物理世界是一个三维世界的话,把这个虚拟世界称为五维世界,除了空间以外,它还要加上外在的影响因素,以及过去的信息资源这两个维度。

借着这个虚拟的五维世界,传统的工业和产业将呈现出完全不同的景象,我们可以借助机器人生产技术、3D打印技术和植入的各种传感器技术,在软件的统领下打造一个全然不同的工业生产系统,其规模和范围远远超过今天所定义的工业4.0的信息物理系统

新模式

工业产业在三个方向塑造新的模式

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  • 使用工业互联网技术改善自身的生产效率,使得原有系统的生产率得到提高

传统企业的企业家们,最为关注的是财务绩效,或者投资收益率,怎样使得工业互联网技术在短期内为企业产生直接可量化的效益,是他们采用这种新技术的主要动力,也是让更多人接受工业互联网的必须实施的关键步骤。

无论是效率的提高,还是商业模式的创新,都使得每一个企业有机会积累大量的数据,这些数据才是工业互联网时代最为核心的资产。

如何效率提高

  • 收集各项生产数据,并操控智能设备和机器。目前的方法就是通过大量使用和安装传感器,从而让机器本身变得更加智能化;

  • 将传感器收集的信息进行保存、处理和分析,尤其是面对海量的生产数据,管理人员要通过构建恰当的模型找到最关键的核心数据加以分析,这需要以往生产工艺经验与先进互联网技术技能的结合,跨界和整合的知识将变得至为关键;

  • 组建数据分析挖掘的人才团队,真正大幅提高生产效率,实施恰当的决策,而这些决策往往来自某些不起眼的生产数据挖掘分析所带来的灵感。在这个领域没有预先设定的模型可以使用,需要的是跨界人才的创新能力、协同工作,以及对不同问题的深入洞察。

服务模式创新

传统企业的价值创造是基于产品的,基于产品的质量、性能、性价比。随着产品同质化的趋势愈发严重,越来越多的企业开始思考如何构建新的获利方式,也就是通过对商业模式的重塑来塑造新的盈利模式。

原来基于设备和产品的盈利模式,将逐渐被基于服务的盈利模式所取代,最终企业出售的将不再是产品,而是服务。我认为这一趋势的出现是必然的,而且将彻底颠覆我们原来对产品的理解,未来的工业品、消费品将被“服务作为商品”的模式所替代。

产品服务化的趋势

随着产品同质化的出现,消费者和客户追求的不再仅仅是产品的功能,追求的是功能和效用,乃至于产品所产生的结果,也就是说产品本身已经不能够再吸引客户,必须通过提供产品的最终价值,也就是交付的结果,来满足客户的需求。

所有工业互联网产品的设计,开始可能是软件加设备和硬件的组合,而最终必须归结到以服务的方式交付出去。产品和软件的服务交付,是未来的大势所趋,任何一个企业在设计和思考工业互联网新型商业模式的时候,必须将服务创新纳入其中。

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服务创新方向:

  • 通过工业互联网的介入,可以为原有产品附加新的服务价值,从而提升产品的价值

  • 针对提升系统的价值,也就是帮助客户在他们创造价值的全过程,进行优化,并且创造新的商业价值。

  • 提升平台价值,所谓平台价值,是指在工业互联网被企业广泛使用之后,有可能会出现多方使用的技术平台或者多方参与交易的商业平台。

平台的价值在于为使用者提供了低门槛的进入成本和较低的交易成本,同时提供了可以进行多方信息交换的场所。在工业互联网领域,平台级的企业有可能成为每一个细分行业的主宰

数据就是核心

工业互联网时代,企业的竞争力已经不再是单纯的设备技术和应用技术,通过传感器收集数据,进而进行数据分析,然后反馈到原有的设备,进行更好的管理,甚至创造新商业模式,将成为企业新的核心能力。

6种关键技术以及与数据的关联分别:

  • 渗透在生产和管理各个环节的信息技术及其集成,包括传感器、分布式云计算,基于Web2.0的发布,以及物理和信息融合的系统所产生的数据;

  • 来自于垂直集成和横向集成的工业信息,包括基于互联互操作的设备集成的工业以太网整合技术,机器与机器之间的通信,也就是M2M,基于统一架构(OPCUA)的垂直集成,以及互操作性的实现技术。这些由不同层次架构所产生的数据,是在生产和企业内部进行整合时的重要信息和数据来源;

  • 来自于面向分布式自动化的各类高效可靠的模块化软件开发平台产生的数据,以及应用于分布自动化中的面向服务的架构SOA和多智能体系的软件技术所产生的应用数据;

  • 在机电工作模块的设计、开发和使用中所不断产生和积累的数据;

  • 下一代工业辅助系统技术和标准化技术,包括基于增强现实技术的先进工业辅助系统,机器人和操作人协同时产生的信息和数据;

  • 各种标准化的生产、模块和技术所累积的标准化的数据。

创新的方式

创新明显地趋向于两种方向,我们将它称为与客户共创和快速迭代。这两种方式更像软件和互联网时代的创新方式

  • 与客户共创

不仅仅是了解客户需求,满足客户需求那么简单,工业时代的客户需求研究是聚焦在那些有特征的客户身上,而且永远遵从80/20原则,也就是企业必须从大量的客户样本中抽象出那些共通的特质,并且对聚焦的广大市场进行针对性的研究,同时推出可以覆盖尽量大规模市场的产品和服务。

快速变化的客户需要,以及客户有更多参与感和体验感的内在需求,使得冷冰冰的远离客户的研发已变得不那么讨人喜欢。而让客户参与其中,敏捷和快速地满足客户的个性化需求,将成为工业互联网时代企业制胜的关键要素。

与客户共创,在工业互联网时代,更深度地是进入到大数据领域和智能控制领域。智能设备本身的升级和进一步功能提升,是与客户共创的结果,也是客户使用的结果,更是企业对其过程进行深度洞察的结果。

  • 快速迭代