物联网时代,你身边的智能工厂竟然是这个样子的

介绍

美剧《黑镜》第三季热播,剧中的黑科技元素让我们越来越关注一个新兴领域——物联网以及智能工厂。

物联网将会带来一套新的系统,在这套系统中,机器、零部件、产品、生产商、供应商、客户以及几乎每个人和其他一切事物都可以相互通信。其目的不在于创造无止境的闲聊和无用信息,而是要缩短从订单到产品的时间,朝零缺陷、零停工时间迈进,杜绝所有系统浪费。

欢迎来到智能工厂

“智能工厂”的外观与运作方式与传统工厂截然不同,表现在多个方面:设备、组织、流程、指标和心态。智能工厂高度自动化,并且通常是小型工厂。系统操作员、设计师和研究人员在此并肩工作。工厂的运营不再仅限于标准工作时间,而是全天候运营。客户订单、原材料、零部件供应商、生产、交付、维护全部由同一套信息系统掌控。尖端材料得以广泛应用,几乎没有废品废料。 严密监控流程的每个部分,几乎完全消除缺陷。 与低成本相比, 客户更需要的是量身定制、优良品质、交货快捷以及设计新颖。因此,采用定制设计的小批量生产而非大规模量产。智能工厂小巧而干净,可以安置于智带创新区的城市中心地带, 负责运营工厂的技术人员和工程师乐于在此生活。

未来智能工厂的转型将受三种关键技术的影响:机器人、3D打印、物联网。下一代智能、功能多样、移动性强、价格低廉的机器人将使自动化走进创业公司和小企业,为客户提供前所未有的个性化定制。使用3D打印技术将颠覆我们生产零部件的方式, 大大减少浪费, 同时带来前所未有的创造力。物联网将会带来一套新的系统,在这套系统中,机器、 零部件、产品、 生产商、 供应商、客户以及几乎每个人和其他一切事物都可以相互通信。 其目的不在于创造无止境的闲聊和无用信息, 而是要缩短从订单到产品的时间, 朝零缺陷、零停工时间迈进,杜绝所有系统浪费。

机器变得绝顶聪明

据世界银行统计,2015年,相比于约50亿的互联网使用人口,使用互联网的“物品”已达250亿,机器对机器无线通信的必要性正日益显现。在机器中嵌入传感器并时时分析其产生的数据可以减少计划外停机时间并在应维修时发出警告。未来它甚至可以允许在机器出故障之前就进行维修。

在 2013 年的一场TED演讲中,通用电气首席经济学家阿尔科·安农齐亚塔(Marco Annunziata)将工业互联网称为“一场足以比肩工业革命的大脑与机器的联姻……它不是让机器变聪明,而是让机器变得绝顶聪明。

英特尔、思科、IBM、美国电话电报公司(AT&T)、通用电气等公司在意识到这场变革后,于 2014年 5月宣布成立工业互联网联盟,这是一个非营利的开放性会员组织,旨在建立共同标准,以便信息能在机器间自由流通。 此类项目表明,至少有一些关键的、精于技术的美国企业正在认真对待工业互联网。

西门子亦如是,西门子工业业务领域北美地区首席执行官赫尔穆特·路德维希(Helmuth Ludwig)称“智能制造业的未来就在眼前。这不亚于一场工业领域的范式转变:现实制造与数字制造正在融合。新科技正以振奋人心的方式将一度相互独立的产品设计、产品策划、生产工艺、生产执行、服务联系在一起。”

西门子不仅认可智能制造的未来,而且已经应用了这些运作方式。在德国安贝格(Amberg) 一个面积108 000平方英尺(10 033平方米)的智能制造工厂中,西门子生产着950种不同型号的SIMATIC控制器(年产5万件不同产品),生产中要使用来自250家供应商的超过16亿个元器件,涉及材料多达1万种,而生产的残品率仅为百万分之十五。 部署在工厂中的触摸屏颇具战略意义,可以让机器操作员检视生产中的一切,大到整个生产线,小到个别零件。

物联网的核心是传感器

为了一探工业互联网在工厂内部如何运作,世界银行著名经济学家安东尼·范·阿格塔米尔参观了通用电气在哈得孙河谷斯克内克塔迪市(Schenectady)新建的工业电池工厂。

说来颇有讽刺意味,环绕这座工厂的正是通用电气曾经的灯泡工厂和发电机工厂的老建筑,这里是名副其实的锈带到智带的转型之作。在这座耗资1.7亿美元的工厂中,通用电气部署了自己的工业互联网,这是一个由传感器连接而成的先进系统,可以追踪并记录生产过程中从污染物、资源来源到温度、机位号的每一个参数,使任何潜在的不一致都可以采用数字方式追溯其源并加以纠正。

通用电气捐弃以往,重新建立了最先进的信息系统,用于新的机器中,帮助识别哪里出现了错误、 哪里可以提高效率。 新系统还有助于将计划外停机时间减少到零以及在机器出现故障前进行维修。通用电气的工厂生动地体现了数字技术在传统制造业中日益重要的作用。

物联网的三大红利和两大挑战

智能手机如今连接着数十亿人口,并将海量信息送到我们的指尖上,但与物联网对我们生活的影响相比,就显得微不足道了。

物联网可以使数千亿的机器、设备以及其他物品彼此相连,同时能对它们产生的大数据进行瞬时分析。城市、房屋、运输系统、通信网络、生产设施以及公共设施。想象一下这样一个世界,几乎所有的设备都可以通过互联网与任何其他设备相连,实时信息共享。

物联网对我们的健康、生产力、粮食安全、教育乃至幸福感都有巨大的影响。

例如:

  1. 无人驾驶汽车有助于解决市区中的交通堵塞问题,减少交通事故伤亡;
  2. 我们身体里的微型传感器可以帮助监测、管理自身的健康状况;
  3. 智能电网可以让我们以惊人的效率和可靠性利用替代能源。

物联网潜在的好处简直难以想象。(当然,还存在一些涉及安全和隐私的重要问题。)

上述种种潜在的好处要想落到实处,就要依赖这些装置内嵌的传感器以及用于连接传感器并处理它们收集到的大量数据的芯片,而首要问题就是它们的计算能力和存储容量。必须要让它们体积更小、功能更强大,而且还要不断降低生产成本。

世界各地的技术创新者都有志于此, 其中不只有那些知名的创新中心,还包括我们参观过的三个智带:位于哈得孙科技谷中心的纽约州奥尔巴尼、德国的德累斯顿以及荷兰的埃因霍温。这些名不见经传的地区一直专注于芯片研发,为了追寻体积更小、功能更强大的芯片,它们展开了一场历时数十年的探索,如今正是这场角逐的最后冲刺阶段。

它们主要专注于两个问题:

  1. 如何制造更大的硅晶片(用于制造芯片的半导体材料薄片),使单个晶圆片可以产出更多的芯片,进而降低成本;
  2. 如何缩小每个芯片上微型电线(电路)的间距,以使更小的芯片可以承载更大的处理能力。

要解决这些难题,就需要在设计开发过程中进行智力共享,在生产中采用智能制造方法。

图片1选自《智能转型:从锈带到智带的经济奇迹》
作者:[美]安东尼·范·阿格塔米尔(Antoine van Agtamael)
译者:徐一洲
中信出版集团
2017年4月
《金融时报》、麦肯锡2016年度商业图书。“新兴市场之父”阿格塔米尔重磅新书。世界银行、国务院发展研究中心专家推荐人工智能领域重点图书。《智能时代》姊妹篇。

 

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