工业4.0带来全新商业模式


作者:Ulla Reutner博士 日期:2018/07/19 来源:PROCESS《流程工业》

工业4.0看起来是任何想要提高竞争力的企业必不可少的必需品,这也是众所周知的事情。但Ralf Schubert先生则是极少数例外之一。“当德国政府2011年公布工业4.0这个术语时他根本不感兴趣。” 包装设备生产厂的合伙人(技术负责人)Schubert先生公开说道。据信息技术专家介绍,当时的Schubert机械设备公司已经非常数字化了,能“利用机器人进行批量数为1的产品生产了。”但从那以后,Schubert先生的态度来了个180度的大转弯,如今,他表示:“工业4.0,尤其是数字化对机械设备制造厂来讲是非常重要的。”近两年来,企业的数字化战略正大步前进。

提供自己的谷歌平台

这种观念转变首次出现在2016年秋季的柏林商业活动中。“联邦政府改变了市场营销战略,机床设备已经不在前台了,取而代之的是互联网。”Ralf Schubert先生说道。不过,最重要的是他意识到,除了像西门子、博世、Telekom、梅赛德斯和中型企业之外,硅谷中的许多创新企业也都在工业4.0方面握有话语权。这也使他清楚地认识到软件公司的野心:“如果我们不在软件方面做点什么,最终它们会抢走我们的客户”。补救措施是开发一个比纯软件供应商更好的平台。“现在我们正在着手做这件事,从明年起,我们所有的机械设备都将附带一个用户可以查阅、使用的数据包,将客户需要的性能数据发送到云端。” Schubert先生说道。他希望尽可能减少用户使用这一平台的障碍和难度,以实现每个人都可以使用,如果明天还想看看这些数据,只需点击昨天看的数据包就可以了。

摆脱纯粹的机械设备供应商,这不仅是Schubert包装设备公司要做的事情。在制药、化妆品和食品加工领域中享有盛誉的灌装和包装设备供应商Optima公司,也在工业4.0的背景下重新确立了自己的市场定位。“为了能够在工业4.0中有所斩获,客户要求我们比单纯的解决方案供应商做更多的事情。” 2016年秋季开始在Optima公司数字化战略部门中任职的Martin Sauter先生说。很小的生产批量、很短的设备调整时间以及只有一件的生产批次,这些都是用户提出的要求。“快速消费品”的主要生产厂商以及制药和化工领域中的工业企业都在通过数字化、网络化,实现更好的协同效应。“在理想情况下,希望能够通过自动化快速地对外部需求做出反应,不需要任何人为干预就可以又快又好地为客户提供所需的产品,实现经济效益。”对此,Optima公司还非常关注与数字化有关的两大主题:一个是基于最佳产品数据管理基础之上的OEE设备综合效率改进提升,另一个是包括状态监控可能性的数字化资产管理,Optima公司用TCAM全面资产管理一词概括了这两个方面。

因此,工业4.0是推动Optima公司新发展的推动力。“预防性的维护保养就是一个从数字化状态监控到预防,或者从反应式到预防性维护的过程。” Sauter先生说。

流程工业盼望着机床设备供应商提供符合工业4.0解决方案的机械设备
流程工业盼望着机床设备供应商提供符合工业4.0解决方案的机械设备

超前的旗舰项目

和Schubert先生所在企业一样,Optima公司也属于在还没有工业4.0这一词汇的时候就已经利用了数字化技术的企业。缩写为PDM的产品数据管理软件Opal(Optima公司开发的过程自动化库)是于2007年开发的。2008年,Optima公司投资800万欧元打造了自己的旗舰项目——可以生产最小批量为1瓶香水的大型流程生产设备。2011年,也就是在工业4.0一词诞生的那一年,Optima公司向前迈出了一大步,推出了TCAM全面资产管理系统。次年,Optima公司就在试点项目中安装了这一系统的第一个组件,以便能够满足用户的需求。

多视角的摸索

Uhlmann Pac-System公司也非常系统地研究了工业4.0。“不仅是技术 角度,而且用户观察问题的角度也是我们关注的重点。对我们来说,设计思维和精益创新的方式也十分重要。按照这种方式,我们选择了最有代表性的30多家用户企业。”该公司负责软件和自动化系统售后技术服务的负责人Kathrin Günther女士回忆道。这些企业给我们的订单100%都是数字化产品。作为数字化战略的一部分,公司已经考虑成立在药品包装领域中开展数字化业务,以及研发全新解决方案的研发团队。从那时起,就与用户企业合作开发了第一台试验样机,并逐步改进完善。“目前,我们正在验证这一解决方案,既需要考虑技术方面的可能性也要考虑经济效益。” Kathrin Günther女士在谈到即将到来的任务时说。数字化技术的好处非常明显,可以节约时间和资金、有着很高的安全性并能够提高产品质量。她说:“我们希望能够快速地推出适销对路的产品和技术服务。”

Uhlmann公司的工业4.0项目包含了大数据、增强现实和虚拟现实技术的应用,例如VR技术培训。“为了在招聘到新工人时不会因技术生疏而中断生产,可以利用VR系统在虚拟环境中进行职工培训。新工人可以在VR系统的虚拟环境中熟悉机床设备,掌握所有重要的设备操作,例如更换模具。这种培训方式的好处非常明显,很高的生产率、没有外出培训的差旅费,快捷且高效。因此,这一技术的应用前景十分广阔。”Günther女士介绍说道。在Uhlmann技术服务人员的帮助下,远程技术服务过程中用户的VR眼镜应用和预防性维护保养中的大数据应用也属于试验项目的测试验证内容。

灵活应对挑战

Kathrin Günther女士表示:“在许多这类应用中,我们还要努力推动用户企业内部的数字化进程。”在专用机床设备制造厂AZO公司里,推动数字化进程的工作甚至还是一个首要任务。AZO下属子公司AZO Controls公司的领导人Dieter Herzig先生认为,整个企业都要行动起来,“通过数字化的破坏性创新,可以实现指数级的增长效应。”他说:“我们只有变得更加灵活才能跟上时代的步伐,所以必须改变原来机械、电气和自动化之间的分离状态。”AZO公司对提高企业的灵活反应能力有独特的方法。为了学会如何同软件初创公司合作,AZO公司于2017年夏季举办了第一届网络科技节,邀请了3家软件初创公司的代表与AZO公司产品研发、管理和销售领域的人员合作,迎接机械工程环境中的数字化技术挑战。

作为向中小型企业提供原材料和散装原材料的AZO集团公司,在虚拟技术的功能性应用中给予了高度的关注。AZO公司将下属子公司AZO Controls和AZO Solids公司的研发部门合并成机床设备制造的综合性部门,以争取到更多的新客户。

AZO公司黑客节的参加者:机械设计师已经意识到,企业为保证自己在工业4.0进程中立于不败之地,就必须提高企业的灵活性,与初创公司的合作可以获得新的理念,但必须在实践中检验
AZO公司科技节的参加者:机械设计师已经意识到,企业为保证自己在工业4.0进程中立于不败之地,就必须提高企业的灵活性,与初创公司的合作可以获得新的理念,但必须在实践中检验

自主的学习能力

未来的发展遇到了缺少专业技术人员的问题 “我们客户的设备操作者不再像以前那样经验丰富了,这就要求我们开发的系统能够在操作者经验不足的情况下,也能够给用户企业带来与过去同样甚至更好的效果。”Herzig先生说。具有自主学习能力的输送系统就是目标 ,AZO公司现已经扫清了征途中的绊脚石。在纽伦堡2017年9月底举办的Powtech国际会展中,AZO公司就展示了适用于塑料、化工和食品生产企业使用的自主学习的适应性系统。“原来要通过专家来调整设备参数、满足不同应用的要求,现在这些‘专家的丰富经验’都已经迁移到机床设备的控制系统中了。” Herzig先生解释说。

这里也举办了一次网络科技节。过去,有经验的职工能够根据机床设备的噪音判断出哪里出了问题,未来的噪音分析则能够用于设备的维护保养。Herzig先生简单地汇总了科技节的成果:“噪音分析是可行的。”将要开展的新项目应把讨论的想法变成切实可行的解决方案。Herzig先生认为,每年3、4次科技节会为AZO公司带来数字化战略的新动力。

智能化的对接系统

这些并不是AZO公司在工业4.0和数字化进程中迈出的第一步,早自2016年起,AZO公司就开始了集成式工程设计和跟踪追溯等方法的研究,开始了包含在当前工业4.0中的概念、术语的研究。从2015年开始,在德国机床设备制造商协会VDMA提出的工业4.0指南的指导下,利用VDMA协会提供的工具对自己的产品和生产过程进行了分类,开展了工业4.0方向的进一步开发工作,在Powtech国际会展中展示的智能化对接系统AZO Cleandock就是开发的一个成果。与传统的双瓣对接系统不同,智能化对接系统有自己的PLC自动化控制组件,它所产生的数据支持设备的预防性维护。设备工程师也为它配备了生产过程控制系统Kastor,其拥有未来工业4.0的响应式设计能力。

数据分析的新功能应使设备工况更加透明,具有清晰可见的改进潜力,以及滤网“健康识别”直至滤网断裂识别等智能化功能。像增强现实技术,例如设备维护保养中的AR技术也能为未来AZO公司的用户带来好处,新生产的机床设备已经有使用AR技术设备的调整点了。“用户所使用的VR系统不一定必须是我们的产品。” Herzig先生说。AZOplus信息平台是另一个工业4.0应用的基础,它可以通过RFID射频识别技术或者QR行动条码为用户提供机床设备和系统的重要信息,有了控制系统的接口之后,未来就可以实时显示设备的生产数据了。

未来的智能控制器

Zeppelin系统公司也提供了类似的平台,早在2016年这家机床设备制造商就推出了自动识别设备组件,并自动将信息发送到移动终端的Z Connect Plant软件系统。这一软件系统能够检测环境中所有的Zeppelin公司的元器件,并能够与技术服务人员建立实时的通讯联系。新的Z Portfolio Plant将为用户提供全部的产品组合,并提供具体的设计数据。在Powtech国际会展中,Zeppelin公司宣布,到2018年年底的下一步数字化目标是智能化的控制器,一种用于未来流程设备组件、部件分散式智能控制的控制器。

制药业的IT安全战略

2017年5月份,Schubert公司已经在Interpack国际包装展览会上展示其数字化的理念,并与客户进行了深入交流。基于网络化的数字化平台Grips.World登台首映,通过这一平台,将整套流程设备的整体效率保持在很高的水平。由Schubert电子系统公司开发的数据盒在这一平台中可以作为网关使用,将所有有关流程设备维护保养、控制和机械性能的数据发送给Grips.World平台,用户可以在显示屏上看到所有易损件的磨损状态信息。在这一显示过程中,数字化双胞胎起到了核心要素的作用。机床设备制造商关心的IT安全问题也经过了深思熟虑。在使用了数据盒之后,就可以避免黑客攻击导致的系统瘫痪。“没有更新的Windows操作系统,或者不是最新版本的病毒扫描软件是制药领域客户所不能允许的。在我们的模型中,数据盒保证了数据的安全,而且会不断更新升级。当用户允许我们访问他的数据盒时,他还必须按下‘放行’的同意按键。” Schubert先生说。

虚拟现实取代木质模型

在2017 Interpack国际会展期间,Optima公司的Zero项目引起了极大的关注:这是一个能够快速、自动更换模具的概念设备。在每一个包装过程中,包装物的尺寸大小、每包装中的产品数量、标记等等都是可以改变的。这一设备还配备了微软的AR眼镜,Optima公司利用这副AR眼镜来帮助用户获取售后服务的技术支持。“展会上至少有50种不同的VR和AR眼镜,但除了我们的以外,最多只有两种不是‘看游戏的玩具’。”Martin Sauter先生回忆道。因此,想要利用AR技术协作员工工作的运营商们,对我们的产品表现出了极大的兴趣。Optima公司在VR虚拟现实技术应用方面也做了许多开创性的工作,在施瓦本展厅的VR中心里提供了利用VR技术支持的培训课程。流程设备设计师可以利用VR演示技术向用户介绍流程设备早期设计时的优化思路,目前在医药行业啮合模拟中使用的木质模型很快将被VR技术所取代。

大数据打破传统模式

在走向数字化未来的道路上,Sauter先生始终认为前景大好,例如在设备即服务的阶段。“就设备即服务的问题我们已经与一家感兴趣的全球化大公司进行了讨论,设备即服务并不一定是一种运营模式,它是向使用收费的方向发展的,类似于打印机制造商提供的优惠。TCAM和Opal两件工具为我们提供了流程设备的大量信息,但不需要Optima的代表亲临世界各地的某一个地方,去帮助客户安全地使用流程设备。”Optima公司的数字化技术专家说道。他还认为,算法语言的进一步开发是一项持续性的工作,不断发展的算法语言可以帮助我们从数据中得到更好的控制结果,从流程设备和过程控制数据,到原材料性能直至从像空气湿度等环境参数中得到有用的信息。“我们致力于自主学习的系统,当实际偏离了正确的流程工艺时,自主学习的控制系统应能及时发现偏离并及时纠正。” Sauter先生说。

在安装使用现有版本的Optima系统之后,一些流程设备的生产能力会有大幅度的提高,最高可提高26%,即使是原本就有很好状态的流程设备,也可以利用优化工具在成本结构相同的情况下再挖掘8%的潜力。“例如通过预防性维护保养,可使零部件使用到寿命周期结束为止。” Sauter先生表示。

工业4.0的竞争优势

没有人想错过数字化的未来,凭借对工业4.0的全新理解,他们为客户提供了巨大的利益,而在各自的行业,有着长期传奇历史的德国机械制造业,也将再次获得了宝贵的竞争优势。