工业4.0推进网络化进程创新

工业4.0推进网络化进程创新

作者:Andrea Gillhuber 文章来源:MM《现代制造》 点击数:566 发布时间:2018-01-14
工业4.0为工业和经济带来了一个巨大的挑战:工业4.0 没有定义的界限。这意味着小型企业与具有世界影响的企业集团一样面临着共同的任务,那就是需要找到其在第4次工业革命中的道路。
工业4.0推进网络化进程创新

世界联网是一个全方位的进程。万维网借助物联网从单纯的信息提供者转变成交互媒介。信息物理系统(Cyber-Physical System)越来越广泛的联系在一起,并且由于这样的整合产生了新的技术可能性和商业模式。信息物理系统起着重要的作用,也就是说,埋入式的信息和交换技术相互联网,并且与英特网连接。

物联网及其服务是智能建筑、智能居家等众多项目取得成功的前提。在工业和物流领域,人们谈论着智能工厂。这些都贯彻着工业4.0概念。

工业4.0概念原本是德国在2011年提出高科技计划“信息物理系统(Cyber-Physical System,CPS)议程” (Acatech – Studie“Agenda CPS ”)时提出的。 在“信息物理系统(CPS) 议程” (“Agenda Cyber Physical System ”)的科技计划中,人们描述了从嵌入式系统(Embedded – System)到信息物理系统(CPS)的道路,除了研究方法外,还提到了一些应用领域,其中包括智慧工厂。

从电子行业开始,网络化工厂越来越多的进入到生产制造行业。与以往的工业革命不同,第4次工业革命不是聚焦研发蒸汽机或“货品主义”(“Fordismus”)等,而是向前推进世界网络化进程中的创新。

创新中重要的一点是一个系统中所使用部件的互联性和可交换性。尽管在一个自动化世界里有众多的机构,以及确保各个用户机构里的各种互联的众多技术条件。但是,工业4.0 的前提是一个不受限的企业内部和外部以及跨机构和跨国家的信息流。

工业4.0定位标

在汉诺威博览会上,来自世界各地的人们聚集在一起,就当前的工业趋势及今后的发展交流意见。在此,人们讨论的重点是工业4.0。从方案开始,首先须对所谓的第4次工业革命“作为社会技术的系统,在技术、组织和人员方面进行系统的相互协调”(工业4.0白皮书研究议题;工业4.0 出发点)方面建立一个基本的理解。

研讨会和技术专题报告会、会议和大会以及像汉诺威工业博览会这样的专业展会,能够提供通往网络化生产道路的定位标。在此,企业家、工人和科研人员相互交换意见,得出他们对于工业4.0 的大概理解。因为有一点必须明确:工业4.0不是产品,而是必须适合其自己和适合其顾客需求的计划方案。

图2 Kuka公司的 Martin Ruskowski 博士说:“许多客户的兴趣仅是具体到,他们如何能够借助联网技术今天就创建智能技术解决方案。”

此外,企业对于工业4.0也有各种不同的看法。Kuka公司负责研发的副总裁 Martin Ruskowski 博士对工业4.0的总体理解是:“当谈到工业4.0 和机器人时,人们想到的是人工智能和无人工厂。但是,这只是人们在科幻电影里看到的场景。实际情况完全是另外一个样子。工业4.0 是使人更加了解生产流程。第4次工业革命坚持生产重要部件的智能联网。”联网是一个关键词。这里说的联网不仅是机器和设备的信息交换,而且也是企业和应用在一个环境里的信息交换。Martin Ruskowski博士说:“我们从我们客户方面了解到,他们对真正的工业4.0技术解决方案有着极大的兴趣。我们许多来自中小型企业的客户不是想得到一块大的奶酪,他们的兴趣全都具体到,他们如何能够借助联网技术今天就能够创建智能技术解决方案。”Martin Ruskowski 博士解释说:“这背后是企业有史以来最大的联网的展出应用。该应用呈现出各种不同的公司和Kuka公司部件的一个智能化的融合。一个工业4.0的范例是,在汉诺威工业博览会的展台上,演示一个数字化联网的透明的可实现单个批次产品‘仅为一件’的工业化批量生产流程。”

图3 Wibu Systems公司的 Oliver Winzenried 说:“安全的疑虑和技术诀窍的保护常常被人们作为对实施工业4.0 的反对意见而提起。”

Wibu Systems公司总经理、德国机械设备制造业协会(VDMA)“Protect-Ing”工作组理事会主席 Oliver Winzenried 也注意到人们对工业4.0的兴趣在不断提高。他认为,公司的规模大小不同,对工业4.0的兴趣也不尽相同。他说,“集团公司和大的中型企业大力投资,并且公司的所有部门都在为这个未来目标而努力工作,小型企业也在考虑他们如何能够通过数字化和灵活的生产为其顾客创造有附加值的产品。”

据 Oliver Winzenried 称,在实施工业4.0 的过程中,较大的疑虑是安全议题。 他说,“安全的疑虑和技术诀窍保护常被作为对实施工业4.0的异议而提起。 越来越多的“产品”存在于生产数据和流程中。这便产生了一个问题,是否必须要可靠掌握数字化的开放性生产流程。”

工业4.0的安全性

人们提出的大多数问题中的一个问题是,在智慧生产的道路上,如何将工业4.0和安全性集成到现有的设备里。Oliver Winzenried 说:“从机械和控制技术的角度来看,特别老旧的机器无法集成。而所有其他的机器,要么通过网关和防火墙进行封闭,集成到公开网络里。或是在较新的机器里直接装备嵌入式安全网络。每个联网的网关或每个直接联网的机器都需要有一个安全的明确的身份。”

Wibu Systems 公司的业务是工业软件和数据安全。该公司关注隐蔽的数码编成方法。在进行数据交换时,对数据的发送者和接受者进行验证,之后他们才能进行数据交换。很多知名企业都是Wibu Systems这个中型公司的客户。从表面上来看,人们很少能够觉察到这家位于德国卡尔斯鲁厄的公司的安全技术;但是该公司的安全技术却不为人知的保护着机器的安全,以及重要数据不被非法存取。

这家位于德国卡尔斯鲁厄的公司的重要数据保护技术解决方案,是一个为机器、设备或智能装置研发的标准或嵌入式软件,该软件通过授权的方法对现有的技术以及实施新的商业模式提供安全保护。Oliver Winzenried 说:“厘米卡(Cm –Cards)安全保护和许可证技术解决方案可很好的进行附加。原因是有小形式的用于USB的厘米棒(Cm-Sticks)或作为厘米卡(Cm –Cards)的‘信任之锚’。例如,可采用一个附加的代码表芯片(Code Meter-Chip)来取代一个标准的工业安全数位卡(Industrie – SD-Speicherkarte)。然后,可以通过不安全的通信途径与厘米棒许可证中心(Code Meter License Central)为OPC UA展开可凭资格、也可通过安全授权和使用钥匙的方式来提供安全的保护。

工业4.0 的挑战

从安全的观点出发,通往联网生产的道路上并不只有一个挑战。实施工业4.0的道路上存在着许多的未知数。例如,在一些问卷调查中,受访人会提问哪些企业已经集成了工业4.0。人们忘记了一点,工业4.0没有一个定论性的定义。如果今天适合工业4.0 的所有东西都已经实施,那么还要继续前进吗?总是还有继续向前迈进的步骤。这是一个朝着一个方向逐步发展的创新:在各个领域里有更多的连通性、更多的智能技术解决方案,当然也会由此产生新的商业模式。

Kuka 公司通过工业4.0 了解了很多的可能性。Martin Ruskowski 博士解释说:“进一步发展的潜力非常大:如用实时信息交换标准 TSN(Kasten)这样的适合的信息交换和数据标准可形成连贯的生产数据、新型的制造流程、灵活的联网以及激活的部件整合的‘互联网自动化’。这可能便是智能控制和制造技术解决方案的一个重大突破。”

令人印象深刻的是,Oliver Winzenried 告诫人们,在通往工业4.0的道路上,不能仅仅关注技术层面。 他说:“重要的是人们需要对继续教育投资, 并且要逐步推进联网。必须从一开始便将‘保密安全’集成进来。一方面出自安全理念,也就是出自保护环境和人的安全理念,另一方面也要出自保密安全的理念,也就是为了防御网络攻击和控制,并且要排除错误操作。 特别重要的是,人们在头脑里一直要坚持对用户有利,通过提高能源效益和材料效益降低成本这样的先后顺序来实现企业的增值。”