工业 4.0

什么是工业 4.0?

工业 4.0(又称第四次工业革命)是指使用工业物联网大数据分析人工智能机器人自主系统等技术实现传统制造业和工业流程的自动化。工业 4.0 的目标:

  • 提高制造产能、生产率和效率
  • 实现以客户为中心的柔性生产
  • 降低运营和维护成本
四次工业革命

工业 4.0 是前三次工业革命的后继,由德国工业 4.0 工作组于 2012 年首次提出,该工作组向德国联邦政府提出了一系列工业 4.0 实施建议,希望推动德国制造业计算机化。现在,来自企业界、协会、工作委员会和学术界的专家们组成了 6 个工作组,致力于研究各项竞争前概念、解决方案和建议,涉及标准化、IT 安全以及经济、法律和社会等多个层面。相关术语有智能制造、智能工厂和未来工厂。

为什么选择工业 4.0?

工业 4.0 有望通过 OPC UA 增强真实环境和虚拟环境下机器之间以及人机之间的制造互连。以 OPC UA 为通信协议连接 IT 系统(ERP、CRM 等)和 OT 系统(PLC、SCADA、工业物联网等),可以解决互操作性难题。此外,工业 4.0 能够以数据驱动的方法推动优化决策,手段包括统计分析、预测性分析、AI、机器学习和深度学习。

工业 4.0 可以为不同类型的企业赋予不同优势。

原始设备制造商 (OEM)

OEM 通常会在生产设备的设计过程中创建模型。借助工业物联网,OEM 可以将这些模型转变为运行中机器的数字孪生,从而优化机器在特定运行状态和工况下的性能。OEM 还可以将预测性维护作为增值服务提供给工厂运营者,以提高其设备的可靠性、可用性和可维护性 (RAM)。同时,OEM 还能获得设备的现场性能反馈,以便未来改进设计。

系统集成商

系统集成商可以帮助工厂运营者在生产设备之间建立互连、执行系统集成、落实工厂级性能,并通过云端或本地的基础架构实现整个流程的可见性和分析。系统集成商还可以开发整个工厂流程的数字孪生,实现工厂的虚拟调试,以验证和优化工厂性能,而不必等待实体工厂竣工和设备安装完成。

工厂运营者

工厂运营者总是希望工厂能够以最优效率、最大生产率以及最低运营和维护成本运行,同时能生产出满足客户功能、质量、速度和成本要求的产品。工业 4.0 可以给工厂运营者(包括自有工厂 OEM)带来以下四方面的好处:

柔性生产

轻松应对生产中产品的类型和数量变化。

柔性生产,不同型号的汽车可以使用同一条生产线组装。

大批量定制

既实现了定制产品的柔性和个性化,又实现了批量生产所具备的低单位成本。

大批量定制工作流。

大批量定制工作流。

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运营性能优化

使用传感器数据、数字孪生、统计分析、机器学习AI 算法识别并防止过程低效状况。

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可靠性、可用性和可维护性 (RAM)

使用预测性维护制导性维护降低运营和维护 (O&M) 成本,减少机器故障或过程故障造成的影响。

维护策略的发展进程。

维护策略的发展进程。

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随着技术进步,工业 4.0 赋予的优势将更为深远、广阔。例如,随着 5G 技术日益现实可行,工厂运营者可以更快获得实时数据,从而做出更加明智的决策。他们还可以在运营、维护和培训活动中运用虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR),进一步提高生产率和效率。OEM 和系统集成商也可以使用 VR/AR 为工厂运营者提供更多增值服务,还可以将其运用于自己的产品设计、仿真和调试。


MATLAB 和 Simulink 在工业 4.0 中的应用

工业 4.0 综合一系列技术,为制造业呈现了一个可持续、可盈利的未来。这是一场数字化转型之旅,需要有愿景引领,践行承诺,创造价值。每家公司的情况各不相同,因此需要采取不同的路线。

进一步了解 MATLAB 和 Simulink 如何帮助您应对第四次工业革命,为您的数字化转型之旅创造价值。

增强互连

提升自动化

以数据驱动决策

  • 数据科学:探查数据,构建机器学习模型并执行预测性分析
  • 预测性分析:使用历史数据预测未来事件
  • 机器学习:训练模型、调优参数并部署到生产环境或边缘设备
  • 人工智能:模仿人类智能行为来感知环境、理解行为并采取行动

数字转型

另请参阅: industrial automation and machinery, IoT, predictive maintenance