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对准工业革命制高点 构建战略转型新架构(二)

2015-11-12 09:32:45 中航工业 航空工业专栏

德国(欧盟):工业4.0

德国要保持和捍卫制造业的领先地位,在德国工程院、弗劳恩霍夫研究院、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下,工业4.0项目在2013年汉诺威工业博览会上被正式推出。这是一个高技术战略项目,以建立智能工厂为目标,其技术基础是赛博物理系统(CPS),其特征是自适应性、资源有效性、人机工效及其与客户和业务组件在业务和价值流中的整合,可以从四个维度透视其增值过程,即订单、产品、工厂和技术,通过水平和垂直集成,贯穿整个生命周期的工程连续性,所有的工具实现无缝集成。通过自优化、自重构、自诊断及对人的认知和智能支持,形成高度的客户定制化,这也是未来社会对工业的需求。

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工业制造中的四个生命周期

还有一个重要的变化是用信息技术来设计和仿真生产过程,也就是说,不仅仅用信息技术把产品设计和仿真出来,同时还要把生产这个产品的过程也设计和仿真出来,全面整合、优化产品生命周期和生产生命周期。

欧盟随即发起了IMC-AESOP计划,即智能监测与控制(Intelligent Monitoring & Control)——面向服务的过程监测与控制架构(Architecture for Service Oriented Process Monitoring& Control)计划。IMC-AESOP计划的合作伙伴包括施耐德电气、SAP、霍尼韦尔、微软等。研究内容主要是基于云的分布式异构系统的过程自动化,同时在这个层面研究、解决逻辑架构和功能架构,这和复杂系统工程是一样的。首先根据需求来设计逻辑架构和功能架构,最后再落实到物理网络架构来进行优化。所以未来工业设施的基本特点就是基于云的赛博物理系统(CPS),把在传统工业中自动化和信息化的各种方式联合起来,实现整个企业范围内的监测与控制。同时这个网络将要形成大规模的生态系统和大规模的协同,目的是使今天难以实现或者高昂代价实现的事在未来很容易实现。是否具备这种能力,直接决定着未来的战略竞争成败和生存能力。

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产品的数字双胞胎模型

结合德国工业4.0以及欧盟提出的IMC-AESOP计划来看,未来工厂设计运行面临诸多挑战,所以面向未来制造的赛博物理模型应采用的是“偶模型”法。从早期设计阶段构建数字图像,在产品设计阶段将系统信息和物理知识导入,在此基础上建立仿真模型以作为未来分析的参考,也就是建立“数字双胞胎”(digital twins)。所谓“数字双胞胎”,就是所有设备要有一个数字模型,先建立一个健康模型,同时经过实测不断地完善这个模型。在后续使用阶段,它能持续记录和跟踪设备的状况。仿真的模型被认为是真实环境的镜像。最终由于云计算技术的普适连接,这个“偶模型”为工厂管理者提供机器状况更好的可达性。今后的产品从设计之初,就要诞生一个“数字双胞胎”,在全生命周期内都跟着这个产品,任何时候对产品的分析判断都基于这个数字模型,产品在任何时候进行了维修,都会在这个模型中体现。

中国:中国制造2025

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中国制造2025

为了应对一系列变化带来的深刻影响,推动制造业实现由大变强,中国正式发布了“中国制造2025”,这是第一次从国家战略层面描绘建设制造强国的宏伟蓝图。从其中规划的目标和内容来看,高端装备制造业是重中之重。实施好“中国制造2025”,要以创新驱动发展为主题,以信息化与工业化深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向。

综上所述,美国的再工业化战略主要包括国家制造创新网络(NNMI)计划、先进运载器制造(AVM)计划、工业互联网,德国工业4.0主要是智能制造、赛博物理系统(CPS),中国制造2025是两化融合、工业转型升级。所以,制造强国与制造大国方向一致,殊途同归,新一轮工业革命的共同基础就是赛博物理系统(CPS)。

新一轮工业革命的新特征

聚焦新一轮工业革命的核心技术领域,分别涉及数字制造(数字化和自动化)、智能制造(智能化)和工业互联网(网络化),在复杂系统工程和复杂组织体架构的支撑下,提取制造智能传递给赛博物理系统(CPS)。

责任编辑:实习编辑 王婵