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什么叫工業4.0,這篇接地氣的文章終于講懂了

2017年09月19日
筆者早年從事過工業自動化行業,后來去了幾個城市,講過《工業互聯網與工業文明史》這門課,以至于很多人以為我很懂工業互聯網(其實我也就是半桶水而已)。今天早上有人問我,工業4.0到底是個啥,本來答應給他單獨講一遍,后來一想,不如整理下材料和思路,一塊分享給大家,所以今天就跟大家談談這個神秘的工業4.0吧。

先聲明,筆者只是個知識的搬運工,我說的不一定對,不過是看了很多材料后消化理解的結果而已。事實上,工業4.0就沒有標準答案,連德國人自己都沒有。

先看三個概念:

工業1.0

機械化,以蒸汽機為標志,用蒸汽動力驅動機器取代人力,從此手工業從農業分離出來,正式進化為工業。

工業2.0

電氣化,以電力的廣泛應用為標志,用電力驅動機器取代蒸汽動力,從此零部件生產與產品裝配實現分工,工業進入大規模生產時代。

工業3.0

自動化,以PLC(可編程邏輯控制器)和PC的應用為標志,從此機器不但接管了人的大部分體力勞動,同時也接管了一部分腦力勞動,工業生產能力也自此超越了人類的消費能力,人類進入了產能過剩時代。

這三個定義都很學術,你們放心,這是我全文最學術的一段話,后面,我決定老和尚講故事的方法來給大家講這個故事。

要理解工業4.0,我們得先看下目前的狀況,我們稱之為工業3.X,用修真小說的時髦描述,也就是3.0中后期,這種狀態叫做完全的自動化和部分的信息化。

咱們還得從工廠的業務模式說起。

作為一個工廠,存在的目的只有兩個,生產產品,然后賣出去。所以在工業企業中,通常會分為兩個大的部門,一個是生產部門,一個是業務部門,前者通過MES(制造執行系統)管理,后者通過ERP(管理信息系統)來管理。

這兩個系統啥區別呢?ERP更傾向于財務信息的管理,而MES更傾向于生產過程的控制,簡單的說,ERP主要告訴你客戶需要生產多少個瓶子,哪天下單,哪天要貨,而MES主要負責監控和管理生產這些瓶子的每一個步驟和工序如何實現。

在中國工廠的很多車間里,各個生產設備之間、生產設備和控制器之間,都已經基本實現了連通。再牛逼一點的公司里,整個工廠已經通過制造執行系統(MES)連通起來,而業務部門全部通過ERP連通起來了。

發現問題了嗎?

ERP和MES其實并沒有連起來!

所以當ERP給MES下達生產計劃指令后,MES在生產過程中發生了與計劃偏差的事項(比如設備壞了,原料不合格等等),MES會根據車間的實際情況進行調整。但是ERP是不知道的!所以它會繼續按照原本的計劃執行訂單,時間久了,財務系統和工廠的實際情況就會出現非常大的偏差。

至于為啥沒連起來,兩個原因,首先是ERP和MES的開發公司通常是兩撥人,搞財務的和搞生產的合作,不但互相不懂對方的職業術語,雞同鴨講,而且互相看不上對方。另外,業務部門和生產部門在公司里通常是分開運營,各自的領導有各自喜歡的供應商(原因你懂的)。

當然,人民群眾的智慧是無窮的,他們是斷然不會干等著兩個系統的偏差越來越大的,既然系統不給力,咱人工上。所以工廠車間通常會定期把MES的調整項做成一個表,交給業務部門,然后由業務部門手動在ERP中調整過來。

ERP和MES的問題只是工廠內系統斷層的一個問題縮影,事實上工廠里還有非常多的其他系統,設計、制造、采購、辦公等等,這些系統都是一個個的信息孤島,互相都不知道對方在干啥,干到哪一步了。其中一個部分出了特殊情況,其他部分都不知道,只有等到問題出現了,才能退回來,所有系統再一個個改。

當然,這種事也不是第一天存在的,以前因為在工業時代,產品的生命周期很長,筆者的老東家,西門子一個型號的變頻器可以賣三十年,這樣一兩年的研發上線時間也就顯得不那么長了,其余的問題,靠著人工溝通,雖然有錯,倒也都相安無事。

然而,可怕的狼終于還是來了。

這兩只狼,一只叫產能過剩,一只叫互聯網。

全球性的產能過剩,導致企業的競爭越來越激烈,以往一款產品賣三十年的做法已經不行了,你跑不快,有的是快的。

互聯網時代的到來,撼動了工業時代的一大基礎,信息不對稱。工業時代里,因為生產廠家無法低成本的了解每一個客戶的需求,所以往往采用一刀切的方法,就是把需求做多的性能組合到一起,成為一款產品。

比如你想要一雙適合你的腳的鞋子,鞋廠是無法知道你的腳多大的,所以只能測量很多人的腳之后,把最集中的尺碼分成40號,41號,42號等等,但是如果你的腳偏肥或偏瘦,對不起,概不伺候。

互聯網改變了這個局面,人與人,人與廠商,可以低成本的實現連接,從而讓每個人的個性需求被放大,人們越來越喜歡個性化的東西。但是個性化的東西需求量沒有那么大,這就需要工業企業能夠實現小批量的快速生產。

這兩只狼,逼迫著傳統工業必須做一件事,一件工業社會最不愛做的事,就是快速、小批量、定制化的生產。

這個時候,先得做點準備工作,就是工業3.0首先要進化為3.X,所謂工業3.X,其實就是先把ERP和MES等等信息系統徹底打通,讓工廠原本的所有信息孤島實現連通。這個時候,就從完全的自動化和部分的信息化,進入了完全的自動化和完全的信息化,也就是工業3.0大圓滿階段。。

好了,前面的都是現實問題,3.0大圓滿之后,我們就要開始科幻燒腦之旅了,我們終于要沖擊工業4.0了。這個過程中,3.0中以及完全的自動化和信息化要開始做一件事,就是結婚,生孩子。

這個過程,德國叫工業4.0,美國叫工業互聯網,我們工信部稱之為兩化融合,物聯網的腦殘粉們把它叫做萬物互聯。

這里我要說一下,所有的物,如果需要互聯溝通時,就有一個問題,說什么語言?說英語、德語、還是四川話?

通訊協議是什么,這個是一個關鍵問題。你可能會說,為什么不用現在互聯網的通訊方式,也就是TC/PIP協議,這是個技術問題,沒法幾句話解釋明白(其實我這個曾經的半桶水自動化工程師也不怎么太懂)。簡單的來說,互聯網的通訊方式,速度還是太慢,精準度還是不夠,安全性還是不好。而工業生產中,對于速度、精度和安全性的要求,要遠遠高于你下載一部電影的要求。

所以萬物互聯,必須需要一個專門的通訊協議。

這也是德國的工業4.0,美國的工業互聯網,以及中國的兩化融合中國制造2025,這些時髦的名詞背后隱藏的核心問題,大家在爭這個通訊標準。

按照修真小說的習慣,每一個境界都要分成一個小境界,以突顯差異和牛逼,我按照這個方法,把工業4.0也分成六重天。

工業4.0第一重天,智能生產。

之前我們說過,生產設備和管理信息系統也各自連接起來,并且設備和信息系統之間也連接起來了。你有沒有覺得還缺點什么?沒錯,就是生產的原材料和生產設備還沒有連接起來。

這個時候,我們就需要一個東西,叫做RFID,射頻識別技術。估計你聽不懂,簡單來說,這玩意兒就相當于一個二維碼,可以自帶一些信息,他比二維碼牛叉的地方,在于他可以無線通訊。

我還是來描述一個場景,百事可樂的生產車間里,生產線上連續過來了三個瓶子,每個瓶子都自帶一個二維碼,里面記錄著這是為張三、李四和王二麻子定制的可樂。

第一個瓶子走到灌裝處時,通過二維碼的無線通訊告訴中控室的控制器,說張三喜歡甜一點的,多放糖,然后控制器就告訴灌裝機器手,“加二斤白糖!”(張三真倒霉……)。

第二個瓶子過來,說李四是糖尿病,不要糖,控制器就告訴機器手,“這貨不要糖!”

第三個瓶子過來,說王二麻子要的是芬達,控制就告訴灌可樂的機械手“你歇會”,再告訴灌芬達的機械手,“你上!”

看到了,多品種、小批量、定制生產,每一灌可樂從你在網上下單的那一刻起,他就是為你定制的,他所有的特性,都是符合你的喜好的。

這就是智能生產。

工業4.0第二重天,智能產品。

生產的過程智能化了,那么作為成品的工業產品,也同樣可以智能化,這個不難理解,你們看到的什么智能手環、智能自行車、智能跑鞋等等智能硬件都是這個思路。就是把產品作為一個數據采集端,不斷的采集用戶的數據并上傳到云端去,方便用戶進行管理。

德美工業4.0和工業互聯網的核心分歧之一,就是先干智能工廠,還是先搞智能產品。德國希望前者,美國希望后者。

工業4.0第三重天,生產服務化。

剛才說了,智能產品會不斷地采集用戶的數據和狀態,并上傳給廠商,這個就使一種新的商業模式成為可能,向服務收費。我好多年前在西門子的時候,西門子就提出來向服務收費,當時我覺得這是德國佬拍腦袋想出來的愚蠢決定,但是現在我才明白這是若干年前就已經開始為工業4.0的生產服務化布局了。你對西門子的印象是什么?冰箱?其實,西門子這些年已經悄然并購了多家著名軟件公司,成為僅次于SAP的歐洲第二大軟件公司了。

這個服務是什么呢?比如西門子生產一臺高鐵的牽引電機,以往就是直接賣一臺電機而已,現在這臺電機在運行過程中,會不斷的把數據傳回給西門子的工廠,這樣西門子就知道你的電機現在的運行狀況,以及什么時候需要檢修了。高鐵廠商以往是怎么做的?一刀切,定一個時間,到時間了不管該不該修都去修一下,更我們汽車保養沒什么差別。現在西門子可以告訴你什么時候需要修什么時候需要養護,你要想知道,對不起,給錢。

再舉個例子,智能產品實現后,每一輛汽車都會不斷地采集周邊的數據,來決定自己的行駛路線,整個運輸系統會完全服務化,任何人都不需要再買車。

在這個階段,所有的生產廠商都會向服務商轉型。

工業4.0第四重天,云工廠。

當工廠的兩化融合進一步深入的時候,另一種新的商業模式就有要孕育而生了,這就是云工廠。

工廠里的設備現在也是智能的了,他們也在不斷地采集自己的數據上傳到工業互聯網上,此時我們就可以看到,哪些工廠的哪些生產線正在滿負荷運轉,哪些是有空閑的。那么這些存在空閑的工廠,就可以出賣自己的生產能力,為其他需要的人去進行生產。

互聯網行業為什么發展的這么快,就是因為創業者只需要專注于產品和模式創新,不需要自己去買一個服務器,而是直接租用云端的服務就行了。而目前工業的創業者,還是要不斷地糾結于找OEM代工還是自建工廠中,這個極大地限制了工業領域的創新。當云工廠實現的時候,我預言中國的工業領域將出現一個比互聯網大百倍以上的創新和創業浪潮,那個時候這個社會的一切都將被深刻的改變。

工業4.0第五重天,跨界打擊。

互聯網行業天天說降維打擊傳統行業,什么谷歌小米阿里巴巴樂視,可是我告訴你,當工業4.0進入第五重天時,工業企業的跨界打擊將比這些互聯網企業猛烈百倍。這個過程將從根本上撼動現代經濟學和管理學的根基,重塑整個商業社會。

舉個例子,一個生產手表的廠商,這個表每天貼著你的身體,采集你身體的各項數據,這些數據對于手表廠商也許沒啥用,但是對于保險公司就是個金庫,這個時候,手表廠商搖身一變,就能成為最好的保險公司。

當自動化和信息化深度融合的時候,跨界競爭將成為一種常態,所有的商業模式都將被重塑。

工業4.0大圓滿,黑客帝國。

整個工業4.0過程,就是自動化和信息化不斷融合的過程,也是用軟件重新定義世界的過程。

在未來,多元宇宙將在虛擬世界成為現實,一個現實的世界將對應無數個虛擬世界。改變現實世界,虛擬世界會改變;改變虛擬世界,現實世界也會改變。一切都在基于數據被精確的控制當中,人類的大部分體力勞動和腦力勞動都將被機器和人工智能所取代,所有當下的經濟學原理都將不再試用。

但是有一些東西是不會變的,我相信。

人類的愛、責任、勇敢,對未來和自由的向往,以及永無止境的奮斗。

生生不息。。
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