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正在發生的變化:人機協作與虛擬生產

時間:2016年09月27日瀏覽:275次收藏

漢諾威應用科技大學經濟學教授赫爾貝格認為,“工業4.0所需要的技術并不新,工業4.0更多是如何利用好這些已有的技術將生產串接起來邁向虛擬生產,實現高度靈活的生產。”

“無人化”工廠里的信息力量

沃爾夫斯堡的大眾汽車總部的玻璃體“倉庫”內,一輛輛已被訂購的大眾汽車分格儲存。來取車的客戶只需輸入一個電子指令,“倉庫”內的大型機器手就緩緩伸起,準確地停在相應車前,伸出八爪魚般的“觸手”吸附著車軌,平穩地將車抽取出降至底部,再通過內部隧道直接送達客戶跟前,整個過程不超過5分鐘。

這是大眾的智能車庫,整個終端取車過程已全部實現自動化。在這終端背后,是德國工業4.0應用最前沿的領域:汽車制造。從一片鋼板到最后整車下線,全部在信息化的控制下實現自動生產。

柏林時間4月21日中午,德國調研組走進位于慕尼黑奧林匹克體育場附近的寶馬總部工廠。三層樓高的噴涂車間內,只聞機器臂運行的轟鳴聲,卻罕見工人。當寶馬汽車外殼被送入噴涂車間,一臺臺“披”著銀灰色“衣服”的機器人臂開始忙碌起來。

寶馬機器人車間

靈活的一號機器臂滑動在軌道上,用細細的“手指”打開左邊兩道車門,再穩穩地扶一下。相比人輕重不一的力度,它每次開門都相當柔和,力度控制得恰到好處,幾乎每一個車門打開角度都維持在45度左右。隨后,它往前滑行掀開車前蓋,轉了下“手腕”,開始進行360度的噴涂。

就在車門被打開的同時,接到指令的二號和三號機器臂開始進行兩邊的車框噴涂。整個過程,靈活的機器臂就如跳舞一般自帶韻律。噴涂完成,二號機器臂隨即將車門關上。“啪啪”兩聲后,車輛迅速被送往下一個環節,三個機器臂優雅地轉了轉“頭”,安靜地縮回至工位上,等待下一輛車的到來。

在寶馬工廠里,這樣的“小團隊”合作是每道自動化工序的常態。裝配車間內,安裝在車間面板上的幾個攝像頭猶如人的“眼睛”,正等待寶馬車架的到來。

在機器臂安裝車身鈑金塊前,每只“眼睛”都會在自己的“崗位”上,對每塊鈑金塊進行“體檢”,收集好數據,并即時傳送至后臺進行儲存。隨后,一旁的機器臂將“體檢”完的鈑金塊安置到位,并撤走自己的機器。幾乎同時,另外兩臺機器臂立刻跟上,將這一鈑金塊牢牢焊接到車身中。

流暢的信息溝通和機器合作,使寶馬汽車的每一道生產工序都保證在58秒內完成。也因此,在寶馬工廠內,“平均58秒就能生產一輛車。”負責接待的寶馬負責人介紹。

地球“賽博坦”里的人機協作

當寶馬全面實現自動化的時候,在德國企業中,這種模式是不是全部實現了應用?就在離寶馬總部工廠約10公里的MAN公司,調研組看到,這里更多是通過人機協作開展生產。

MAN公司是世界上最著名的重型卡車生產企業之一,是世界500強公司,現在已經被大眾集團收購。在它位于慕尼黑的廠區,主要生產TG系列重型卡車,在這里可以實現重型卡車的“全過程生產”。有不少人將這里戲稱為地球的“賽博坦”,專門批量生產變形金剛“擎天柱”。

走進MAN工廠,在一輛“擎天柱”正在裝配的底盤前,根據訂單的特殊需求,幾名工人正在裝配螺絲。“在這個工位,當擰螺絲的機器手來到四個特殊螺絲位之后,要由工人在后方按下控制鈕進行安裝。”帶領調研組參觀的員工Matthias Lessel說,這個環節中,工人指引機器手正確落位后,再控制機器人迅速上螺絲,保證了這道工序的快速完成。

他介紹,這里的工人都是熟手,再加上機器人的應用,所以每個環節,他們都能夠設定最優時間,然后搬運機器人就會根據工廠早已設定好的程序走向下一個工位,進行下一環節的操作。

這只是MAN工廠人機協作的一角。雖然并沒有如寶馬一樣實現全面自動化生產,但MAN工廠仍然很好地將人機協作在工業生產過程中進行了應用。Matthias Lessel說,首先,搬運機器人減輕了工人定時搬運之苦,減低了在這個環節所造成的時間與人力的浪費。其次,卡車上共性的東西他們早已通過自動化生產線上的機器人進行裝配。最終,涉及到不同型號的重卡個性化的裝配件,才是由工人進行裝配。

MAN工廠

為何MAN工廠不采取全面自動化? Matthias Lessel告訴記者,他們每天最多生產約200輛重卡,且產品有強烈的個性化色彩,為了達到生產效率與控制成本的平衡,他們并沒有在生產線全面應用機器人生產。

Matthias Lessel進一步解釋,不同型號的重卡部件安裝都有其特殊性,對于他們這樣非大批量生產的企業來說,全面投入自動化的產出比并不劃算。故他們更多的還是通過人與機器的協作實現互補,既保證生產效率,又最大限度地減輕成本。

信息技術串接起來的虛擬生產

無論是寶馬總部工廠大規模無人化工廠,還是MAN公司的人機合作的工廠,這種基于信息化的技術此前在德國各類企業中已有廣泛應用。在德國調研組走訪的過程中,無論是德國企業一線從業者,抑或德國研發人員、經濟學者均認為,工業4.0并不是一項新鮮技術,也并非政府倡導后才熱起來的應用。

漢諾威應用科技大學經濟學教授赫爾貝格曾擔任格戴姆勒·克萊斯勒股份公司高級經理,在奔馳公司負責信息化應用,也多次為中國企業提供信息化培訓。他說,現在各種概念層出不窮,但容易造成迷失。比如很多人認為智能手機有“腦袋”,實際上其智慧并不是來自手機本身,而是依靠其背后強大的信息體系支撐。

回到當下熱議的工業4.0,不久前該大學曾面向漢諾威地區做過一項專題調查,結果顯示大企業離工業4.0比較近,而大多數的中小企業離工業4.0比較遠。但赫爾貝格說,調查進一步追問就發現,實際上很多 企業都在做虛擬網絡,這本身就是工業4.0的一部分,只是他們沒有意識到而已。

“工業4.0所需要的技術并不新。”赫爾貝格說。比如數據庫的概念在40年前就已經有了,ERP也是每家中國企業都知道的技術,“因此,工業4.0更多是如何利用好這些已有的技術將生產串接起來邁向虛擬生產。”

虛擬生產即依靠信息的傳送,用虛擬的設備把上下游價值鏈中看得見的生產設備組織起來,實現高度的靈活生產。

比如在軟件供應領域,企業可把一個訂單分解成為若干個小模塊,分包給不同的合作伙伴,最后組合成為一個產品,當另一個訂單需要不同的產品時,它立馬又可以將各種小模塊進行靈活組合,形成新的產品。“未來的工業生產也是這樣,企業可能有很多生產 插頭 和 接口 ,不同的組合就能生產不同的產品。”赫爾貝格說。

相關閱讀:互聯網浪潮推動工業4.0興起

進入21世紀以來,制造業面臨著全球產業結構調整帶來的新機遇和挑戰。特別是2008年國際金融危機之后,世界各國為了尋找促進經濟增長的新出路,開始重新重視制造業,歐盟整體上開始加大對制造業科技創新的扶持力度,美國國家科學技術委員會于2012年2月正式發布了《先進制造業國家戰略計劃》,德國政府在2013年4月推出了《德國工業4.0戰略》,英國政府科技辦公室在2013年10月推出了《英國工業2050戰略》。中國也在2014年提出了“中國制造2025”,旨在推動國內傳統產業技術改造,化解過剩產能,促進工業化和信息化深度融合。

在信息技術驅動的智能化和自動化發展下,傳統制造業的生產模式和用戶需求都在發生著顛覆性的變化,特別是對于中國等新興市場傳統高人力成本、低附加值的制造業企業而言,競爭更加激烈,在這種情況下,工業4.0或者說第四次工業革命的到來,對于制造業企業而言是一次重大的發展機遇和挑戰。

鑒于此背景,清科研究中心特推出《2016年中國工業4.0海外并購與投資專題報告》,從工業4.0概念切入,剖析各國在工業4.0領域的發展基本路線;同時分析工業4.0在中國本土化——“中國制造2025”的基本狀況,著重解析中國企業在工業4.0的環境下海外投資并購趨勢及VC/PE機構參與的機會及方法,并從不同地區中甄選工業4.0案例進行分析,最后提出中國企業工業4.0海外并購中還存在的難點及未來機遇展望,以期為VC/PE機構及企業參與工業4.0發展大潮提供借鑒。

工業4.0(Industry 4.0、Industrie 4.0),或稱第四次工業革命(Fourth industrial revolution)、生產力4.0,是一個德國政府于2013年漢諾威工業博覽會提出的高科技計劃,由德國聯邦教育及研究部和聯邦經濟及科技部聯合資助,用來提升制造業的電腦化、數字化、與智能化。工業4.0自從被德國提出來以后就迅速火遍全球。本質上看,與前三次工業革命相比,工業4.0的進步在于利用互聯網激活了傳統工業過程,使工廠設備“能說話、能思考”,同時實現三大功能:較大程度地降低制造業對勞動力的依賴、較大程度滿足用戶個性化需求,將流通成本降到較低。

工業4.0的發展源于信息革命對現有制造業生產體系帶來的巨大改變,制造業行業發生巨大的變化,用戶對個性化定制和結果的關注度越來越明顯,手機帶來的智能硬件越來越隨處可見,大到汽車,小到燈泡,傳感器和互聯互動都是的產品更加“聰明”,企業銷售的不再是產品,而是結合了產品和服務的成果,硬件企業與軟件企業、傳統制造業企業和IT企業的差別變得越來越小。制造業經歷著用戶需求、產品性、生態系統和流通模式四個方面的變化,曾經用戶和生產方之間的信息壁壘被更大程度的消除,傳統大企業深知國家積累的商業競爭壁壘被打破,生產商與銷售商之間的界限更加模糊,這些驅動著日益式微的傳統制造業進行自身變革,以適應日益變化的市場需求。

工業4.0工廠

2008年的金融危機給發達國家帶來巨大的沖擊,大量企業倒閉,工人失業,但是金融危機也同樣讓歐美等發達國家重新認識到實體經濟尤其是制造業的重要性,特別是在中國、印度等發展中國家對中低端甚至部分高端領域制造業市場強力爭奪的情況下,發達國家急需重塑國家制造業。工業4.0的到來對于發達國家和新興國家而言,都是一次“蛋糕”重新分配的機遇。

美國總統科技顧問委員會PCAST于2011年、2012年先后提出《保障美國在先進制造業的領導地位》以及《獲取先進制造業國內競爭優勢》,同時2011年6月24日,美國總統奧巴馬正式宣布了一項超過5億美元的“先進制造業伙伴關系”計劃(AMP),以期通過政府、高校及企業的合作來強化美國制造業。到了2014年10月,該委員會又發布了《振興美國先進制造業》,該報告俗稱AMP2.0。國在前后兩份AMP制造業報告中,都明確提出了加強先進制造布局的理由,那就是通過規劃系列“先進制造伙伴計劃”,保障美國在未來的全球競爭力。

德國信息化戰略的核心與制造業深度融合啟動在1997年,從建設網絡工廠開始(工廠有IP地址),到2001年E-工業服務(在規定時間遠程對設備進行維護);2009年的自組織生產(對設備狀態進行監控,由機器決定何時對設備進行服務);到2014年的工業4.0(從管理者駕駛艙、產品的虛擬設計、虛擬生產、并行混合工程,從設計、模塊到車間的整體云控制平臺建設),德國工業信息化經過近20年的努力和持續的漸進式創新,建立了一套不斷完善的工業互聯網體系。

中國制造2025”是中國實施制造強國戰略第一個十年的行動綱領,“中國制造2025”這一概念自從2014年12月被首次提出以來,并于2015年5月由中華人民共和國國務院正式公布。根據計劃,預計到2025年,中國將達成從“制造大國”變身為“制造強國”的目標,而到2035年,中國的制造業將達成趕超德國和日本的目標。

除了國家外,許多企業也提出了針對性的工業4.0方案。通用電氣在2012年12月正式提出了工業互聯網的概念;西門子得益于德國政府的主推,在智能制造領域先試先行,已經建立了一批數字工廠;在日本企業界,三菱電機等約30家日本企業組建聯盟“產業價值鏈主導權(Industrial Value Chain Initiative,簡稱:IVI)”,共同探討工廠互聯的技術標準化。

2016年第一季度發生海外并購合計41起,涉及交易金額349.24億元,其中工業4.0類并購發生案例7起,涉及交易金額181.18億元。

但在進行中的69起海外并購中33起屬于工業4.0并購,涉及金額高達1,311.27億元,涉及的大額并購案包括海航集團擬60億美元收購美國IT集團英邁,青島海爾擬54億美元收購通用電氣家電業務,中聯重科擬33億美元收購美國機械巨頭特雷克斯,北京控股擬14.37億元收購德國垃圾能源公司EEW,中國化工9億歐元收購全球塑料機械巨頭克勞斯瑪菲,從進行中案例來看,未來中國企業的工業4.0海外并購還存在這巨大的增長潛力。

從地域來分析,德國成為中國工業4.0海外并購的最熱門區域,根據最新數據,2016年上半年,中國企業在德工業4.0的并購金額約57億歐元,其中完成在德工業4.0企業并購4起,涉及交易金額11.84億歐元,中國化工收購克勞斯瑪菲收購金額最高,達9.25億歐元。目前尚在進行中的在德工業4.0企業并購有9起,合計交易金額45.10億歐元。

正如《中國制造2025》所述,未來無論是成套的制造裝備、機器人、數控機床、自動化生產線、數字工廠,需求都將成倍增長,同時傳感器、只能測量儀表、工業控制系統、伺服電機及驅動器和減速器等智能核心裝置也面臨突破。思路特咨詢公司的報告中顯示,未來5年德國企業在工業4.0解決方案上的投資將占其所有資本投資的50%以上,預計到2020年,德國公司每年的投資將高達400億歐元,物聯網/務聯網每年將平均貢獻高達2~3個百分點的額外收入。在中國市場上,我們預計未來十年全套的智能化、工業自動化等各產業鏈智能升級的市場規模有望達萬億。

工業4.0不是某個行業的發展方向,而是關系到國家興衰的戰略,各級政府也都針對工業4.0及企業海外收購提出鼓勵性政策,同時資本市場和貿易市場都已經對工業4.0企業帶來了正向的反饋,這些未來都將大大推動中國制造業企業的轉型升級。在經濟低迷的情形之下,全球較低的融資成本和企業估值也給尋求快速成長的中國企業帶來了更多的優質標的,未來工中國企業工業4.0海外并購預計將更加頻繁。

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