創新引領工業 4.0 制造業轉型

如今，制造業中最寶貴的資源不是鋼鐵、煤炭或電力，而是數據。制造商們開啟了他們的工業 4.0 之旅，這是在人工智能和大規模連接推動下的最新工業革命。

在這個新時代，企業可以利用傳感器和數字系統生成的數據來監控現實世界的生產流程，為實現更靈活的生產模式奠定基礎，從而滿足不斷變化的消費者需求。

但是，就工業4.0的當前側重點而言，消費者需求僅僅是冰山一角。在波及全球的經濟、地緣政治、環境、人口問題和危機影響下，工業勞動力供給和供應鏈受到了前所未有的沖擊。例如，新冠肺炎(COVID-19)疫情的發生凸顯了先進技術、實時數據以及靈活的制造和供應鏈的重要性。

隨著自動化程度不斷提高，并由機器人承擔重復性危險工作，制造商可以提升勞動力價值，確保生產連續性。這不僅可以解放員工，讓他們能夠發揮自己的腦力，還可以將以前外包的自動化和重復性工作拿回自行完成。物聯網系統研究中心副主任、威斯康星大學麥迪遜分校副教授Kaibo Liu表示：“人們現在開始討論和關注的功能越來越多，例如物聯網、機器人和增強現實等在制造環境中的使用。您會注意到，我們開始從制造過程中收集分辨率越來越高的數據，從而在更多方面能夠做出實時決策。”

制造商不得不改變其運營方式以響應這種新型需求，包括采用更多的本地化制造設施，以及設計可以針對不同的批次規模快速重新配置的生產線。

Nicola O’Byrne  ADI公司互連運動和機器人市場經理

提高供應鏈的本地化程度也會提高制造業的靈活性，通過降低運輸復雜性，減少對環境的影響。最后，制造商利用可靠的實時數據和易于重新配置的系統，可以迅速做出決策，例如安排維護計劃、調整機器設置或從服裝制作轉向口罩生產。

下一次工業革命的一些要素仍然是令人向往的未來構想，比如由一組自主機器人來協作完成建筑、恢復和救援等高級任務，有些方面已經成為現實。分散式3D打印設備就是一個典型示例，它縮短了先進制造技術的上市時間和客戶交付時間。如果能與正確的合作伙伴合作，如今的企業就能夠贏得工業4.0制造技術帶來的效率、安全性和生產力等方面的優勢，并為制造業的下一次轉型打下基礎。

第 4 次工業革命

第三次工業革命為我們帶來了電子、計算、電信和數字技術，讓制造商在設計工廠時，使其能夠大批量生產少數產品，甚至大批量生產單個產品。相比 20 世紀 20 年代，或者 21 世紀早期，現如今的消費者希望擁有更多選擇和更高程度的定制體驗，因此需要更高的靈活性。

ADI公司狀態監控 Otosense AI 部門的副總裁 Kevin Carlin 表示：“如果您想要買一輛車，您會有很多種選擇。制造商需要能夠滿足數十萬，甚至數百萬種不同的配置需求。同時還需要管理整個工廠和供應鏈，以能夠實時響應這種需求，并配置工廠從一種模式轉向另一種模式。”

實現這種飛躍并非易事。大多數工廠依賴現有的、可能已經過時的技術生態系統。如果只是簡單地用新設備取代舊設備，不但價格昂貴，而且往往不切實際。所以，向工業4.0制造轉型應該依靠增強，而不是替代——將現代化IT技術支持實現的智能帶到工廠中的現有設備。

通過在生產層面構建傳感器驅動的無線通信網絡，ADI 公司等合作伙伴幫助制造商們開始采用狀態監控等新興技術。如此，工廠可以通過傳感器監控特定設備或零件的健康狀況，主動識別、診斷和解決異常，以免造成問題甚至導致全面故障。這種實時監控可以幫助延長設備壽命并提高吞吐量。鑒于計劃外停機的成本可能占總制造成本的近四分之一，所以采用預測性維護有望大幅節省成本并提高生產力。

停機成本

對制造商來說，計劃外停機成本高昂，而防止計劃外停機是工業 4.0 制造技術的一個主要目標和特色。

23.9%的總制造成本來自停機成本

資料來源：“在制造中采用先進維護的成本和優勢”，美國商務部，2018 年 4 月。

將 IT 技術運用到廠區

隨著工業 4.0 到來，制造商們開始從傳統的計算機基礎設施過渡到新的網絡解決方案，以加快速度，改善數據管理和提高能效。

硬件實現安全性

工業 4.0 制造有一個核心概念，稱為“互操作性”，即在大量工業物聯網設備中傳輸實時數據的能力。制造車間使用許多設備制造商提供的設備、軟件協議和專有網絡。到目前為止，還沒有任何方法讓這些單獨的協議和網絡能夠相互通信。時間敏感型網絡( TSN )的出現將首次實現這一功能。

現在的智能工廠會生成大量數據，所以為了實現互操作性，必須先構建可靠的現場網絡。實時確定性以太網就是一種可以幫助實現這一目標的技術，它能夠更有效地管理互聯工廠中的海量數據。除了在傳感器技術方面處于領先地位外，ADI 公司等合作伙伴還率先推出硬件改進（例如實時確定性以太網交換機），幫助構建工廠的中樞神經系統。

“在各個系統之間建立實時、高帶寬連接，以更有效地控制各個生產過程，從而提高效率。”

—— Martin Cotter  ADI公司銷售與數字營銷高級副總裁

ADI 公司全球銷售與數字營銷高級副總裁Martin Cotter表示：“在從物理向數字轉變的過程中，我們的任務是確保邊緣生成的信息現在能夠傳輸給特定工廠中的任何設備。”他補充道：“在各個系統之間建立實時、高帶寬連接，以更有效地控制各個生產過程，從而提高效率，幫助提高產出的確定性，推動實現下一代工業流程。”

成功實現互操作性之后，制造商就可以開始采用工業 4.0 制造中令人激動的先進技術，例如可以和人類一起在工廠中工作的機器人和“協作機器人”。與自動駕駛汽車一樣，這些機器同樣依靠先進的傳感解決方案的支持，可以三維感測周圍的環境，在它們執行重復性的復雜任務時，確保高度安全。

未來的工廠

下一代解決方案將兌現工業 4.0 的承諾，幫助提高生產力、效率、安全性和靈活性。

機器人和協作機器人

利用由傳感器支持的分析，工廠可以主動識別和解決機械問題，以防造成機器故障和中斷生產。

無線傳感器網絡

為工業環境定制的網絡產品甚至可以在嚴苛的制造環境中實現物聯網通信，這給射頻帶來了新的挑戰。

機器人和協作機器人

先進的運動控制和傳感解決方案正在將機器人與人類的協作變成現實，并開始在工廠環境中運用。

ADI等合作伙伴可以將不同的傳感模式（例如視覺和飛行時間）與連接技術（例如確定性以太網）結合，用于實時傳輸數據，并更精準地控制機器人和協作機器人。據一份報告顯示，使用這些工具可幫助美國制造商每年節省約404億美元的資金。

“我們提供數據，哪里產生數據，哪里就有我們。50年以來，ADI公司深受客戶的信賴，幫助他們解決嚴峻的工程挑戰。我們擁有豐富的領域經驗，這為我們攜手當今客戶推動未來發展奠定了堅實的基礎。”

—— Martin Cotter  ADI公司全球銷售與數字營銷高級副總裁

對于制造商來說，邁向未來需要進一步投資先進技術，以期推動工廠自動化發展和提高靈活性。在實現物理世界與數字世界接軌的傳感器驅動層面上，真正體現了工業 4.0 帶來的優勢。