全球工业4.0的顶级盛会——2018汉诺威工博会攻略之二：不能错过的三大趋势和五大技术

彭俊松
2018-03-07
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在工业4.0领域，2018汉诺威工博会的主题将是“集成的工业——连接与协作（Integrated Industry – Connect & Collaborate）”，通过重点展示自动化与IT平台、人工智能和能源技术的整合，让观众们了解数字化转型在工业中的最新进展，昭示着工业4.0即将进入到下一个阶段。本届汉诺威工博会，根据笔者的和总结，至少将会有三大热点趋势和五大核心技术值得我们重点关注。

一、三大热点趋势提前了解

1. 人工智能、IT平台与工业机器人三者之间的集成与结合

从一开始，德国的工业4.0便极为强调虚实结合，尤其体现在IT平台与工业硬件的发展与整合的技术路线上。工业4.0通过最新的通讯技术，将生产系统中的机器进行联网，构建网络物理系统CPS，从而打造出新一代的智能工厂。在人工智能技术日益实用化的今天，人工智能与IT平台和工业机器人三者之间的集成，更是将这一虚实和软硬结合的路线推到了一个更高的水平。显然，这一发展路线与偏爱工业大数据和云计算的工业互联网平台相比，有着十分鲜明的德国特色。本次工博会上，将会看到众多的德国乃至全球知名的IT平台提供商和工业机器人和工业设备提供商的精彩展示，以及结合人工智能技术下的最新应用进展。这将是本次大会最精彩的亮点。

图：强调软硬虚实集成与结合的德国工业4.0的最新进展将是本次汉诺威工博会最精彩的亮点

2. 生产与物流的高度一体化

在以往展示的数字化工厂场景中，主角常常是机器或者是机器和人。随着在数字化工厂中越来越多的创新技术和新的业务流程的出现，物流日益成为推动或制约工业4.0技术落地应用的重要前提。可以说，没有物流技术的升级和支持，很多智能化的数字工厂场景只能是空中楼阁。在制造业中，通过数字化技术，将生产与物流乃至供应链紧密结合在一起，成为持续追求效率提升和成本降低的重要手段，这一结论已经成为业界的共识。

本次的汉诺威工博会将与著名的汉诺威国际物流展CeMAT同时举办，本身就昭示着生产与物流一体化在工业4.0时代的重要性，充分说明德国工业4.0已经进入到实用和落地的阶段。在CeMAT上，观众们将能亲身体验生产和物流的融合技术，以及在工业4.0时代的物流4.0（Logistics 4.0）的最新发展。

图：本次汉诺威工博会与国际物流展CEMAT合办，彰显了生产与物流一体化的发展趋势

3. 用于电动汽车的生产和电网能源

越来越多的人已经接受这一观点，那就是电动汽车和自动驾驶将会给社会和经济带来巨大的转变。工业4.0所追求的在智能工厂中的灵活物流，也越来越离不开电动汽车及其相关技术的支持。但是，今天的电网并未做好广泛支持电动汽车的准备。为了迎接电动汽车带来的挑战，需要提供全面的充电站覆盖，升级和构建相应的配电网络，建设电力“超级高速公路”——所有这些都归结为数字集成，将可再生能源、能源储存设施和电动汽车智能互联，作为一个协调的无缝集成系统一起工作。在电动汽车和自动驾驶技术在国内乘用车市场如火如荼地宣传的今天，汉诺威工博会将会给我们带来一个不一样的工业应用的新视角。

图：数字集成对于电力“超级高速公路”的支持，是本届汉诺威工博会的一大热点

二、五大核心技术重点考察

对工业4.0感兴趣的观众，对于以下五大核心技术，在工博会现场也是绝对不能放过。

1. 机器学习——人工智能在制造业中的实用技术

机器学习在今天已经成为人工智能应用在制造业中最重要的技术。它能够让数字系统识别数据中循环出现的模式，将其应用到新的数据流中，从而在系统运行中实时监测到新的趋势和异常情况。在本次工博会上，将会看到大量的机器学习应用在制造业中的场景，例如：

智能化地监控设备故障：由于传感器变得更小更便宜，意味着企业可以采用更加经济的手段，随时监控设备运行状况。机器学习在这里可以发挥巨大的作用，在数据偏离正常状态之后，可以发出警报，减少意外停机的次数。
根据测量结果提高产品质量：在获得了测量数据之后，机器学习的算法不仅可以根据已知的缺陷模式，帮助企业找出造成加工误差的原因，甚至还可以对以前未知的产品缺陷模式进行检测和报警。
对能源管理进行优化：在智能电网和微网技术日益发展的今天，通过机器学习技术，可以帮助企业对未来电力需求进行预测，从而适应化石燃料能源和可再生能源混合应用下的电网波动，更加精确地将发电企业的电力成本与制造企业的生产需求匹配起来。
自动调度物流车辆：机器学习为自动驾驶铺平了道路，使其成为支持数字化工厂柔性化生产的基础。通过机器学习技术，可以帮助车辆识别和理解周围的环境，从而承担更多的物流任务。

图：机器学习已经成为人工智能目前在制造中的实用技术

2. 智能供应商——智能工厂的基石

建立数字化工厂的一个重要目标就是提高对产品的定制能力，希望能够像批量生产一样经济高效地生产定制化的产品。显然，这一实现有赖于大量的可以提供定制化零部件的供应商，这也是在很多复杂装配行业里推动数字化转型的重要基础。在本次工博会上，会看到很多这样的例子，这也是很多在零部件行业里，作为“隐形冠军”的德国企业发挥重要作用，带动整个经济走向工业4.0的例证。在工博会现场，我们会看到很多这样的例子，这充分说明工业4.0不仅仅是大型总装企业的专利，在零部件供应商和中小企业，都可以运用工业4.0获得实际的效果，这一点对于中国企业来说具有重要的借鉴意义。这方面的实例很多，遍布在工博会会场的各个角落，例如：

通过在产品中嵌入RFID芯片或传感器，可以让生产线在生产过程中进行产品定位，由产品向设备传达应该如何进行下一步加工的指令，从而提高生产的灵活性。
通过使用3D打印技术，汽车企业可以生产以前出产的老汽车的维修配件，避免了重新开模的成本和复杂的制造准备过程。
使用传感器测量机械设备中润滑油的导电性能，从而监控润滑油的温度和润滑滚动轴承的磨损，从而持续地优化生产系统。

图：汽车企业使用3D打印技术生产小批量的专用售后配件

3. 预测性维护——在设备停机前维修

预测性维护作为工业4.0的核心应用之一，从一开始就得到了广泛的重视。近年来在每一届汉诺威工博会上，都会有大量的预测性维护的产品和方案的展示。越来越多的企业已经开始意识到，通过使用预测性维护技术，可以为企业带来真正的成本节省。在工博会现场，将会看到很多这方面的例子：

一个开发工具包的例子，用它来搜集来自家电、钢铁等行业的生产线的数据进行诊断，其目标是提高10%的生产率。
在远程控制桌面软件的基础上向物联网迁移，以支持智能建筑、零售和农业设备中的预测性维护。
在城市交通轨道列车安装板卡，将传感器、芯片和算法集成在一起，对预期磨损和可能缺陷进行预测。
对电梯提供预测性维护服务，精确地监控电梯的运行速度、容量、关门情况，并在云端对数据进行分析。
在进行预测性维护的时候，将现场工人的模糊性的语言描述也纳入到算法中，从而提高预测质量。

不得不提的是，尽管预测性维护一直以来都是汉诺威工博会的常客，但是根据一项调查，在德语国家里，虽然有76%的企业已经可以通过传感器进行数据采集，但只有20%左右的企业正在使用这项技术。造成这一现象的主要的原因，还是因为目前的预测性维护方案大多只针对某一种设备。作为企业来说，在一条生产线上有大量的不同设备。如果为每一类设备采用不同的预测性维护方案，对于企业来说将会烦不胜烦。那么，在市场上是否有较为通用的预测性维护的系统呢？观众不妨带着这个问题在现场寻找一下。

图：预测性维护对于企业来说可以显著节省设备维修成本

4. Cobots——新一代的人机协同

目前在德国的制造部门，每1万名员工就会部署290多台多功能机器人。预计在未来的一段时间，这个数字还会增加。这些机器人不是在替换工人，而是更多地成为他们的“同事”，与他们一起携手合作——即所谓的“Cobot”而不是“Robot”。在本次汉诺威工博会上，将会看到大量的这类展示，体现出很多特点，例如：

互动和灵活：与传统的工业机器人需要在物理隔离的区域甚至笼子里执行工作不同，今天的Cobot大量使用传感器技术，可以观察工人的位置和动作，在近距离与工人交互式接触工作。
可以完成具有挑战性的任务：与传统的智能完成一些笨拙费力的工作的工业机器人不同，今天的Cobot可以独立工作，甚至可以完成十分复杂的任务，让工人可以从单调和身体紧张的工作状态中解放出来。
安全第一的原则：Cobot从设计到运行都遵循了最大限度降低工人受伤风险的原则。工人既可以直接引导机器人对其进行控制，也可以放心地与机器人肩并肩工作。即便因为工人意外移动造成被机器人手臂打中，其力量也不会造成严重的伤害。

图：Cobot可以与工人一道安全地完成复杂的任务

5. 数字化双胞胎——“一生一世”的映射

近两年来，大量的产品从设计阶段开始就已经有了虚拟化的三维模型。在使用阶段，还会不断地通过传感器来采集数据。这样，制造企业不但可以在使用阶段进行性能监控和故障诊断，甚至还可以为开发阶段检测到设计缺陷。

在本次工博会上，会有大量的厂商将自己的产品和方案冠以数字化双胞胎的名义进行展示。例如：

对设备运行进行数据监控的例子，如船舶、航空引擎。
使用虚拟现实技术对设计内容进行3D再现的例子，如用VR眼镜帮助设计、检测、维修。
对港口的船只的运动和泊位进行记录，以加快报关进程的例子。
对港口机器人与人之间进行交互和协作的过程建立模型的例子。
对工厂进行3D建模，仿真工厂运行的例子。
在桥梁上安装传感器进行负载、变形和振动监控的例子。

以上这些例子还有很多。给人一种感觉，似乎只要是通过传感器采集了物理对象的数据并加以利用，就可以称之为数字化双胞胎，使得这个概念有被“滥用”的趋势。无奈的是，尽管数字化双胞胎这个概念已经出现了十几年，但并没有严格的技术标准和规范来严格界定它的具体功能，它似乎从一个专业词汇，逐渐变成了一个人们喜闻乐见的大众词汇。现场的观众们可以根据自己的认识，判断一下哪些方案更加适合称作数字化双胞胎吧。