• 德国汉诺威工业展观察:工业4.0的发展现状和未来 | 图说

    时间:2017-05-10    来源:36kr    作者: 我要评论() 字号:T | T

  •  云启资本在德国汉诺威展现场的干货报告!

     德国汉诺威工业展观察:工业4.0的发展现状和未来 | 图说

    编者按:本文来自“云启资本”,作者 云启资本执行董事陈昱和副总裁郑瑞庭Midi。

    今年是德国汉诺威工业展70周年,汉诺威工业展被认为是制造业界之顶级盛会,也被认为是工业4.0中各家厂商成果呈现的最佳场合。

    作为一支技术驱动的基金,云启资本也派了经验丰富的投资高管前往德国参展,云启资本执行董事陈昱和副总裁郑瑞庭Midi通过此次德国汉诺威工业展,对工业4.0的现状和未来进行了深度研究。

    开门见山,先给出我们的结论:

    综观此次汉诺威工业展盛典,云启资本深入工业4.0 最前沿现场,观察到几项未来的趋势,并值得密切关注产业动向:

    1)OPC-UA 已成工业设备跨平台通讯标淮,设备IOT 成本大幅下降可期,可预见性维护系统的方案会被工厂大幅采用以降低生产风险成本,另目前虽大量数据被采集,但数据分析的实际作用尚未显现,如何在高效的分析系统下提供行业可行的决策判断亦被行业所需要;

    2)机械臂已由重工业进入至其它产业,机械臂的使用已不是工厂自动化的障碍,而是更加智能化,来满足行业用途,人工智能包含深度学习和进化学习,结合多传感器机械臂会是下一代机械臂发展主流;

    3)关键零组件技术仍是企业核心竞争力,目前减速机和高精准电机仍以进口为主,高性价比之核心零件仍有大量市场需求;

    4)AR 行业应用已深入到产品开发/生产的多个环节,AR硬件的成本下降和如何打造一行业应用场景是行业AR 普及的关键。

    以下为现场多图文解读:

    自从2011年汉诺威工业展提出工业4.0后,“工业4.0” 开始被广泛讨论和研究如何建构出一个有感知意识的新型智慧工业世界,旨将工厂的各型製造和生产设备连网,收集海量的设定/生产/监测的各项数据,并透过分析各种大数据,产生和预测一个充分满足客户的相关解决方案产品(需求客制化),彻底颠覆传统产品规格单一重覆且大量之工厂生产概念。 

    本届汉诺威工业展仍围绕整个工业4.0架构来展示,如下附图:横轴为一熟知之工厂产品增值之价值链进程展开,也就是产品研发->生产设置计划->产品生产工程->产品量产执行->客户持续服务,纵轴为各阶段之衍生开发和实现技术,也是会场上各类型厂商之主营业务。

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    价值链-厂商分布图

    01 产品研发

    CAD/CAM 已是各类产品设计师必备的设计工具,各类设计软件大厂如PTC (Pro-E)、Solidwork和Ansys等,都提出多房人员协作的设计云概念,来满足目前散布在世界各地的设计人员对项目的设计分工协作,加速项目设计开发,同时各软件的Library 已开始连结多项制造工艺,能对量产产线导入,提前于开发小组内进行设置和规划,并对量产过程进行仿真和预测。 

    02 生产设置/产品生产工程

    在软件平台上传统ERP, EMS 和 Shopflow 仍是各类型工厂的必备生产控制软件, 并趋向公有云/私有云架构来开放,例如:ERP 领导厂商- 德国SAP 整合原ERP功能(纪录企业活动历程, 并呈现到财务报表上),提出企业云架构,开放式OPC-UA架构,让工厂管理者能以标准protocol 连结至各项现场设备,实现企业管理客製化订单之自动化。

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    SAP 现场展示客製化工厂软件解决方案

    工业4.0运用到工厂端,很大的一部份实施来自于生产/检测设备连网,并进行数据分析,按其架构区分为Device layer -> Communciation layer -> Application layer,其中会场上观察OPC-UA (open platform communications unified architecture)已成为设备跨平台的通讯规范主流,可解决不同厂牌设备连通的问题也就是将Device layer 到 communication layer之间的通信协定标准化,同时并可整合 MES 与 ERP 系统,将使用者需求即时连结到生产线。

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    OPC-FA 现场展示范例

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    MES行业客户一览表

    Device layer 是最底层的设备网络层,各家工业自动化方案商也于会场上提出多个案例来说明如何在现有设备上采集数据并进行智慧化地管控,以期让工厂达到智慧管理,也就是预见性维护(Predictive maintenance),其能够对工厂设备进行数据采集、分析,实现预见性维护,这对工厂来说可以节省维修成本以及及时备料供货。

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    Intel-Harman联合展出预见性维护解决方案

    最简单明了的案例,如在一马达上加装分贝感测器和转速感测器,透过实时监控的数据经由傅利叶转换,将其噪音和转速数据透过OPC-UA 协定传送至工厂的网路路由节点,进而传送到监控中心进行数据分析,藉由学习曲线来对该马达的正常/异常状况监控。

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    预见性维护- 马达解决方案案例

    各大自动化方案商展示重点:Intel 强调其处理芯,连合Exor 设备商实现全智能生产和数据分析;Rexroth (Bosh 集团) 强调柔性化生产,以3C 产品常见的贴合/螺附/封胶/组装等组装工序,实现弹性自动化工站的调配。

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    Rexroth 3C 产品柔性生产现场方案展示

     德国倍福(Beckoff),法国施耐德(Schneider),和台湾台达电等多家自动化方案商都在强调数据分析装置结合IOT连网后,实现之智慧工厂架构。

    Communication layer则为传统通信厂商间的角力,如华为和Cisco 都强调其工业云平台支援大数据传输的能力,例如Cisco 为美国东岸约7000个油井进行油井数据收集,1口油井平均每日的数据量约为1TB,其中包含产能,质量数据,和各关键设备的运作数据,在达成智能化的同时,每天需处理7PB的庞大资料量的传输和分析。和现场多个厂商的讨论,他们目前也都集中在Device layer 作服务,就是因为庞大数据的处理任务非所擅长。

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    Cisco 7000口油井数据解决方案

    Application layer的亮点集中在华为,微软,IBM和西门子等软件大厂。微软和华为在会场上呈现了平台联盟的实力,联合多家下游客户展示了云平台的实力,不过两者的展示重点则有差异,华为仍利用其在通讯上的基础来强调其云平台传输频宽的高效运用,未来企业的各项设备上线后,数据量是相当庞大的,华为以高效通讯传输方案为企业打造云平台,进而能让企业进行大数据分析,例如联合Adlink 工业电脑厂商来为中小型客户提供设备物联和云平台数据分析架构;现场亦展出华为和Kuka 机械臂公司合作之打鼓演奏展示。

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    华为展场现场图

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    华为-Adlink 联合展出工厂IOT 云解决方案

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    华为NB-IOT/EC-IOT 解决方案

    微软则强调Hololens 在行业上应用的联盟实力,在AR 的制造行业上的应用展示多项范例,如和意大利Comau 合作,让现场产线生产工程人员,利用Hololens 能以AR方式进行机械臂参数调整和维修分析,并对生产动作进行仿真。

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    微软Hololens在Comau机械臂仿真维护-现场实际操作

    和福斯汽车设计部合作展出, 在汽车外型设计时, 能直观观测到风阻气流之变化。

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    微软-福斯联合展示Hololen在汽车风阻设计案例

    微软和克虏伯电梯合作,现场维修人员利用Hololens能快速进行电梯安装且能分析现场电梯故障点,同时视讯同步和总部工程人员进行故障问题排除,其中克虏伯电梯已采购了近2500台Hololens,步步显示出微软强打自家Hololens 在行业的应用,由其是在设计仿真/ 产线和设备仿真/ 故障排除等工业领域上的应用和领先。其它AR 行业应用如Recon (Intel 处理芯片) 和 新创公司Daqri (和西门子合作) 也不约而同在展场展示其AR 眼镜和行业上的应用, 也显示AR在未来行业会更为广泛。

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    Intel 展示行业现场维护人员全套AR 设备展示

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    Daqri现场示工厂AR行业应用

    西门子作为德国东道主,其展场面积最大,展示范围亦最广,包含生医/ 能源/ 智慧工厂等进行全套展示,会场上亦在主打Mindsphere 的工业云平台,类似国内阿里云的架构,提供各制造企业更低成本的企业云架构,连结多项西门子的设计平台SimCenter和自动化工厂的硬件和系统,形成一完整工业4.0工厂的解决方案,然IDC 数据中心目前只建立在欧洲,则会限制其world wide 发展;也可见北美-亚马逊,中国-阿里云,欧洲- 西门子Mindsphere 的各自发展态势。

    西门子的完整解决方案由产品设计开始,产品设计仿真分析,产线布局/自动化建置软件,产线EMS/Shopflow 生产数据监控,质量工程分析,量产的订单处理和自动化工厂进行生产调配,最后于Mindsphere 云平台上完成数据收集和分析等都进行完整呈现。

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    西门子展示工业4.0之全解决方案- 产品设计仿真分析

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    西门子展示工业4.0之全解决方案- 产品在自动化产线之机械臂仿真分析

     

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    西门子展示工业4.0之全解决方案- Mindsphere 工业云平台范例

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    西门子展示工业4.0之全解决方案

    会场上并利用此套方案呈现了乳制品个性化定制的展台,参观者可以根据自己的口味偏好自行设计定制饮品,在咖啡店等一杯咖啡的功夫,就能从生产线上取下自己定制的饮品。参观者体验了如何借助其工业云平台MindSphere的应用程序,对生产加工相关KPI进行可视化和评估。这是西门子展示的约20个MindSphere的应用案例之一。西门子还和阿迪达斯在德国时间4月25日宣布,在体育运动用品数字化生产领域开展合作。作为联合研发项目的一部分,双方将携手推动阿迪达斯智能工厂SPEEDFACTORY的数字化进程,最终发展快速、透明和定制化生产的能力。这意味着未来人们可以根据自己的喜好定制阿迪运动鞋。

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    西门子展示客製化奶制品现场体验- 印制了云启名片之客製化乳製瓶

    汉诺威工业展会的内容,正在由于跨界、融合而变得多姿多彩起来,可以说此次展会我们不虚此行,我们看到工业正在发生全新的变化,下面会更具体解读量产执行的方面。

    03 量产执行

    工业4.0的一项重点也就是工厂自动化,也就是汉诺威展Hall 17的重头戏- 工业机器人/机器臂,传统四大家族 (ABB, Kuka, Fanuc, Yaskwa) 不约而同都集中在其擅长汽车自动生产领域作了展示,其中Fanuc 展示了一系列小至5kg 荷重到1700kg 荷重之机械臂。

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    Fancu 全系列机械臂展示

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    Fanuc之1700N重工机械臂现场展示

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    Kuka无人化工厂现场展示范例

     

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    Fanuc之1700N重工机械臂现场展示

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    Kuka无人化工厂现场展示范例

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    Abb 双臂机械人Yumi 现场展示

    会场上最受吸引众人眼球的则是Omron 的深度学习机器人- “Forpheus”,这次的Forpheus是搭载了人工智能升级版之后的第三代机器人,包含两个视觉传感器和一个移动传感器。视觉传感器用来判断机器人和人对打时乒乓球的运动轨迹,而移动传感器则利用热成像图形判断人的位置移动。另一个视学传感器则能在千分之一秒内判断球速。另Forpheus 之深度学习演算可配合对手程度作逐步学习,并提昇回球的难度来进行一能力评分。

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    Omron 的桌球教练机器人- 深度学习机械臂(Forpheus)

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    Omron 的桌球教练机器人- 现场观众与Forpheus 进行桌球练习后之评分

    另在汽车重工领域外,日系的Epson,Denso和Yamaha也展现其在3C 自动化领域的实力,其中Epson 作为Apple 手机组装之指定机械臂展现了低负重下之高精淮运动轨迹控制,另一项会场的亮点为Denso 之进化学习机器臂,利用传统日式槌球游戏来表现(将小球抛起,并将木槌上之插销,插入小球内的圆洞),Denso 利用视觉传感器和Motion 传感器,不断进行运动轨迹和出力修正,在运行一段时间后, 成功率已接近98%。

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    Denso 进化学习机械臂- 现场展示日式槌球

     

    人机协同亦为会场的一重点,德国Bosh的工厂自动化概念为柔性生产+人机协同, 由机器臂进行简单且单调的组装动作,协同作业员进行复杂组装动作(如需要手感之硅胶安装),以此呈现出工厂自动化/成本效益最大化。

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    Bosh 现场展示人机协作

    人机协作中最敏感即为人机碰撞的危险性性,各家也都采用了不同的解决方案,目前集中在下列商业化作法a)Bosh 的静电感测器皮肤b) Sick 和 Pilz 的Lidar 感测 c) Camer 图像感测;目前各家的方案都有一定缺陷且成本高昂(例如: Bosh静电皮肤方案不适合在金属加工领域);这也是未来有机会的地方。

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    Sick 展示工业安全设备 - 激光雷达安全区域侦测

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    Sick 展示工业安全设备 – Light beam 标定安全区域

    Festo 气动元件大厂,展出类似章鱼手足之仿生机械臂,利用Motion control 来进行机械臂之运动控制,以空压驱动机器臂中之特殊泡绵材料,可进行3kg 荷重之操作。

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    Festo现场展示软足机械臂- 现场辅以动作控制器作软足机器臂控制

    意大利Comau则展出模块化机器臂,搭配开源软件和自主减速机关节,提供开发者更为灵活且个性化之机器臂设计。

     

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    Comau 的eDo 模块化机械臂展示

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    eDO机器人的模块化零件

    Mech Mind 来自中国清华大学海归团队,提供了机器臂传感器/演算法/ 编程软件的解决方案,通过视觉技术来定位摆放毫无规律的物体,让机械臂实现复杂分拣动作,其路径规划和碰撞避免技术能让传统机械臂获得智能化的升级。

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    Mech Mind 的智能化分拣方案示意图

    关键零件上,机器臂的核心零组件-减速机,日本Nabtesco 帝人精机缺席,Harmonic Drive 则采客户洽谈制,现场的产品展示已不是重点,而是直接与现场客户洽谈业务,一亮点为微型电机领导厂商- 瑞士Maxeon 展示出多款高精度电机: a) 高严酷环境电机 b) 高精准扭距控制电机 c) 薄型电机。

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    Maxon 的超薄型电机展示

    德国汉诺威工业展观察:工业4.0的发展现状和未来 | 图说

    Maxon 高严酷环境微型电机 – 环境容忍度为摄示-50度~200度

     

     

    德国汉诺威工业展观察:工业4.0的发展现状和未来 | 图说

    Maxon展示高精度控制微型电机- 图中电机可精准控制停转状态穿过Maxon名牌

    另自动化之传输设备上,高精密线性滑轨和运动控制可看到其工艺不断提升,台湾上银展出之线性滑轨可达20m/s2之加速度。

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    Hiwin 展示高精度/线型滑轨控制

    德国汉诺威工业展观察:工业4.0的发展现状和未来 | 图说

    现场高速线型滑轨展示-达20 m/s2

     

    汉诺威工业展会的内容,正在由于跨界、融合而变得多姿多彩起来,可以说此次展会我们不虚此行,我们看到工业正在发生全新的变化!

     

     

     

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