数据、数字线程和工业4.0
软件和技术是如何使制造业数字化的，以及对商业领袖的好处
美国独立战争前10年，格拉斯哥的仪器制造商詹姆斯·瓦特被指派修理一台纽科门蒸汽机。他很快意识到，可以通过增加外部冷凝器盘管来改进设计，从而大大提高热效率。瓦特蒸汽机很快就广泛应用于采矿、纺织和其他工业。磨坊和工厂如雨后春笋般出现，工人涌向城市，世界农业社会逐渐转变为机械化社会。第一次工业革命开始了。
然而，由于廉价钢材的短缺，工业增长很快就受到了阻碍。再一次，一项简单的发明——将压缩空气引入充满熔融生铁的熔炉——改变了一切。1856年，英国发明家亨利·贝塞麦爵士为他的新工艺申请了专利，并开始用它来生产钢铁，速度要快得多，成本也比其他竞争方法低得多。20世纪初，电力使用量的增加和亨利·福特开发的流水线生产方法进一步推动了工业革命的第二阶段，为我们现代工业社会铺平了道路。
施瓦布还警告了危险。随着制造技术的不断发展，劳动力市场几乎肯定会被打乱。立法程序和政府法规可能无法迅速适应数字创新的指数级增长，导致拥抱这种技术的企业和试图理解它的政策制定者之间产生冲突。而且，无论即将到来的革命可能带来多大的积极影响，它也引发了更大的问题，涉及国家安全、个人隐私、甚至自主武器和网络攻击。随着机器、设备和软件开始独立思考和行动，这些将变得越来越相关。是的，这场革命比其他任何革命都更有可能改变工业，但它也可能改变我们的生活方式。
施瓦布的两位同代人，罗伯特·博世公司管理委员会副主席齐格弗里德·戴斯和德国科学与工程院院长亨宁·卡格曼，在2011年的汉诺威博览会上首次提出了“工业4.0”一词。两年后，他们的工业4.0工作组提出了建议2他告诉德国政府，该国制造业应该如何利用物联网和服务来提高国家竞争力，以及使用“通过互联网将智能物体普遍直接联网”的智能工厂，也就是大多数人所说的工业物联网，或IIoT，是工业革命的下一个阶段。
智能硬件网络
但物联网到底是什么?它是如何变得工业化的，物体是什么时候变得智能的?这些都是很重要的问题，至少其中一些问题可以由你的孩子或公司的常驻电脑怪才回答。可穿戴健身追踪器、自动驾驶汽车、学习型恒温器——这些只是日常智能设备中的一小部分，它们使用复杂的技术使我们的生活更简单。
其中一些只不过是商业噱头，而另一些则有能力彻底改变我们的世界。在地区或国家层面，物联网使政府能够自动测量污染水平，检查供水中的污染物，追踪濒危物种和逮捕偷猎者，警告公众地震、火灾或恐怖袭击，监测桥梁和道路等基础设施，并大大提高电网的效率。
在消费者和城市之间的某个地方，存在着驱动这一切的引擎:商业和工业。这就是工业物联网的用武之地。这一领域的潜在利益是如此巨大，以至于全球网络技术提供商思科2013年的一份报告预测，到2022年，私营企业的价值(净利润)将增加14.4万亿美元，涵盖资产利用、员工生产力、供应链和物流、客户体验和创新这五个方面的改进。该公司还表示，到2018年将有210亿台联网设备，比五年前增长了近50%。这可是一大笔钱和很多关系啊。
跟随数字线索
工业4.0和工业物联网革命需要的远不止智能设备和喋喋不休的机床。也许这场工业变革中最大的浪潮是“数字化制造”，这是一种在整个产品生命周期中共享数据的相对较新的方式，可以降低成本，加快周转，提高零件质量。西门子(Siemens)和PTC等公司正忙于开发集成软件平台，将制造的各个环节联系起来，从最初的产品设计到工厂布局，再到交付后的客户反馈。这种“数字线索”消除了长期以来阻碍不同软件系统之间数据交换的信息孤岛，将制造过程的各个方面联系在一起，包括3D CAD建模和可视化工具、可制造性设计(DFM)分析软件、计算机辅助制造(CAM)、计算机集成制造(CIM)和车间数据收集系统。
适当地集成，这个软件字母汤包含了从产品概念，经过设计，原型设计和制造，再回到重新设计的数字信息流。再加上与此过程相关的所有辅助线程，如采购、物流、仓储和财务等，这些线程通常由所有首字母缩略词的老大哥——erp或企业资源规划——管理，数字周期就完成了。
这些软件系统的功能不仅仅是交易数据。它们消除了管理它们时的大部分人为干预。这就是所谓的自动化(我们在这里不讨论机器人)，它是数字化制造背后的重要组成部分，如果不是关键驱动力的话。这正是拉里·路基斯在1999年创办快速制造公司Protolabs时的想法。那时，比尔·盖茨还是微软的首席执行官，谷歌成立还不到一年，最接近智能手机的东西是黑莓。Lukis的目标吗?生产射出成型零件成本和时间都是传统方法的一小部分。
路基斯知道，他需要大幅自动化这个过程，但不是以大多数人认为的方式。他需要一种方法来减少复杂报价、模具设计和刀具路径编程所需的前期时间，这些延误一直困扰着他之前在打印机制造商LaserMaster的工作。当时还没有软件系统能够完成这样的任务，所以Lukis和他的团队开发了定制软件来完成这项任务。然后，他开发了一种专有的制造工艺。
软件和硬件自动化的融合
Protolabs从那以后采纳了这个最初的想法并开始运行。大约在2007年，该公司推出了快速转弯CNC加工操作，决定绕过公司基于erp的调度系统，转而采用具有数字化制造意识的自主系统。来自集成零件报价和工具路径系统的信息自动与生产车间共享，在生产车间，视频显示允许工人查看有关作业队列、设置要求、生产和质量指标的实时信息。同样，随着作业在制造过程中的进展，状态信息被自动收集，然后反馈到MRP和库存控制系统。
这是一个闭环系统，生产车间需要更少的人工干预，更多的是在电脑前进行操作。这降低了制造成本，提高了吞吐量，并为管理层提供了做出明智决策所需的数据。正因为如此，Protolabs已经从一家小型初创公司发展成为一家拥有1500名员工(全球)、2.64亿美元的公司，专注于快速旋转成型、机械加工和3D打印等，能够在几天内交付塑料、金属和液体硅胶部件。这就是数字化制造的本质。
一本改变游戏规则的剧本
拉里·路基斯(Larry Lukis)并不是唯一一个在数字领域纠缠不放的人。西门子PLM将数字化制造定义为一种方法，允许工程师“在虚拟环境中创建完整的制造过程定义，包括工具、装配线、工作中心、设施布局、人体工程学和资源。”beplay体育是黑网吗其结果是更高的吞吐量，消除可制造性限制，以及数字化制造公司能够更快地做出更好的决策。作为证据，西门子的客户沃尔顿工程公司，沃伦，密歇根州。，used digital manufacturing techniques to reduce dimensional-related costs by up to 50 percent. Furniture manufacturer Swerve joined forces with its machine tool vendor and Siemens to improve integration between its PLM and CAM system, resulting in business growth and greater ability to handle close tolerance work. Aerospace giant Pratt and Whitney revamped its various configuration management systems in favor of a unified CAD-driven data management solution from Siemens, one that decreased product development costs by 75 percent.
这些结果并不是唯一的。根据咨询公司CIMdata的数据，数字化制造可以将上市时间缩短30%，将工艺规划工作和设备成本降低40%，并将总体生产吞吐量提高15%。此外，达索Systèmes DELMIA行业解决方案和营销副总裁Patrick Michel表示:“在企业范围内部署数字化制造解决方案的公司之所以这样做，是因为他们希望进行虚拟工厂参观，降低设计规划中固有的风险，确定工厂设计将如何影响有朝一日将在其中工作的工人，减少重新设计设备的需求，更有效地利用资源，并消除原型。beplay体育是黑网吗数字化制造需要一个缓慢、人工、资源密集型的过程，并将其带入21世纪。”
事实上，数字化制造的速度带来了其他好处:产品开发阶段的成本节约，因为开发周期更短;数字化进程使按需或小批量制造的效率更高;而且，由于前端引用和分析过程的速度，加速的设计迭代为开发人员带来了更大的创新。
对大多数公司来说，变化是可怕的。供应链或生产产出的中断可能给制造商和消费者都带来灾难。那么，如何才能对工业基础设施和过程进行深远的修改呢?你可以从重新设定公司期望开始。督促你的员工用不同的方式思考。与员工、客户甚至竞争对手合作，审视现状，然后把它扔出窗外。与精通数字技术的供应商密切合作。利用他们灵活的战术和数据驱动的制造技术来提高您公司自己的数字实力。要知道，通往数字化制造的道路往往是一条非常规的道路。任何进入过数字前沿的人都知道，这里没有严格的规定。 It’s only by accepting a new playbook and embracing change that a reinvention of the business can occur.
数字制造业和工业物联网在改善美国经济方面的潜力是如此巨大，以至于奥巴马总统已经采取了行动。认识到外国竞争的威胁，以及美国就业机会流向劳动力成本低的国家，他要求工业界、学术界和政府的领导人找到重振美国制造业的方法。国家制造业创新网络(NNMI)就是在这些努力下诞生的。该组织的范围很广，包括增材制造等先进技术的开发，包括镁和钛在内的轻金属的开发，先进复合材料制造，纳米技术等，但其主要关注领域之一是“创建智能制造基础设施和将低成本传感器集成到制造过程中的方法”。
其中许多新举措都集中在增材制造或3D打印上。Protolabs采用了一系列工业3D打印技术，包括立体光刻(SL)、选择性激光烧结(SLS)和直接金属激光烧结(DMLS)，这些技术能够制造几乎任何可以想象到的形状的部件。与Protolabs更传统的制造工艺一样，数字线程在这里也很活跃。从产品概念和设计上传到打印、整理和交付，制造过程的两端以及中间的任何地方都共享数据。通过整合传统上处于行业两极的技术——加法和减法——protolabs大大提高了其灵活性，并提供了降低生产成本和制造交货周期的新方法——这是公司快速开发新产品并在发布后保持它们的好处。
打破壁垒，利用数据
减法设备制造商也将受益于工业物联网和数字化制造流程。2013年，机床制造商Okuma Corporation在日本小口开设了DS1(梦想基地1)工厂，展示了该公司的熄灯制造和自动化生产控制能力。从那时起，生产效率提高了一倍，交货周期缩短了一半，电力成本下降了30%。第二年，竞争对手马扎克(Mazak)宣布了其iSMART4工厂概念，将其10家制造工厂与最先进的设备和先进的制造实践“完全数字化集成”。两家公司都准备以机床集成和M2M(机器对机器)通信的形式与客户分享这种前瞻性技术，提高生产率和零件质量，即使是最小的车间。
这种设备和其他设备之间的大部分通信能力都是由被称为MTConnect的通信技术的最新发展所推动的。这个开源协议之于工厂就像HTML之于网站。如果没有它，在几十个不同的控制构建器之间共享信息将非常困难，工业物联网(与制造业有关的物联网子集)将戛然而止。
工业通信技术提供商MEMEX Inc.是一家利用来自车间的大量数据的公司，该公司是思科、Okuma、Mazak等公司的商业合作伙伴。正如埃森哲(Accenture)首席执行官大卫·麦克菲尔(David McPhail)所指出的，跨国管理咨询公司埃森哲(Accenture)估计，到2030年，对工业物联网的资本投资和随之而来的生产率提高可能会使美国的累计GDP增加6.1万亿美元。“这是一个巨大的数字，我们相信工业物联网不亚于下一次工业革命。”
喝电子酷爱饮料
另一家忙于自我改造的公司是通用电气。总裁兼首席执行官杰夫·伊梅尔特(Jeff Immelt)指出，工业互联网是一个五脚凳，包括超级连接、卓越的机器、数据民主化、改进分析的预测算法，以及努力工作的人们，所有这些技术。由于通用电气致力于这些概念，该公司是第一家在喷气发动机中使用3d打印部件的公司，通过重新设计其飞机支架之一来挑战增材制造“制造商”社区，并定期邀请第三方公司提出替代制造技术的技术建议。它还推出了“工业互联网操作系统”Predix，为工业物联网运动竖起了大拇指
作为其数字联盟计划的一部分，GE已经向系统集成商、机器制造商、电信供应商以及几乎所有渴望开发用于工业环境的安全软件解决方案的人开放了Predix开发平台。
最后一句话中的一个词——安全——在制造商跨入数字大门时尤为重要。如今，绝大多数机械车间和小型制造公司甚至没有专门的IT人员在场，更不用说网络安全专家了。然而，随着越来越多的商店“联网”，黑客破坏车间的可能性越来越大。这就是为什么思科和其他公司正在研究如何简化安全工业计算所需的基础设施，这样商店老板就不必在晚上躺在床上担心他们闪闪发光的新网络感知工厂的安全性。
来源:cisco.com，dmdii.uilabs.org，ge.com，memex.ca
1.weforum.org/agenda/2016/01/the-fourth-industrial-revolution-what-it-means-and-how-to-respond
3.cisco.com/c/dam/en_us/solutions/industries/docs/gov/everything-for-cities.pdf