从汉诺威看工业4.0的模样

　　越来越多的企业试图将智能化、数字化、电气化等一系列工业4.0所包含的丰富内涵落地。而能源产业与工业制造融合程度如何，也从某一侧面决定了工业4.0的进程。

 

　　4月下旬，德国工业界最重要的展会之一——汉诺威工业博览会开展，吸引了来自世界各地的工业技术领域展商。相较于去年，今年的汉诺威更为热闹，拥有世界上最先进的互联网企业的美国成为了本届展会的伙伴国。

 

　　毫无疑问，这是一次传统工业和互联网的碰撞。

 

　　2011年，也是在汉诺威展会现场，德国政府提出工业4.0概念，成为引领德国工业界发展的新方向。五年间，这一热潮从德国涌向全球，越来越多的企业正决意将未来制造的愿景变为现实，他们试图将智能化、数字化、电气化等一系列工业4.0所包含的丰富内涵落地。

 

　　在德国，《能源》杂志记者试图探寻工业4.0更为丰富而具体的内容，而在本次的展会上，记者似乎看到了工业4.0时代的雏形。2016汉诺威工业博览会主题是融合的工业——发现解决方案。包含五大专业主题展：工业自动化展、数字化工厂展、能源展、工业零部件与分承包技术展、研究与技术展。重点关注四大主题板块：工业自动化与信息技术;能源与环保技术;工业供给、生产工艺与服务;研究与发展。在这些丰富的板块中，不论是德国企业还是来自世界各地的企业，都在展示智能化制造取得新进展。

 

　　就像德国传感器家族制造企业西克一位工程师对《能源》杂志记者所说的那样：“工业4.0概念囊括了太多的内容，但是只有将这些丰富的技术和具体的工业生产结合时，才会有意义。”

 

　　虚拟和现实的连接

 

　　在汉诺威偌大的展馆中，最吸引观众眼球的莫过于3D打印和轻型机器人。工业4.0中所包含的定制、弹性生产将借助于这些新型的技术来得以实现。

 

　　在德国最为先进的汽车制造领域，宝马、奔驰汽车的生产已经可以借助工业软件对车体进行设计，比如奔驰全新系列敞篷车的折叠功能就是用西门子的NX软件仿真设计出来的，并且通过3D打印技术，对于复杂而难以生产的汽车零部件进行模拟生产。

 

　　这也就意味着，伴随着大数据时代的来临，数字化将对制造业产生根本性的改变。据统计，2000年以前，全球产生的新信息总量约为2万艾字节。而现在每一天都有如此数量的数据产生。预计到2020年，全球数据总量将增长至2013年的10倍。数字化正在成为各行各业转型过程中的游戏颠覆者。

 

　　在西门子位于柏林的燃气轮机厂，生产着世界上单机规模最大的燃气轮机。在这里，燃气轮机的生产已经有超过50年的历史，柏林燃气轮机厂也已经有超过100年的历史，但是数字化对于传统能源设备的生产也在这里发生着改变。

 

　　对于复杂而庞大的燃气轮机，其构成和原理很难发生翻天覆地的变化，但是在对其不断研发的道路上，数字化的技术已经开始参与其中。3D打印的日益普及，甚至被用于以往依靠锻造、铣削和铸造工艺以及在物理和技术上非常复杂的环境。

 

　　在紧凑的配件厂房里，有一间3D打印工作室，在这里进行着连接虚拟和现实，以及过去和未来的活动。

 

　　SGT1000F燃气轮机是西门子过去生产的一款产品，现已停产。而在世界范围内，依然有30台此类燃气轮机进行着运转，一旦燃气轮机的其中配件发生故障，很难在工厂中进行再生产，在这间看似不足三十平米的房间的中心，3D打印机可以实现对已经停产配件的复制。

 

　　而对于未来燃气轮机的发展，这台其貌不扬的方形盒子，也在发挥着它的作用，设计师们将对于下一代燃气叶片的数据进行模拟，这台机器很快就将设计师们设想的叶片模型制作出来。

 

　　轮机内部零件的保养周期很长，在这段时间内，它们必须能够耐受不时超过 1300°C的温度。采用3D打印技术制造的镍基超合金被用于轮机中的高温部件中。对于传统制造业，3D打印的速度提升了10倍，交货时间最多可减少90%。

 

　　在传统制造转型升级中，这些数字化的技术正在发挥着越来越重要的作用。

 

　　几乎在每个汉诺威展台中，都能找到云平台的身影。不论是西门子这样业务多元化的巨无霸，还是意昂这样专注于能源行业的巨头，他们都在向客户展示数字化平台在提升管理效率、资源优化配置等方面所发挥的作用。

 

　　作为德国能源巨头之一的意昂集团，在本次展会上，展示了对于风电、太阳能等新能源设计的管理平台。作为拥有大量传统能源和新能源的电力企业，意昂拥有丰富的能源数据，而现在它希望借由积累的丰富数据来为第三方的电力资产投资方提供服务。通过平台计算、分析，以帮助客户提高资产发电效率、实施高效管理。对于传统的电力企业而言，凭借数据的优势，来找到发电资产外新的业务增长点，也不失为一条好的路径。

 

　　正如一项统计所显示的那样，全球52%的首席执行官在谈及所在行业的愿景时都认同，数字化将大大改变行业现状。

 

　　产业新融合

 

　　将虚拟和现实连接只是第一步，怎么更好的运用已有的数据，形成一个更为灵活、可用性更高的“生态系统”，是未来工业领域面临的更大的挑战。

 

　　日趋显著的数字化和无处不在的联网正在改变整个工业生产链。同时，全球范围内的数据量也呈现爆炸性增长。为了恰当地分析和使用海量数据，我们首先需要开发出能帮助我们理解数据内容的系统。而开发这一系统的前提条件之一就是要了解设备和系统是如何工作的，以及哪种传感器和测量技术能被用来读取最有用的数据。

 

　　在未来，“工业4.0”将让全球数十亿机器、系统和传感器互通有无、分享信息。这不仅能大幅提高生产效率，而且可以令公司在定制化生产方面具备更大的灵活性，从而充分满足市场需求。

 

　　“从一体化工程演变为一体化运营，是西门子的过程工业客户阔步走向工业4.0之路的关键一步，这将显著提高生产的速度、灵活性和效率。”西门子股份公司过程工业与驱动集团首席执行官Jürgen Brandes博士解释说。

 

　　事实上，发展至今，工业生产电气化已经基本实现，未来制造业的升级和转型，是在从原材料、运输、生产以及到消费这些环节的连接之间进行进一步提升。也就是说，单一产业的各个环节之间的融合，甚至不同行业间的融合程度决定了未来的工业水平。

 

　　生产系统和能源系统是两个密不可分的部分，而基于享有能源和生产共同的数据的平台在其间将发挥更为重要的作用。

 

　　比如，在汉诺威展会上，西门子面向市场推出“MindSpher——西门子工业云平台”。MindSphere被设计为一个开放的生态系统，工业企业可将其作为数字化服务——譬如预防性维护、能源数据管理以及工厂资源优化——的基础。特别是，机械设备制造商及工厂建造者可以通过该平台监测其设备机群，以便在全球范围内有效提供服务，缩短设备停工时间，并据此开创新的商业模式( Analytics)。

 

　　也就是说，如果说云平台在过去是单一产业数据，未来云平台集合将是多层次和立体化的，从而可以为工业生产提供全面的解决方案。

 

　　过程工业和制造业需要可靠、安全和高效的能源供应。对灵活生产和节能降耗要求的不断提升使得灵活和一体化能源系统的角色越来越重要。要确保经济可行性，保护环境，以及保证可靠的电力供应，可再生能源整合和分布式发电必须由智能系统控制，而这只有在数字化技术的基础上才能实现。

 

　　此外，从集中向分散已经成为近几年能源行业重要的变革之一。分布式能源系统与微电网的连接已经成为了众多工业用户的选择。“微电网”可将工业企业的用电负载与发电机组联网，生成一系列可被测量、控制、监测和调节的数据。这一数字化过程能为企业带来新的机会和商业模式，譬如，企业可以进军能源市场，或通过智能负荷高峰管理确保经济地供给电力。

 

　　另一个关键问题是需要确保供电安全，利用现代保护理念避免工厂及系统中过载或短路的发生。工厂内部的分布式发电趋势也在改变着工业企业和电厂的互动方式。这一趋势要求电网和电力系统拥有全新的规划和能源管理理念，以保证稳定、经济的电力供给。

 

　　因此，数字化趋势为未来用电侧的管理提供了更为丰富的想象，也是实现用电侧管理的方式之一。

 

　　在未来制造业中，人、物与机器的联网将无处不在，全新的生产环境也将应运而生。而产业之间的更为紧密的连接，也让全新的环境更为复杂。与此同时，也为智能分析提供了更为全面的数据基础。

 

　　可以说，能源产业与工业制造融合程度如何，也从某一侧面决定了工业4.0的进程。

 

　　作者：范珊珊 来源：能源 2016年5期

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