在航海灾难电影《完美风暴》中，三股天气锋面在新英格兰海岸汇合，形成了美国历史上最猛烈的风暴之一。如今，制造业也出现了类似的趋同现象。它被称为工业4.0，它承诺在未来20年内改变工程师设计和制造产品的方式。
“工业4.0”是第四次工业革命的代名词，代表了从集中式制造向分散式制造的范式转变。而且，它有可能改变装配线的传统角色。
多亏了传感器、计算机和互联网，联网的机器现在可以很容易地彼此和它们的用户实时交流。生产过程可以变得更加可见和可控。
Web浏览器可用作控制设备的仪表板，识别障碍，并进行先前将整个人团队进行处理的快速决策。供应链可以根据需求或生产能力的变化自动调整。产品可以指示机器如何处理它们。
工业4.0依靠最先进的生产设备和工艺，结合了智能设备和嵌入式智能。关键的拼图包括增强现实眼镜、自动引导车辆、协作机器人、外骨骼、预测性维护软件、3D打印机、平板电脑和可穿戴设备。
智能制造的新时代是一个有240年历史的传奇的最新篇章。1776年，随着蒸汽机的使用，第一次工业革命开始于英国。紧随其后的是19世纪后期美国的大规模电气化。
下一阶段开始于1908年的移动装配线的诞生，并在20世纪20年代的大规模生产的传播。然后，在20世纪50年代，美国和欧洲制造商建立了广泛的出口供应链网络。
在20世纪80年代中期，当台式电脑彻底改变了工作场所时，第三次工业革命开始了。到20世纪90年代末，互联网使制造商得以将生产外包给低成本国家，并发展了全球一体化的供应链。
破坏性的力量
“虽然行业3.0专注于单机和流程的自动化，但行业4.0专注于所有物理资产的端到端数字化和与价值链合作伙伴的数字生态系统集成，”咨询公司普华永道校长Kumar Krishnamurthy说。“生成，分析和沟通数据无缝支持行业4.0所承诺的增益，该网络提供广泛的新技术来创造价值。
曾在福特汽车公司工作过的Krishnamurthy解释说:“工业4.0这个词越来越为人们所熟悉，它是由数字化以及纵向和横向价值链的整合推动的;产品和服务的数字化;以及数字业务模式和客户渠道。”
Krishnamurthy认为这一趋势将使客户在关键变更的中心，以重价，产品和服务。“产品，系统和服务将越来越多地定制以客户需求，并在整个生命周期中的产品反馈，”他指出。“我们设想，公司建立在导致需求驱动工程的成功工业平台上的综合SIOP（销售，库存运营计划）流程。”
Automation Alley执行董事汤姆•凯利(Tom Kelly)表示，工业4.0是几十年来制造商面临的最大挑战。他解释说:“而且，它不仅有潜力改变制造业格局——它已经在改变了。”
为底特律地区制造商提供服务的技术商业协会Automation Alley正在发起一项计划，帮助中小型企业采用数字制造技术。
“工业4.0只是我们用来描述制造业不可避免的未来——以及一些公司目前的现实，”凯利说。“这是制造业运作方式的一个重大改变，就像亨利·福特(Henry Ford)引入装配线是当时世界运作方式的一个重大改变一样。从这里回不去了。
“工业4.0是一些已经在改变制造业的技术的总称，”凯利补充说。“这些技术将实体世界与数字世界结合在一起，使得两者之间的互动更加无缝。”
采用这些技术的公司将能够比以往更快、更便宜地将产品交付给客户，并提供更多定制选择。
“在传感器技术的帮助下，制造商可以在整个生命周期中跟踪他们的产品，”凯利指出。“在某些情况下，即使在客户收到过它们后，他们也可以升级产品。它将完全改变我们在全球各个行业的业务。“
Plex Systems公司是一家领先的企业资源规划(ERP)软件供应商，该公司产品营销总监斯图•约翰逊表示:“工业4.0确实是一种考虑融合三个独立趋势的方式——云计算、大数据和分析——以及工业物联网(IIoT)的主流化。”“我们现在所处的时代，从车间到延伸的供应链，一切都可以实时连接起来——材料、人、机器、系统、客户和供应商。
“这不仅能够推动实时效率，它提供了对已经更改的前所未有的数据的访问，我们管理质量的方式，我们提供客户的方式，甚至我们如何定义产品是如何定义的，”约翰逊指出。“制造商正在变得越来越高效，而且还可以更好地提供客户在不断变化的环境中提供的产品。”
一些专家认为，数字制造业的道路将与以前的操作变化不同。虽然没有艰难而快速的行业4.0，但在这种变化浪潮中存在很大的希望。
42Q是一家领先的云制造执行系统提供商，该公司首席技术官斯里瓦茨•拉马斯瓦米表示:“过去20年，技术专家一直将制造业视为一堆不同但相互联系的部件，视为需要解决的单个挑战。”“一些人研究了特定的制造流程，如何安排生产运行以获得最大效率，或者如何识别和降低供应链中的风险。
“然而，工业4.0是将先进技术应用于整个制造业，”拉马斯瓦米说。“(制造商必须)超越机器人和自动化的应用，转向由计算机算法控制或监控机制的信息物理系统，这些物理系统和算法与互联网紧密结合。换句话说，物理组件和软件组件是深深交织在一起的。
“这个想法是将制造从单向，逐步的过程转换为闭环过程，具有从循环中的每个点到所有其他点的完整可见性和无缝数据流，从而实现监控和控制”解释ramaswami。
不只是一时的流行
大多数观察员声称，今天的所有炒作和霍普和霍普上的所有行业都是合理的。
Frost & Sullivan制造业领导委员会(manufacturing Leadership Council)联合创始人戴维•布鲁塞尔(David Brousell)表示:“(所有的讨论)激发了人们对制造业未来状态的愿景，这种愿景将大大提高生产率、效率和灵活性。”一些人还认为，未来由信息驱动的工厂将使制造商能够设计出新的商业模式、产品和服务，从而改变竞争规则。想想亚马逊或优步。
“我们在这个早期阶段看到的炒作实际上是很自然的，甚至可能是一件好事，推动这一概念的发展，”布鲁塞尔说。“对人们来说，拓展自己的想象力是非常重要的。再加上对变革和进步的强烈热情，这就是取得进步的方式。
Brousell补充道:“(工业4.0)标志着制造业进入了一个新时代，其特征是无处不在的连接、深度信息分析和高水平的自动化，这将改变企业的组织和领导方式。”然而，他表示，在工业4.0是否真正具有革命性的问题上，制造业存在分歧。
Brousell组织的最近进行了最近进行的，发现48％的高级管理人员认为它可能是“游戏更换者”，并且可以代表制造业的“新时代”。与此同时，44％认为这将是重要的，“但不是游戏更换者。”
“传统上，事情在工厂地板上慢慢移动，因此对[行业4.0]下的变化步伐的期望是在一定程度上通过历史进行调节，”布鲁德尔解释道。“许多制造高管也来自于工程背景，这意味着他们[想要]看到更改的艰难，可测量的证据。
“在创新方面，工程师将从客户和其他来源投入更多，因为连接的增加和管理数据的能力，”布鲁塞尔指出。“设计和生产过程的数字化还将使工程师能够更广泛，准确和更快地可视化和模拟产品创建。”
“工业4.0”一词几年前起源于欧洲。它是德国政府为了推广先进技术而创造的。
全球运营咨询公司Argo Inc.的首席执行官费尔南多·阿森斯(Fernando Assens)说:“尽管德国的劳动力成本是世界上最高的，但德国的制造业非常强劲。”“他们的方法一直是用自动化来应对高劳动力成本。
Assens补充道:“在一个需要差异化和定制产品的经济体中，实现高度自动化的挑战在于如何实现成本效益。”“因此，工业4.0的作用是提出一系列行业建议，利用技术在大规模制造环境中提供高度定制的产品。”
这项技术有望帮助制造商实现令人难以置信的效率。根据埃森哲(Accenture)、思科系统(Cisco Systems)和通用电气(General Electric)最近的一项研究，将工业运营与互联网连接可以显著提高生产率，全球潜在价值为10万亿至15万亿美元。
思科(Cisco)全球制造和能源高级经理道格•贝林(Doug Bellin)表示:“工业4.0是要将以前无法连接或难以访问的领域连接起来。”“虽然很多机械设备都很‘智能’，并拥有大量数据，但这些数据是分离的，并没有增加作业的价值。
“一旦我们能够访问该数据，我们[将能够使用它]以帮助更好地改变业务，”Bellin解释。“这将使我们能够将手动模拟过程远离数字实时流程。”
目前，约有250亿个“东西”连接到互联网上——不是电脑，而是制造设备和生产工具。到2020年，这个数字将翻一番。有远见的制造商可能会利用所有这些数据为自己谋利。
这就是为什么许多高管认为工业4.0不仅仅是一种时尚。他们认为这是提高生产率、降低成本和增加收入的一种方式。
“通过这些举措，公司可以预期每年减少3.6％的运营成本，同时每年提高效率4.1％，”普查普里什古堡。“[那]解释了部署行业的C级兴趣增加4.0。”
神话和误解
尽管工业4.0有这么多潜在的好处，但在制造业中仍然存在一些神话和误解。例如，一些积极的倡导者将这一趋势描述为一种全新的现象。但是，随着先进的传感器、廉价的计算机和互联网的广泛使用，这实际上只是一个逻辑上的进化。
“周边行业最大的神话4.0是现有设备无法与新部署的技术通信的想法，”红狮控制器Iiot产品管理总监Colin Geis说，工业用具的供应商和开关。“另一个是必须更换现有遗留或旧设备的想法。
Geis称:“现实情况是，从现有设备进行通信或收集工艺数据比以往任何时候都更容易、更快，也比更换设备更划算。”“工业4.0正在帮助推动互操作性的概念。因此，工程师需要利用更新的开放技术来设计和制造产品，以实现这一点。”
Krishnamurthy指出:“关于工业4.0最大的误解是，许多公司认为大量数据与更好的结果成正比，最终通过分析和报告来做出更好的决策。”“然而，市场上有许多现成的分析工具，这种更好决策的错误观念可能导致有缺陷的假设和不准确的结果。
“在建立分析模型之前，理解数据背后的科学是很重要的，”Krishnamurthy说。“在不同的流程和资产上拥有正确的商业头脑，对于开发正确的模型，从创建的数据中获得有意义的见解至关重要。”
一些制造商非常渴望实现工业4.0技术，他们试图在学会走路之前就学会跑步。
“在不铺设必要的基础架构基础并将商业智能系统放置到位，以使主动决策，BDO USA LLC的伙伴和国家制造业和分销实践领导者，将商业智能系统置于所需的基础架构基础，并将商业智能系统置于所提供的基础架构基础。“如果您的IT基础架构没有处理大量数据和有意义的报告的能力，或者如果您缺乏确保数据质量的控制，则风险浪费您的投资。”
克里伯·克里斯说，另一个常见的神话是行业4.0只是大公司。“各种尺寸的制造商可以受益，”他指出。“当然，大型制造商具有现有内部资源的道路更容易。但是，中型和小型制造商将需要拥抱行业4.0保持相关性。
Schreiber声称:“无论规模大小，对制造商来说，最重要的问题不是他们应该采用哪种新技术，而是他们需要获得哪些优势来保持竞争力，以及他们需要采取哪些步骤来实现这一目标。”“这意味着设定并遵守一个带有增量里程碑和检查点的战略路线图。”
Argo的Assens补充道:“任何规模的公司都可以利用这一趋势。”“实现它所需的各种传感器和信息平台很容易定制和扩展。事实上，小公司更灵活，更能利用工业4.0的优势。”
过去，ERP和MES产品主要面向大型制造商，需要大量的前期软件投资、运行基础设施和it资源维护。
领先的ERP供应商Epicor Software Corp.的产品营销高级经理Kathie Poindexter指出:“然而，对于今天的小型制造商来说，云计算的实施要简单得多，需要的时间和资源也更少，而且不需要大量的资本投资。”
尽管如此，许多小公司还是可能会站在一边，观望那些拥有雄厚预算、长期战略和早期采用者心态的大公司如何部署工业4.0计划。
Plex Systems公司的Johnson指出:“制造业是一个非常务实的行业，一般不会对每一个新趋势都欣然接受。“一旦投资回报明确，市场的其他部分通常会随之下跌。较小的公司通常没有资源来承担低回报率项目的风险。”
另一个迷思涉及“所有权”问题。例如，工业4.0应该属于IT部门还是工程部门?
阿森斯认为，制造工程拥有它。他指出:“IT部门使之成为可能，并为之提供支持，但IT部门并不是在工厂中开发生产系统的部门。”“这就是制造工程的作用。”
然而，并非所有观察人士都持有同样的观点。波因德克斯特认为:“在制造业组织中，没有一个职能部门能够拥有如此深远的影响。”
“传统上，自动化工程师拥有制造设备的部署和维护，”加入红狮的乔利斯。“由于设备与基于以太网的网络变得更加集成，并且收集更多的生产数据并存储在服务器中，但IT人员扮演了更大的作用。工业以太网网络和企业网络之间不再有一个干净的描绘;因此，它现在与工厂环境相互作用。“
IQMS是一家领先的ERP和MES软件供应商，该公司的行业关系总监Ed Potoczak表示:“工业4.0是IT和OT(运营技术)的融合。因此，它应该由it和工程共同拥有。对于将继续用于生产的旧设备和控制装置，以及可以根据最新的连接方案设计和部署的新装配线来说，这是千真万确的。
“这是工程领域，通过它支持，”Potoczak解释道。“实时度量标准和警报数据的分析和可视化是它的[域]，具有工程和运营领导的规范。
Potoczak警告说:“当涉及到需要解决的优先级、首选技术和解决方案提供商时，可能会出现冲突。”“因此，在工程和IT部门开始工业4.0项目之前，运营管理部门设定需求、目标和成功标准是将这些问题最小化的关键。”
“我们正在了解它和OT的融合，我们已经先看到了这一斗争，”思科的钟素添加了思科。“[这就是为什么]我们设计了多种培训课程，以帮助客户了解这些差异，可以帮助弥合业务双方之间的差距。”
贝林说:“(制造商需要)充分利用两者的优势来推动成功。”“最好的IT可能包括安全、云和计算领域，以及整体的连接知识。OT带来了不同的需求，需要在这些方面对IT进行教育。”
最先进的应用程序
博世力士乐(Bosch Rexroth Corp.)、费斯托集团(Festo Group)和西门子(Siemens AG)等创新公司是一些最知名的工业4.0计划的背后推手。德国企业走在前列的一个原因是，该国在建立工业与政府合作关系方面做得更好，专注于制造业的未来角色。
德国制造[部门]是世界上最自动化的，由于其劳动力较高的劳动力成本，“Sermens说。“行业4.0是一种技术和信息驱动的方法，只能建在已经高度自动化的环境中。”
普华永道的Krishnamurthy指出:“在欧洲，工业4.0始于公共部门，后来被私营部门采用并实施。在美国，情况正好相反，工业物联网运动主要是由私营企业推动的。
Krishnamurthy补充说:“欧洲各国政府正在积极推广工业4.0的概念，通过举办大型会议来推动企业之间的合作，以发展通用的实践。”“这创造了一种更有利于工业创新的环境，远比那些不太发达或更受消费者驱动的地区有利。”
根据波士顿咨询集团(Boston Consulting Group Inc.)最近进行的一项研究，与美国同行相比，更多的德国制造商实施了工业4.0计划。
德国企业似乎也更愿意采用工业4.0。近一半(47%)的德国制造商已经开发出了第一个完整的概念，而只有18%的受访者表示，他们的公司尚未准备引进工业4.0技术。与此形成鲜明对比的是，只有29%的美国制造商已经开发出了他们的第一个倡议，41%的制造商声称他们的公司还没有准备好。
工业4.0的一个典型例子是博世力士乐(Bosch Rexroth)在德国洪堡的液压阀门工厂。通过利用“柔性大规模生产”的力量，该工厂可以经济地组装多种定制产品，并将其批量生产。尖端技术减少了吞吐量时间，使资源得到最佳利用。
灵活的工厂使用配备RFID标签的智能工具载体来检测所需的产品变体，并将必要的材料和流程传送到该线路。每个工作站都读取标签，并在平板屏幕上显示相关信息。
装配线上的九个智能站识别出成品必须如何组装，以及相应的哪些操作步骤是必要的。显示显示操作人员要处理的版本的相应工作说明。
自动化部件供应商费斯托集团和德国科技公司联盟正在共同开发新技术，使制造设备能够以智能方式彼此联网，以最小的努力配置自己，并独立满足不同的生产需求。
该项目的第一个成果被称为自主机电自动化组件开放工程平台，今年早些时候在德国汉诺威制造展上发布。费斯托展示了用于组装输送机的挡板模块原型。
该模块包含了在传送带上停止工件载体所需的所有功能，这些功能目前存在于单个组件和系统中，包括ERP或MES应用程序中的PLC、传感器、执行器、RFID技术和通信功能。
费斯托还在德国Scharnhausen经营一家最先进的阀门装配厂。员工与灵活的机器人近距离互动，这些机器人处理对人体工程学不利的组装任务。
另一家展示工业4.0的工厂是西门子位于德国安伯格的电子厂，生产可编程逻辑控制器和其他设备。产品可与机器沟通，所有流程均为IT控制优化，故障率最低。
虽然工厂是高度自动化的，但它的外观自1989年开放以来几乎没有变化。这家工厂在没有扩大生产面积的情况下，产量增加了8倍，员工人数也几乎没有变化。
机器和计算机自动处理价值链的75%。人们负责剩下的四分之一的工作。只有在开始生产的时候，当员工把它放到装配线上时，人类的手才会接触到它的基本部件——一块无人使用的印刷电路板。从那一刻起，一切都由机器控制。
在美国，通用电气正在挥舞业界4.0国旗，并举办“辉煌的工厂”倡议。今年早些时候，GE电网解决方案在克隆水域开设了一种植物，生产电容器。装配线连接到IIOT并覆盖有传感器，该传感器持续地将关于灰尘水平，湿度，温度和其他因素的信息传输到云上以进行分析。
一级汽车零部件供应商佛吉亚(Faurecia)最近开了一家新的排放控制系统工厂在哥伦布，在美国，这将作为该公司在世界各地的其他设施的行业4.0基准。6400万美元的工厂将不断捕获和分析工厂地板上的数据，以预测和防止设备故障，纠正效率低下并提高生产率。通过RFID标签自动跟踪组件将简化物流并启用库存流量和质量的实时管理。
波音公司正在部署智能玻璃技术，为其商用飞机组装线束。直到最近，工程师们还依赖纸张打印来跟踪生产过程，每架飞机需要超过130英里的电线。
使用来自APX Labs Inc.的Skylight软件，波音公司将工人与公司的信息存储库联系起来访问关键信息，参考图像和教学视频，而不会停止其工作流程。如果发生错误，汇编程序就可以在从地板上或全球其他网站到另一个站点来立即在专家中呼叫，以提供实时视频功能。
APX实验室客户解决方案副总裁Aaron Tate表示:“这使得他们在完成维修时能够获得快速、有效的支持和指导。“在波音公司的复杂组装中使用天窗，使工人的生产率提高了25%，更重要的是，将错误减少到零。
“波音可以积极重新分配工程师，以解决瓶颈，增加总吞吐量时间，”Tate补充说。“而且，从质量角度来看，该公司现在还能够更精确地执行任务。”
