美國面向未來的數字化裝備競爭戰略

? ? ? 為了保持德國制造業的未來,德國提出了基于信息物理系統(CPS,Cyber-Physical Systems)的工業4.0概念和體系,似乎德國已經在裝備領域占據先機,但最近工業4.0研究院一份關于美國數字化裝備的研究報告顯示,美國有可能在面向未來的競爭領域,覓得一個新的技術領地。

美國創造并推動數字化裝備市場

? ? ? 在德國正式推出工業4.0之前,曾經做了一個專門研究信息物理系統的agendaCPS項目,其目的就是幫助德國構建裝備制造的無人區,并且期望在這個市場占領主要的市場份額。

? ? ? 在裝備制造和市場生態雙領先策略的指引下,諸如西門子、SAP和博世等德國企業結合嵌入式系統的優勢,成功的構建了數字化工廠(Digital Factory)的解決方案。但從解決方案本身具有的新意和創新性來看,美國基于數字孿生體(Digital Twin)和數字線程(Digital Thread)構建的數字制造系統,更具有生命力。

數字孿生體的應用成為可能

? ? ? 在數字孿生體為主題的工業4.0研討會上,工業4.0研究院指出,美國發明數字孿生體,其目的就是為了解決復雜系統的本質問題,這是美國先進制造戰略計劃在創造新市場方面的一個重要體現。

? ? ? 關于數字孿生體解決的四大本質問題,情況如下:

? ? ? 問題一:實現真正的全生命周期管理

? ? ? 雖然制造執行系統(MES,Manufacturing Execution System)以及產品生命周期管理(PLM,Product Lifecycle Management)被創造出來很多年,但只是在少數一些行業實現了應用,并沒有在種類繁多的工業領域得到普遍應用,其根本原因就是數字空間與物理現場的交互比較復雜,現有手段難以解決很多工程問題,實用性不強。

? ? ? 要實現真正的產品全生命周期管理,必須實現虛擬與現實世界的一一精準對應,才可能產生較好的工程效果。數字孿生體可謂就是應需而生,它的主要創始人Michael Grieves就是一位PLM專家,他在知名的數字孿生體白皮書中就明確指出了這個需求。

? ? ? 問題二:復雜制造工程需要新的工具

? ? ? 為了制造復雜的產品(例如航天軍工等),需要高級的數字化工具,以保證復雜產品的數字化設計和生產現場的數字化管理需要,傳統的IT系統難以勝任這樣的工作,而且傳統的IT工具難以適應生產制造環節的較大調整,這對于任何一個復雜產品都是難以接受的限制。

? ? ? 問題三:鋼鐵及化工等流程行業的需要

? ? ? 一直以流程行業企業為主的美國智能制造領導聯盟(SMLC,Smart Manufacturing Leadership Coalition)對這個問題做了較為全面深入的研究,在提交給NNMI審議的全國智能制造創新中心(CESMI,Clean Energy Smart Manufacturing Institute),就是為了解決清潔能源(Clean Energy)的智能制造創新問題的,其中,就明確指出流程行業所面臨的數字化挑戰。

? ? ? 問題四:物聯網帶來的大量數字化挑戰

? ? ? 除了以想象不到的規模增長的物理設備數字化要求,還有它們之間聯網所帶來的關系數字化等,這都給傳統的IT基礎設施和應用工具帶來了災難性的挑戰,一方面需要可以隨時隨地的數據存儲平臺,另外一方面還需要對大量的數字化后的數據進行智能化處理,這直接需要知識自動化等應用,因為要實現更好的智能產品自決策,迫切需要把人工智能、數據科學等新型研究成果應用到物聯網場景。

? ? ? 總的來講,美國在為數字化裝備創造新概念和新工具方面,已經走到了較為前沿的地方。中國國內具有互聯網思維和IT技術能力的企業相對較多,但面向未來布局數字化裝備的企業,目前還不多,這需要國家產業政策以及風險資本對數字化裝備產生興趣,從而推進數字化裝備的快速發展。

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