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构成“工业4.0”的7个核心软件开发工业技术领域

2016-08-29 16:21:17

 “工业4.0”简介

  “工业4.0”,或者说是第四次工业革命,不仅是德国工业的发展趋势,也是今年世界经济论坛的主题,它可以被看做制造业和工业面向未来的世界性运动。然而,目前尚不清楚哪种工业技术将引领制造业的未来。但是通过分析过去六年里的“工业4.0”领域的核心技术,也许可以给予我们启示。

  构成“工业4.0”的7个核心工业技术领域

  不幸的是,对于第四次工业革命没有公认的统一定义,也不确定它究竟包括哪些技术。

  但是我们相信以下7项核心技术可以被看做“工业4.0”的支柱:  

  图1:构成“工业4.0”的7种核心技术

  1.信息物理系统(CPS)

  CPS形式网络通过(无线)传感和驱动,能够应对不断变化的环境,甚至预测物理系统过程的变化。

  2.云计算

  云计算让储存在本地的应用程序或者服务连接到物联网变得可能。

  3.大数据分析

  大数据是指大到那些典型的数据库软件工具无法收集、储存、管理和分析的数据集。大数据分析方法让工业智能化变得可能,比如说机器学习。

  4.(IT)系统安全

  数据、数据的传播以及所有其它工业系统、机器设备和原件都需要被充分保护,免于遭受网络攻击。

  5.增材制造/3D打印

  增材制造(Additive Manufacturing,AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,相对于传统的材料去除-切削加工技术,是一种“自下而上”的制造方法。

  6.增强现实(HMI)

  使用增强现实眼镜的工人可以通过远程接受指令来正确装配零件或者协助调试。

  7.机器人/人形机器人(HMI)

  新技术使交互更安全,比如让机器人去人类无法达到的地方执行任务,这些机器人往往被设计成人类的样子。

  3种创新驱动力:3D打印、增强现实、大数据

  因为当前数字化转型、物联网和“工业4.0”等概念炒的火热,我们很难理解目前的创新温床在哪里?

  IoT Analytics分析了世界范围内从2010-2015年申请的相关专利数,专利数可以看做是创新活动的一个重要指标。

  主要结论:与“工业4.0”相关的专利注册总数在短短五年内激增了12倍。  

  图2:与“工业4.0”主题相关的专利总数(2010-2015)  

  图3:“工业4.0”主题相关专利数量的详细趋势  

  图4:“工业4.0”主题相关专利数量的详细趋势(2010-2015)

  另外的三大发现:

  1.3D打印非常具有发展前景

  基于10的增长因数,3D打印/增材制造(AM)或将成为工业技术的未来趋势。为了在未来1年或者2年内成为“工业4.0”相关专利的一颗流星,3D打印紧跟增强现实和云计算的脚步。特别有趣的是,3D打印不是一种特定的网络技术,因为它有资格作为一种新的生产方式,因此是硬件基础。

  2.云计算很明显是第一(现在)

  在2013年和2014年发布了超过1600项相关专利,这是我们分析的工业技术领域最大的专利申请数量了。虽然2010年只有150个专利,数量在2012年激增了10倍。然而2015年只有1400项专利,出现了数量的下降,可能意味着这个技术已经达到了顶峰。2016年的数字肯定还是要继续看的。

  IBM是云计算专利的领导公司。该公司已经注册了和安全服务、混合数据备份以及移动设备工业负载管理的相关专利,这只是其中的一些例子。

  3.信息物理系统意想不到的占据了最后位置(专利数量最少)

  根据德国联邦教育与研究部的观点,信息物理系统,也就是CPS,应该是“工业4.0”的核心。它将网络世界和工业环境中的物理世界集成,因而被视为工业技术的中心,然而专利数量很低。CPS落在了最后一位,在过去的五年中只增加了48项专利。导致这个事实的原因可能是因为这项技术并没有显而易见的定义方式。

  更多见解:

  增强现实像坐上了驶入快速通道的快车,在过去的几年里不断增长,以至于其专利增长数量进入了工业技术的前三名。例如德国公司Ubimax是专门从事增强现实和可穿戴的工业解决方案的。它的一个增强现实的设备是pick-by-vision解决方案的“xPick”。这些智能眼镜帮助客户优化选择过程,已经在荷兰被DHL成功测试了。他们现在可以与SAP EWM集成。

  大数据在过去的两年里飞速增长,几乎比得上增材制造/3D打印了。

  关于系统安全和人形机器人的专利数也相当低,但是很稳定。因为安全是基本要求,系统安全专利数低可能会成为影响第四次工业革命发展的一个问题。

  展望未来:

  假设专利发展是指示工业技术未来的早期指标,我们现在知道了哪些技术值得期待。爆炸的3D打印技术和增强现实技术将很快出现在各种场景。就专利开发数量来说云计算已经走到了顶峰,但是要想在工业世界广泛应用,还有很长的路要走。像大数据和大数据分析这些没有被预期的专利数量可能飙升到和3D打印等同。作为一个工业公司,最好的出路就是拥抱可称之为第四次工业革命的核心部分的四项技术。

  然而,一个可能存在的障碍是对物理信息系统(CPS)和(IT)系统安全方面的专利关注太少,而这两样都是“工业4.0”领域的关键技术,有必要跟上其它技术的快速发展。

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