当前全球工业、供应链和能源环境正面临着重大变革,而贸易摩擦、政治和全球市场机制的转变又使企业发展备受压力,因此上个月举行的2019年汉诺威工业博览会成为了工业数字化转型的转折点。
2、几个自动导引车(AGV)制造商目前正在使用4G进行遥测,但对5G的远程操作更感兴趣。他们声称5G(3GPP URLLC,16版本)的确定性网络功能将允许他们远程控制其AGV。
3、一些参展商还希望5G能够简化工厂车间的通信环境,因为数据可能需要多达七种不同的技术才能从传感器传输到云端。这些参展商还希望确定性的5G网络将取代专有的现场总线技术,因为理论上这些技术将不再需要。
所有这些用例的共同趋势是它们之间缺乏共性。事实上,大多数参加5G Arena的公司都对5G的不同功能感兴趣并进行测试,以满足其特殊要求。这与电信领域形成鲜明对比,其成本效率和市场惯性是通过规模经济和一些大型用例建立的。
一方面,移动服务供应商(MSP)和电信技术供应链以“建设它,他们即来”的模式运行。他们一直在建设网络,而不知道最终将在哪些服务上运行,主要是为了消费者市场。另一方面,工业行业需要量身定制的解决方案,而这些解决方案不一定能让MSP和技术供应商创造其已经习惯的必要的规模经济。例如,一些工业客户可能需要固定的5G连接用于相机,有些可能需要室外校园5G网络用于AGV,而其他一些则需要机械确定性网络功能。
尽管有这些限制,工业运营技术(OT)供应商正在调整高通的5G调制解调器和诺基亚的网络来解决他们的问题,而不是等待电信技术供应链最终确定标准,然后准备“工业级”5G产品。在某种程度上,工业公司现在正对5G进行创新,早在电信市场本身之前。电信市场必须立即认真对待工业领域,并以制造商为准。否则,他们将有可能失去最有前途的终端市场之一。
不幸的是,移动网络运营商(MNO)和大多数电信解决方案提供商,与工业部门和工厂所有者缺乏一致性。在由汉诺威工业博览会ABI Research主持的小组讨论中,来自塔塔通信(Tata Communications)和沃达丰(Vodafone)的代表们表示,虽然他们对窄带物联网(NB-IoT)、私有 LTE和5G有兴趣,但是,还没有必要的生态系统关系来充分利用这个机会。如果这种情况持续下去,且MNO保持对频谱的所有权,MNO将最大限度地将其对频谱供应商的影响最小化。
工业应用中的增材制造
在制定工业4.0战略时,必须考虑增材制造(AM)和生产AM平台的可用性。到2030年,每年出货的生产型增材制造平台的数量将增加十倍以上(硬件和相关系统收入超过3250亿美元)。这些系统每年将生产价值超过3600亿美元的零件和最终产品(高于今天的68亿美元),到下一个十年结束时将近2万亿美元。正如我们在IMTS 2018所看到的那样,随着生产系统技术的进步,特别是那些处理金属(而不是聚合物)的技术进步,这种增长将会大幅增加。正是由于这些原因,汉诺威工业博览会显著缺席的数量有些令人惊讶:例如,Desktop Metal, EOS, ExOne, GE Additive和Renishaw。一方面,这说明了市场的成熟;另一方面,表明在产品上市时,展示运输重型机械与研发和生产的现实情况。
就此而言,HP在关键处隐藏了早期版本的Metal Jet机器:聚合物。它还确认其金属生产系统的beta版本将在2020年底之前流通,且在2021年实现更普遍的可用性。这为Desktop Metal、ExOne、甚至GE Additive等公司提供了大量空间,可以预先推出具有可比性(如果不是优质)的产品。三位系统公司(3D Systems)和斯特塔西(Stratasys)也没什么可说的。这两家公司虽然可以理解为领先于新进者Markforged和Formlabs (在会议上宣布即将推出其Form 3和Form 3L SLA系统),但在基础设施和支持方面,仍然主要依赖于其传统客户安装基础。这一点在各自公司派出的区域性团队中很明显。
对于制造组织而言,AM是指以不同的方式进行生产、减少浪费和管理成本;对于设计师和工程师而言,如果没有传统的可制造性限制,就可以自由地重新思考性能;对于供应链而言,缩短了交货时间,减少了移动部件。无论您处于生产链中的哪个位置,AM都能并且最终会影响您的业务。
工业应用中的人工智能
传统的工业企业开展人工智能产品和服务,对以前主导AI领域的技术公司提出了严峻的挑战。德国雅迪(HARTING), Weidemueller, 德国采埃孚(ZF Group), 德国回转泵(SEW-EURODRIVE)和柯尼卡美能达(Konica Minolta)等公司,均已经出现了工业市场的AI平台。这些公司的核心产品线以工业空间为基础;他们只专注于工业制造企业准备实施的建筑解决方案。因此,他们向AI的转变表明,工业企业对AI技术表现出相当大的兴趣。Weidemueller展示了一个工业分析平台,该平台使用机器学习来支持工业自动化。HARTING,工业电缆的主要供应商,推出了一个名为MICA的IoT网关,它提供边缘的连接和机器学习推理。采埃孚集团正在与英伟达(Nvidia)合作开发一种名为ZF ProAI的边缘计算机平台,用于车辆自动化。德国回转泵是世界上首批在德国巴登-符腾堡工厂采用协同机器人系统的公司之一。柯尼卡美能达推出了一个AI平台,用于工业自动化、预测性维护和质量控制的图像、声音和数据分析。
AI在工业市场中存在可扩展性问题。CraftWorks是一家为工业客户构建定制AI解决方案的软件公司,发现与工业领域的AI相比,可扩展的解决方案和应用很难实现。AI解决方案通常作为自定义实现部署,并针对特定的应用程序和客户进行定制。制定在不同客户之间进行转换的一般模型具有挑战性。客户通常也是问题的一部分,因为他们不想其数据或贡献产品被竞争对手使用。因此,公司正专注于开发AI平台引擎;这样,工业客户可以构建自己的模型,而不是依赖于特定的AI解决方案。
ABB展示了令人印象深刻的机器人和AI系统,以用于起重机运动自动化。ABB开发了一个可以部署数字孪生的虚拟环境。基于强化学习的软件也可以部署在与数字孪生相同的虚拟环境中,然后可以训练它来控制所述的数字孪生。该演示使用ABB的协作机器人平台Yumi来控制虚拟EOT(电子架空行驶)起重机。控制Yumi的强化学习软件翻译了操作人员的动作,以确保起重机的货物在移动时保持受控状态。ABB花费八年时间来开发虚拟环境软件库和相应的强化学习工具集,并在控制自动化和机器自动化方面拥有令人难以置信的巨大潜力。ABB尚未向客户公开推出此软件系统,但表示已在部分起重机系统中部署该技术。
工业应用中的增强现实
增强现实自成立以来一直处于劣势。DAQRI, Google, Microsoft, ODG和Vuzix等公司,在硬件方面都知道这一点,因为这一直是市场创新(需求)的主要焦点。所有这些公司,除DAQRI和Microsoft之外,其中Azure和HoloLens并没有专门出席会议。然而,市场继续谈论越来越多的技术用例。在此,不匹配是焦点:是的,AR可以使用的用例越来越多,但供应商也有责任。在汉诺威工业博览会上,这样做的两家公司是RealWear和Upskill.RealWear(硬件)展示了一种经过独特认证的产品,可用于Hazloc环境,如石油和天然气;Upskill(软件)强调了GTM(上市)专注于快速增长的客户,且可以通过正确的证据点进行扩展。
工业、协作和商业机器人
在汉诺威工业博览会上有一个大型AGV,AGV和自主物料处理(AMR)供应商之间的比例约为60/40。但是,尽管AGV公司报告了数千个部署,AMR是在十位和二十位。有限AMR平台的当前价格为US$40,000,但仅适用于基础平台。
有很多移动操作演示公司,包括Bosch, Sesto, Siasun等。但是当被探查时,很少有证据表明这已被整合到实际工作空间中。移动操作仍然遥不可及,因为从AGV到AMR的过渡才刚刚开始。
对于一些关键的IoT播放器和工业自动化公司而言,在移动操作和移动机器人超越物料处理变得更加主流之前,有线与无线工厂之间的争论已走向成熟。绝大多数供应商仍然希望他们的机器人手臂是有线的,任何移动操作都可能是当前固定工业机器人设置的辅助手段。
协作机器人继续由Universal主导,它已经从产品供应商转变为平台供应商,终端效应器和软件供应商可以通过集中平台(即Universal +)交叉并部署其产品。协作空间中的竞争对手正在努力使自己与众不同,当被问到时,他们使用一系列点来说明它们的不同之处:
• 第七轴
• 便于使用
• 针对SME(中小企业)市场
• 价格低廉
一年多以来,最终用户都可以访问所有这些特征,并未削弱环球公司的领导地位。该公司已售出31,000台机器人,市场份额为50%-60%。对于协作机器人来说,要实现超出预测的显著增长,需要重新评估硬件。工业武器需要通过卓越的控制或触觉传感变得更加协作,或协作机器人需要在速度、有效负载和力感应方面具有卓越的硬件性能。如果没有这些创新,协作机器人的概念将仅限于机器管理、装配、拾取和放置等几个关键应用。
在过去一年中,外骨骼获得了一些重要的推动力,在汉诺威工业博览会上有四家主要供应商:German Bionic, Skelex, Ottobock 和 Noonee。德国Bionic正在建立一个新的IoT平台,它融合了智能可穿戴设备供应商在工业领域所部署的一些竞争力。该行业仍处于初期阶段,且与协作机器人有共同利益,通过总可寻址市场(TAM),会成为一个更大的机会。
机器人公司和工业供应商继续与电信运营商建立战略关系,为生产车间带来先进的无线功能。最重要的例子是ABB与Ericsson的合作伙伴关系。5G Arena空间在其演示中展示了关键任务移动操作,与Qualcomm等公司合作将5G构建到他们的机器人专用片上系统(SoC)硬件中。但除了演示之外,没有重要的部署表明5G将成为未来两到三年机器人技术的关键推动因素。
工业IoT
大量的IoT/ICT运营商现已开发出既定的工业方法并提供广泛的服务,且设有专门的部门和高级管理人员,比如AWS, Telenor, Microsoft和Cisco。正在逐渐成熟工业部门现在经常被供应商提到位于垂直行业前三位,而几年前只是次要焦点。专业供应商也在开发专用的工业技术套件。例如,Kaspersky展示了针对工业环境优化的网络安全套件。
虽然汉诺威工业博览会上众多IoT/ICT(信息和通信技术)供应商的存在证明了工业解决方案的数字和物理方面之间的持续融合,但还需要进一步开展工作,以更好地协调这两方面:
展览空间的布局使IoT参展商与传统的工业机械供应商完全分开,并在独立的展厅中展示其空气压缩机、夹紧系统、工具机、流体处理机、机器人和其他设备。虽然这种物理分离具有部分象征意义,它确实表明两个领域互不干涉而不是相互合作。
一些IoT企业仍在谈论其在横向平台推动者方面的解决方案,而不是具体的用例和实际的实施方案,将工业企业面临的挑战留给其合作伙伴,而不是通过试图找到困难及问题而去解决它们。
IoT/ICT企业正在罗列数字化技术,从5G和数字孪生到IoT平台、AR/VR(增强和虚拟现实)、网络安全、建模,以及用于增材制造、AI和许多其他虚拟原型生成设计。这造成了相当混乱和分散的技术和方法组合。这种多样化和分散的技术集合如何融合在一起,可以解决哪些实际问题或提供哪些好处(节约成本、提高竞争力、保证质量等),并不能在营销演讲中详细体现出来。
这与工业领域形成鲜明对比,寻找简单、基本、可扩展、可互操作、标准化和可管理的解决方案,以解决他们当前面临的问题。也体现了现有技术与前瞻性技术之间的二分法(例如,2G/3G与5G和LPWA:低功率广域)。尽管存在FIWARE,但标准化的迫切需求未得到充分解决,许多供应商仍然采用复杂的协议转换软件解决方案。
智能供应链
虽然2019年汉诺威工业博览会展示了基础设施供应商的工业物联网生态系统的成熟,技术供应商和系统集成商已经改变了有关更广泛供应链的对话。现在,制造商更专注于高层次的转型计划,而不仅限于在工厂车间提取数据的实用性。Deutsche Bahn Systel和Bosch Rexroth公司就供应链中的数字孪生进行了非常真实的谈话。在供应链中,使用基于云的虚拟复制副本对连接资产和流程的建模和优化,现已扩展到工厂以外的整个供应链。汉诺威工业博览会还显示,由于工业物联网(IIoT)的发展,供应链合作伙伴之间的合作变得越来越容易,也越来越有吸引力。能够实时协作共享数据的公司,可以通过规划需求和运营效率显著提高成功率。汉诺威工业博览会还表明,虚拟化数字孪生使合作伙伴之间能够进行协作和共享数据,这也是工业供应链计划的未来趋势。
会议还展示了如何保留真正的闭环供应链,以及如何利用智能设计和IoT实现这一目标。互联产品的日益普及,加上有效的基于物联网的制造和由PTC等公司展示的产品生命周期管理(PLM)平台,意味着通过为消费者和最终用户提供预测性维护和额外的数字产品,可在整个产品生命周期中创造价值。这些功能为制造商提供了保护自己免受更敏捷和数字原生初创公司或更便宜的海外竞争对手干扰的机会;这两种威胁都会影响消费者和企业市场。智能制造实践的速度,例如生成设计和3D打印,显然填补了闭环拼图的缺失部分。来自Autodesk的出色设计能力,加上博览会上展出的令人印象深刻的增材制造能力,意味着使用点收集的IoT产品数据可以反馈到产品设计过程中,同时,也从根本上改变了材料的采购、生产的分配以及提供售后服务和备件。
2019年汉诺威工业博览会也发出了明确的信息,灵活性和可扩展性在制造和物流运营中变得越来越重要,这意味着仓储和内部物流的需求正在迅速变化。在博览会上,Universal Robots和其他机器人技术供应商已经意识到了这一点,并强调将ROI期限降至一年的重要性,同时承认协作自动化的重要性。会议表明,这不是人VS机器的情况,而是人与机器 – 正如博览会现场外骨骼和工业AR增长所证明的那样。一些固定的机电一体化自动化供应商不同意这种未来前景,其谈论五年投资回报期,而未能充分适应吞吐量需求大的波动。在次日交付和无限客户选择的时代,永远不会给定需求,并且相应优化的需求从未如此巨大。自动化供应商防止仓库经营商对需求波动做出快速反应,以防止被打乱。
定位技术
从实时定位服务(RTLS)的角度来看,汉诺威工业博览会展示了超宽带(UWB)和蓝牙低能耗解决方案的巨大增长势头,与去年相比,硬件和平台供应商的数量显着增加。出席博览会的主要供应商和新兴创业公司,包括Ubisense, Kinexon, Ubudu, Tracktio, Thinkinside, Kontakt.io, BlueUp, Square Metrics和ZIGPOS等。
然而,越来越清楚的是,整个价值链的解决方案提供商需要协作并提供有效的合作伙伴关系,以便为工业环境提供更智能的定位服务。现今,许多运营商正采用严格的垂直化方法 – 涵盖从硬件到平台和分析层的所有内容。但是,该方法并不总是可扩展的,且通常局限于单一技术,难以应用于所有用例。相反,越来越明显的是,平台供应商需要有效地与多种连接、资产跟踪和生产监控技术合作并提供支持,以提供更全面、更有价值的集成解决方案,从而提高投资回报率。也许在博览会上最有效的演示是以Ubisense的Smart-Space软件平台的形式出现。该平台与技术无关,并且能够在小型到大型工业实施中跨越多个不同来源集成位置并识别信息。该公司展示了与蓝牙位置供应商Quuppa的重要合作伙伴关系,可视光通信(VLC)供应商Signify和机器视觉供应商高级实时跟踪(ART),除了自己的UWB解决方案外,还可以提供有效的工厂车间组件和设备跟踪,以确保通过VLC在正确的区域内完成检查,并使用基于视觉的跟踪正确跟踪某些生产流程。我们的想法是选择最好的硬件解决方案,将它们集成到一个平台中,并能够监视生产流程中的任何不一致或错误,从而识别问题并防止问题发生。这种更有效的横向集成可以提供独特的见解,实现可扩展的RTLS部署,并提供更高的投资回报率。除此之外,RTLS供应商也越来越认识到,他们需要从准确性和技术可行性的信息传递转向提供可靠的用例、业务模型和产生显著的投资回报率。更有效地集成硬件供应商、不同技术和用例,可以帮助您构建比以往更加智能的制造环境。
工业应用中的LPWA, NB-IOT, SIGFOX 和 LORA
从IoT连接的角度来看,5G在2019年汉诺威工业博览会上占据了中心位置。然而,人们普遍认为5G在制造业中的作用有限,现有的连接技术解决了超过90%的IIoT用例。在2019年,企业客户早期评估技术在市场上已经有明显的成熟度;他们现在更积极地与拥有端到端物联网解决方案的供应商合作,并且可以在今天开始实施这些解决方案。LPWA网络技术早已采用基于状态的监控和资产跟踪解决方案,其使用简单、低成本的改装传感器设备。例如,Ericsson展示了其智能工厂的试点实施情况,使用窄带物联网(NB-IoT)连接1,000个改装传感器设备,以监控工厂设备,并跟踪位于中国南京的Ericsson’s Panda制造工厂补充库存的各种资产。
供应链优化的资产跟踪是IIoT最直接的成果,通过提高生产流程的可视性,同时将对现有制造业务的干扰降至最低,从而立即获得投资回报率(ROI)。现有资产跟踪解决方案提供商,目前使用基于短程无线(SRW)的解决方案,(在室内跟踪工厂资产的解决方案正在增加LPWA)基于解决方案扩展其解决方案组合,以提供工厂内外的无缝可视性。在市场LPWAN技术中,基于Sigfox和LoRa的资产跟踪解决方案,领先于基于NB-IoT和LTE-M的解决方案。
智能制造平台
在工业软件和智能制造平台方面,一些供应商继续向更多合作伙伴开放,而其他供应商则加深现有关系,以便通过更标准化的解决方案形成一种联盟。例如,罗克韦尔自动化(Rockwell Automation)拥有PTC的股份,其拥有凯谱华(Kepware)的提取数据,并与Microsoft建立了深厚的合作伙伴关系,以便在Azure上运行。在PTC的案例中,从数据提取到处理和存储,需要确保它能够适应客户的需求,而不是与其他利益相关者和合作伙伴形成不灵活的关系。另一方面,西门子宣布与赛仕软件研究所(SAS Institute)建立开放式合作伙伴关系,用于与MindSphere的集成流分析。西门子还与德国软件股份有限公司(Software AG)进行类似的工作,并利用MindSphere中的Cumulocity IoT平台。西门子还与泰利特(Telit)和Litmus Automation合作进行IIoT集成,并在云端运行AWS、Azure和Alibaba。PTC和西门子已开始致力于将应用程序捆绑到更具可扩展性的解决方案中。
达索系统(DassaultSystèmes)和ABB展示了作为新合作伙伴关系的首个联合解决方案。他们将整合ABB RobotStudio和DELMIA,包括DELMIA内ABB机器人的模拟,因此,客户可以更好地建模,并模拟机器人在物理安装之前如何在生产线上运行。合作伙伴还打算利用各自平台的IoT数据来培训AI模型,以改进模拟和生产计划软件。该整合应为规划新生产线的共同客户提供直接价值,但是,双方都应该保持合作的开放态度。DELMIA应包括所有供应商的机器人的详细和具体模拟,ABB应该将RobotStudio与其他用于制造系统的仿真软件产品相结合。
在更具战略性和变革性的层面上,关于以下各方面仅提供了极少的信息:关于工厂如何从自动化向自主转变,未来工厂如何发展,基于模块化的灵活工厂概念以及对生产线重新配置,制造即服务以及对其他变革性业务模式转变的支持,技术将如何实现这一目标。工业空间迫切需要一个关于它前进和后退的长期愿景,所有的努力和投资都可以参考。类似于汽车行业无人驾驶概念的东西。在微观层面上,这意味着很少有供应商能够充分了解他们当前的角色和地位及其发展方向。
汉诺威工业博览会专注于与制造相近的支持行业,例如,物流、(可持续)能源、智慧城市、交通运输和供应链,也通过工业供应论坛等专业活动进行强调。在优化和转变整个价值链方面超越制造业的重要性上提供了一些观点。
WI-FI、蓝牙和无线连接
从无线连接的角度来看,很明显,5G正在赢得工业领域Wi-Fi的心灵和思想之战。从“5G Arena”到5G机器人、AGV、控制单元和其他手机连接制造设备的展示,诺基亚、爱立信、华为、高通等不断进步。在汉诺威工业博览会上,5G的发展势头正在快速增长,且无疑将继续保持下去。虽然工业级Wi-Fi解决方案适用于许多非关键任务、冗余、增强安全性和其他应用,但现在已广泛使用,Wi-Fi在未来制造环境中的作用很可能越来越被5G创新势头所淹没。然而,或许更令人担忧的是,在促进(和捍卫)Wi-Fi在工业环境中的作用时,Wi-Fi解决方案提供商大幅落后于手机行业,这只会对行业造成不利影响。
从移动性的角度来看,在博览会上,许多5G主题演讲和演示突出了Wi-Fi在移动设备方面的局限性,例如AGV,不同AP(接入点)之间的Wi-Fi切换面临着挑战。传统上,启用Wi-Fi的设备会将原始链接与Wi-Fi接入点断开连接,且在设备移动时与辅助AP建立新链路,这会导致高丢包率和潜在服务中断。但是,许多工业Wi-Fi解决方案提供商已经解决了这一可靠性挑战。例如,华为在博览会上展示了面向工业应用的Wi-Fi 6解决方案,它支持无损漫游,且客户端能够快速识别漫游到的最佳AP,从而建立新链接,断开原始链接。当移动设备(例如AGV)在不同的AP覆盖区域之间切换时,不会造成丢包。西门子还展示了其SCALANCE工业无线LAN产品组合和工业并行冗余协议(iPRP),其允许并行使用两个无线电链路用于移动应用,包括AGV、火车、起重机和其他移动设备。在另一场演示中,华为强调了Wi-Fi 6带来的新吞吐量如何能够在汽车制造装配线上更快地下载闪存软件,从而加快生产流程。很明显,Wi-Fi已经在工业领域占有很大的份额,并且在一些领域将继续被利用。然而,应高度关注该消息被一个暗示Wi-Fi无法以任何形式进行移动的消息攻击。人们在博览会上获得的观点是,5G是几乎所有工业应用的首选无线技术。虽然5G无疑会为机器人、自动化、移动性和其他任务关键型应用带来许多增强功能,许多工业应用的延迟要求都不严格,并且,可以通过Wi-Fi等现有无线标准提供服务。
与手机连接一样,Wi-Fi也在不断发展。然而,除了华为以外,对于传统解决方案而言,Wi-Fi 6对工业网络表的影响几乎不大。也没有讨论即将推出的6GHz频段和Wi-Fi标准,例如极高吞吐量(EHT),可能会在拥挤的2.4GHz和5GHz频段内降低Wi-Fi延迟,提高吞吐量并减少干扰和拥塞,以及对工业无线的影响。在相关的说明中,没有任何关于sub-1GHz Wi-Fi HaLow(802.11ah)的活动,这是一个非常适合基于IP的可扩展工业传感器网络技术,也没有关于60GHz 802.11ad和802.11ay在桥接和电缆更换应用中用于多Gbps点对点连接的潜在作用。最终,2019年汉诺威工业博览会应该成为工业Wi-Fi的警钟。解决方案提供商不仅可以依靠其在工业领域的传统和现有部署,而且迫切需要积极推广Wi-Fi工业解决方案,不一定是直接竞争,可以与5G一起使用,以帮助实现更安全、更可靠、更灵活、更高效的数字化制造环境。5G联网工业和自动化联盟是Wi-Fi生态系统中缺乏的一个典型例子,而运营商在推广其制造环境连接解决方案方面也比Wi-Fi支持者做得更好。协作工作和测试平台在哪里展示Wi-Fi连接机器的用例和投资回报(ROI)优势?Wi-Fi Arena在哪里?Wi-Fi生态系统必须着重自我推广在工业环境中的Wi-Fi技术功能。迄今为止,这导致过分强调Wi-Fi不能做什么及有限推广,而不是认可Wi-Fi可以做什么。
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