漢諾威工博會所形成新聞熱浪正在退去。但它所指引的工業方向，卻是值得坊間中人咂摸再三、回味難忘的思考。工業集成，成為2016年漢諾威的主調。本屆漢諾威博覽會兩大官方主題皆為此而來，一個是「集成工業-發現之旅」（Integrated Industry – Discover solutions），一個是「集成能源-未來能源系統」（Integrated Energy-The Energy system of the future）。在工業和能源領域，數字化進程使得各種機構和各種技術加速融合與集成。集成什麼？融合何在？在現場，筆者跟蹤了八大集成趨勢。
圖1 德美工業貌似融合（圖1源自官網）趨勢一：兼容性集成是共識
那一個頒獎的夜晚，燈光屬於德國浩亭（HARTING）公司。其工業計算機MICA，斬獲了有「工業界奧斯卡獎」之稱的Hermes獎。
圖2 德國聯邦教育與科研部長Wanka親自頒獎（圖2源自官網）這個不起眼的黑盒子，就是斬獲大獎的「MICA」。它究竟有何特別之處？
圖3 酷黑盒MICA系統（註：本文中的圖片，如未註明來源，則均為筆者本人製作或是筆者在博覽會現場拍攝）作為一台小型工業計算機（Mini PC），它可以對於智能化工廠的數據進行收集、存儲、處理和發送。配合上感測器，它就讓原本冷冰冰的機器變得「智能」起來，讓生成的數據開始流動。讓MICA獲得評委一致青睞的是其良好的兼容性。它是一款很容易讓人「上手」的模塊化產品，可以廣泛適用於各種企業的環境。成為「智能工廠的神經系統」。MICA計算機的「易上手」體現在三大方面：硬體兼容、軟體兼容、擴展性強。
圖4 MICA計算機的三大特徵MICA具有軟硬通吃的好胃口：無論現在用的是什麼硬體標準還是軟體標準，都可以應用。應用的範圍也可大可小：既可以用在一台機器上，也可以用於成百上千台機器。許多台機器結成的網路之間可以用現有的通訊標準相互通信，數據的處理既可以在本地完成，也可以方便地傳到雲端。自從去年9月推出以來，MICA已經有了30多個成功的應用案例，例如用在這輛帥氣的跑車「RINSPEED」（圖5）中。
圖5 奧巴馬和默克爾親臨參觀RINSPEED跑車內部安裝了多個感測器，用來探測油耗情況和溫室氣體排放情況；這些感測器獲得的數據由MICA計算機來收集、處理，並且統一上傳到雲端的第三方監測平台。通過在成千上萬輛車上安裝MICA，就可以實現智能的汽車排放檢測，並且從大數據中還可以分析出更多有用的信息。能夠在問世不久之後就獲此成功應用，而且又和環保的主題相融合，難怪MICA能夠獲得專業評委和政要們的青睞了。MICA為代表的產品，代表了一種集成趨勢：全面兼容，用戶易於上手。看上去工業4.0的升級可以是一種有機的自然生長，不必非得「傷筋動骨」。這種「親民產品」的出現，更多地是為中小企業量身定做，便於其用較低的成本來實現智能化「從0到1」的突破。這在德國也是一種「政治正確」：德國產業規劃從來都把中小企業擺在重要位置，因為它們比大公司更需要外界幫助。
趨勢二：新材料與能量、
信息的整合
在工業4.0時代，德國產業界有許多有趣的比喻。上文介紹的工業計算機產品被稱為智能工廠的「神經系統」，而能量鏈產品則被稱為新一代智能設備的「臍帶」。能量鏈（德語：Energieführungskette）是一種機械元件，通常包含電纜，用來傳輸電流。最大特點是：這條輸送能量的「鏈」是在不斷運動著的。這種典型應用例子包括機床、機器臂、全自動倉庫等）。如果沒有合適的材料和機械裝置對內在的電纜進行保護，並提供一定的柔性和扭動能力，則電纜會很容易損壞。如何在確保材料導電能力、並且保證能量鏈不易損壞（給設備「輸血」的臍帶不斷裂）的情況下，還能夠降低整體成本?
圖6 常見的塑料能量鏈（左）和
金屬能量鏈（右）
（圖6源自德語維基百科詞條」Energieführungskette」）在本次展會上，Igus公司推出的「智能能量鏈」（e-chains）產品給出了一個創新的解決方案，並且獲得漢諾威「展會快報」的專題報導。
圖7 展會上的智能產品「e-chains」e-chains是Igus公司用塑料材料製造的能量鏈產品。和普通的能量鏈不同的是：它將高性能的聚合物材料與感測器集成在一起，使得每條鏈都可以發出信號，及時「報告」其損壞情況。這些信號在本地匯總之後，通過Igus獨有的通訊模塊可以傳遞到雲端，從而使得遠程的客戶/工程師也可以接收和分析其數據（圖8）。
圖8 能量鏈渾身都在蒸發出數據這款複合型智能產品的除了主動性維護，降低了維修頻率，降低能耗，最為重要的是它構成了數據的真正迴流：它在運動中的大量數據可以反饋給研發人員，幫助其進一步改善材料、感測器和通訊模塊的研發。e-chains產品用實際運營數據指導研發活動，從而使得產品從研發到使用形成了一個「閉環系統」。在數字化時代，傳統的硬體廠商紛紛搖身一變，變成了硬體、軟體、能源、服務等要素的集成提供者；而在這整個集成閉環活動中包含的大量有價值數據，也反過來不斷促進公司自身競爭力。與此同時，材料也成為焦點。事實上, Igus公司在先進塑料材料產品方面的營收迎來了爆髮式增長，在2015年增長近20%，並且未來預期還有很大增長空間。
新材料、信息、能源日益呈現
集成趨勢
事實上，各種新型材料已經事實上成為了物聯網的一個入口。目前歐美還有很多新穎產品也具備類似特性，例如：美國麻省理工學院（MIT）的AFFOA聯盟正在研究革命性的新型纖維（集能量、信息和材料於一體的功能材料），用於發展可穿戴電子服裝。將來，我們穿戴的衣服和飾物也可能成為物聯網的人機介面。
趨勢三：增材製造與軟體技術
的整合
更快，更強，將產品推向市場，正在成為挑戰極限的核心競爭力。增材製造（"Additive Manufacturing」）在本次展會上也是業界關注的焦點之一，許多知名的公司紛紛推出其解決方案，而西門子給出了一個相互集成的典範。值得注意的是，「3D列印」這個說法用得並不頻繁了，往往由「增材製造」取而代之。在本次展會上，西門子在列出齊全的產品系列同時，還專門增設了四個「Highlight Cubes」展區，重點展示幾個特定領域的成就。其中有一個展區就是關於增材製造的。在這裡，西門子共展示了三種增材製造技術（表1中信息均來源於其漢諾威博覽會展台）：表1 三種增材製造技術
下面是現場拍攝的產品實例：
圖9 三種增材製造技術的產品實例現代高端製造業對於產品的要求日漸複雜，用傳統技術可能無法製造，或是要構建冗長的供應鏈才能合作造出來。而利用增材製造技術，可以打造出之前無法構建的幾何形狀，或是大大降低分工協作的複雜性。這種變化，絕不會是任何一家有抱負的軟體廠商所能忽視的。增材製造已經不是一種單純的製造技術，而是集製造與軟體於一身的先進流程。在西門子三種增材製造方式的背後，都有著強大的軟體技術支持，如圖10所示：
圖10 軟體技術與增材製造過程的交互在此圖中，實際上又有三大交互過程：一是應用先進的軟體技術，本身就能大大縮短增材製造產品的研發時間。通過3D數據建模、系統模擬等技術，可以在實際製造開始之前就對產品的性能有很多了解，從而減少出錯的概率；二是對於那些模擬還不能完全模擬的要素，通過增材製造過程則可以快速地製造出高品質產品原型，從而在短時間內了解該產品的特性；三是圖中所涉及到的這些軟體技術本身，如果能夠有機結合成一個整體，則大大提升智能製造和研發水平。值得注意的是，西門子公司的這些軟體幾乎都由自己開發。近年來，它正逐步將自身打造成一個「軟體公司」，以數字化來驅動製造進程。上述幾種增材製造技術已經有了實際的應用案例，用於能源、汽車等行業。在本次漢諾威博覽會上，一家叫」Local Motors」的公司將上述技術用於電動車的增材製造，整個製造的原材料只有塑料和碳纖維兩種。每一輛汽車都可以為顧客量身定做，從在系統里確定其數字方案到實際「列印」出來，只需要20小時。整個製造方案預計在未來一年內投入實用。
圖11 Local Motors電動汽車的「粉末層融合」
製造場面
圖11中可以看到「粉末層融合」印刷過程。我們固然可以想像這種車在成本等方面的局限性，然而它畢竟是要實際投產了，並且，20小時！傳統製造商，如何能不感受到壓力？縮短研發周期、縮短」Time to market」，由於軟體與增材製造的集成，正在挑戰傳統思維的極限。全新機遇，正在展開。趨勢四：虛實結合
以人為中心的」虛實結合」技術，開始大舉進軍工業界。本次開幕式上的一幕令人印象深刻：德國總理默克爾戴著虛擬現實眼鏡，在「虛擬世界」中向奧巴馬伸出手，而奧巴馬則在「現實世界」中伸出手回應。漢諾威官方網站評論說：這一幕將無疑是本屆展會上最令人銘記的畫面，它象徵著美德兩國在工業4.0道路上深度合作的誠意。
圖12 默克爾通過VR和奧巴馬「握手」（圖12源自博覽會官方網站）好吧。這個誠意也太具有作秀的成分了。但在事實上，VR/AR等技術已經開始全面滲透工業界了。博世（Bosch）公司讓工人通過配戴虛擬現實眼鏡來感知生產線的運行狀況，以及通過視頻投影儀來為工人提供指導、提示下一步工序所需的工件。在本次展會的研究展區(Research & Technology Area)中，著名的Fraunhofer研究所也展出增強融合技術的一個應用案例。此案例是對「工人」裝配汽車的過程進行指導：
圖13 Fraunhofer研究所展示AR交互技術場景看上去並不起眼，但是研究所有著清晰的應用思路，通過AR增強現實來指導人的工作。
其中，攝像機對於場景的監控可以具體識別出人的身體動作和臉部表情，而「給人下達建議」則可以通過來激光指示或佩帶眼鏡（具有增強現實效果）來完成。這種技術在更為複雜的工作環境里可以發揮非常大的作用：首先，減少人的腦力負擔（比如可以免於鑒別成百上千種不同的零件型號）；其次，可以減少體力負擔，例如規劃最短的行走路線；再次，可以避免工作中的低級錯誤-電腦演算法通常不會因為「疲勞」或「走神」而出錯。除了激光指示和數字化眼鏡之外，平板顯示等技術也常常用來描繪虛擬的世界。例如在圖14中，Fraunhofer展示了如何用AR系統顯示出機器隱患的。這可以幫助員工提早發現問題，避開很多「雷區」。
圖14 Fraunhofer用AR來「透明化」機器運行中的隱患在此必須強調，這裡討論的是「以人為中心」的虛實結合技術。事實上，德國在工業4.0進程中從來不忽略「人」的要素，也不認為人會逐步被機器淘汰。德國人不斷描繪的新型工業生態系統，是一個人與機器和諧共存的體系。新的勞動觀已經形成共識。所有的開發和應用這些技術時應堅持雙重目標導向，在提高工作效率的同時，一定要為勞動者帶來便利、愉悅和健康。工廠現場那些違背宜人工程學原理的布局，都在成為工業4.0世界的不和諧之音符。（未完待續）作者簡介
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