叩開工業(yè)40的大門

1、叩開工業(yè) 4.0 的大門近來(lái)年，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算運(yùn)用威力初顯，一項(xiàng)更偉大的工具一一互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在參與、滲透 到工業(yè)生產(chǎn)過程中去，信息化和工業(yè)化的交織，正在催生著 人類工業(yè) 4.0 時(shí)代的到來(lái)。這種以智能制造為主導(dǎo)的新型工業(yè)形式，首先以德國(guó)人在 2011 年德國(guó)漢諾威工業(yè)展覽上所提出的，以實(shí)現(xiàn)資源、 信息、物品和人相互關(guān)聯(lián)的“虛擬網(wǎng)絡(luò)一實(shí)體物理系統(tǒng)(CPS)”為標(biāo)志。2013年，德國(guó)政府將其上升為國(guó)家戰(zhàn)略。根據(jù)德國(guó)版“工業(yè) 4.0”描繪的美好前景，待現(xiàn)代智能機(jī)器人、傳感器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算能力成熟后，現(xiàn)有工廠將 會(huì)通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)把供應(yīng)鏈、生產(chǎn)過程和倉(cāng)儲(chǔ)物流智能連接 起來(lái)，真正使生產(chǎn)

2、過程全自動(dòng)化，產(chǎn)品個(gè)性化，前端供應(yīng)鏈 管理、生產(chǎn)計(jì)劃、后端倉(cāng)儲(chǔ)物流管理智能化。人類從此進(jìn)入 智能制造時(shí)代。如今，我們正站在工業(yè) 4.0 的門前。不久的將來(lái)，我們吃的藥是根據(jù)每個(gè)人的基因來(lái)配方的；我們的早餐可以根據(jù) 個(gè)人的口味和營(yíng)養(yǎng)需求來(lái)調(diào)配生產(chǎn)；工廠生產(chǎn)線可以按照工人希望的時(shí)間開工，無(wú)需擔(dān)心下午沒法去接孩子；生產(chǎn)車間里是機(jī)器告訴機(jī)器下一步做什么，而非中心控制臺(tái)的技術(shù)員在操作。導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，即工業(yè)4.0。這個(gè)聽上去非常抽象的名詞，關(guān)聯(lián)到的卻是一場(chǎng)改變?nèi)祟惿a(chǎn)方式的革命。那么，工業(yè) 4.0 到底是什么？工業(yè) 4.0 的進(jìn)化過程 與國(guó)際社會(huì)關(guān)于第三次工業(yè)革命的說(shuō)法不同，德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，

3、 前三次工業(yè)革命的發(fā)生， 分別源于機(jī)械化、 電力和信息技術(shù)。工業(yè)革命 1.0 18 世紀(jì)末期始于英國(guó)的第一次工業(yè)革命，于 19 世紀(jì)中葉結(jié)束。這次工業(yè)革命的結(jié)果是機(jī)械生產(chǎn)代替 了手工勞動(dòng)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)從以農(nóng)業(yè)、手工業(yè)為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)型到了以 工業(yè)以及機(jī)械制造帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式。工業(yè)革命 2.0 第二次工業(yè)領(lǐng)域大變革發(fā)生在 20 世紀(jì)初期，進(jìn)入了生產(chǎn)線生產(chǎn)的階段，通過零部件生產(chǎn)與產(chǎn)品裝配 代以后，電子工程和信息技術(shù)的加入實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的最優(yōu)化和 自動(dòng)化。的成功分離，開創(chuàng)了產(chǎn)品批量生產(chǎn)的新模式。20 世紀(jì) 70 年工業(yè)革命 3.0 第三次工業(yè)革命始于第二次工業(yè)革命過程中發(fā)生的生產(chǎn)過程高度自動(dòng)化。至此，機(jī)械能夠逐步

4、替代人 類作業(yè)。工業(yè)革命 4.0 未來(lái) 10 年，第四次工業(yè)革命將步入“分散化”生產(chǎn)的新時(shí)代。工業(yè) 4.0 通過決定生產(chǎn)制造過程中的 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管理。可以說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)服務(wù)化迎來(lái)了以智能制造為主德國(guó)工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略 對(duì)德國(guó)工業(yè) 4.0 的核心內(nèi)容進(jìn)行概括的話， 可以總結(jié)為：建設(shè)一大網(wǎng)絡(luò)、研究?jī)纱笾黝}、實(shí)現(xiàn)三大集成、促進(jìn)三個(gè)轉(zhuǎn) 變。是建設(shè)一大網(wǎng)絡(luò)，即 CPs。 CPS 的核心思想是強(qiáng)調(diào)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與實(shí)體物理系統(tǒng)的融合。 CPS 可以將資源、 信息、 物體以及人員緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)服 務(wù)，并將生產(chǎn)工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)智能環(huán)境。二是研究?jī)纱笾黝}，即智能工廠與智能生產(chǎn)。作為目

5、標(biāo)核心載體的智能工廠，即分散的、具備一定智能化的生產(chǎn)設(shè) 備，在實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互之后， 能夠形成高度智能化的有機(jī)體， 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、分布式的生產(chǎn)設(shè)施；智能生產(chǎn)的側(cè)重點(diǎn)在于將 人機(jī)互動(dòng)、智能物流管理、 3D 打印等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于整個(gè) 工業(yè)生產(chǎn)過程。未來(lái)智能工廠與智能生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)意味著：較之傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，新的生產(chǎn)方式將大幅提高資源利用率，產(chǎn)品生產(chǎn)過程 中的實(shí)時(shí)圖像顯示使得虛擬生產(chǎn)變?yōu)榭赡?，從而減少材料浪 費(fèi)；個(gè)性化定制將成為可能，生產(chǎn)速度大幅提高。三是實(shí)現(xiàn)三大集成，即價(jià)值鏈上企業(yè)之間的橫向集成、網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)的縱向集成以及端對(duì)端工程數(shù)字化集成。在生產(chǎn)、 自動(dòng)化工程以及 IT 領(lǐng)域，價(jià)值鏈上企業(yè)問的橫向集成

6、是指將使用于不同生產(chǎn)階段及商業(yè)規(guī)劃過程的IT 系統(tǒng)集成在一起，這包括了發(fā)生在公司內(nèi)部和不同公司之間的 材料、能源和信息的交換（比如入站物流、生產(chǎn)過程、出站 物流、市場(chǎng)營(yíng)銷） ，橫向集成的目的是提供端對(duì)端的解決方 案。與此相對(duì)應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)的縱向集成是指將處于不同層級(jí)的 IT 系統(tǒng)進(jìn)行集成（例如，執(zhí)行器和傳感器、控制、 生產(chǎn)管理、制造和企業(yè)規(guī)劃執(zhí)行等不同層面） ，其目的同樣 是為了提供一種端對(duì)端的解決方案。端對(duì)端工程數(shù)字化集成是指貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的工程化數(shù)字集成，是在所有終端實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的前提下所實(shí)現(xiàn)的，基 于價(jià)值鏈與不同公司之間的一種整合，這將在最大程度上實(shí) 現(xiàn)個(gè)性化定制。在此模式下，客戶從產(chǎn)

7、品設(shè)計(jì)階段就參與到 整條生產(chǎn)鏈，并貫穿于加工制造、銷售物流等環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn) 隨時(shí)參與和決策，并自由配置各個(gè)功能組件。四是促進(jìn)三個(gè)轉(zhuǎn)變。一是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)由集中向分散的轉(zhuǎn)變，規(guī)模效應(yīng)不再是工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，工業(yè)生產(chǎn)的基本 模式將由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制轉(zhuǎn)變；二是實(shí)現(xiàn)產(chǎn) 品由大規(guī)模趨同性生產(chǎn)向規(guī)模化定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，未來(lái)產(chǎn)品都 將完全按照個(gè)人意愿進(jìn)行生產(chǎn)， 極端情況下， 將成為自動(dòng)化、 個(gè)性化的單件制造；三是實(shí)現(xiàn)由客戶導(dǎo)向向客戶全程參與的 轉(zhuǎn)變，客戶不僅出現(xiàn)在生產(chǎn)流程的兩端，而且廣泛、實(shí)時(shí)參與生產(chǎn)和價(jià)值創(chuàng)造的全過程。歸納而言，德國(guó)工業(yè) 4.0 就是利用信息通信技術(shù)把產(chǎn)品、機(jī)器、資源和人有機(jī)結(jié)合在一起，

8、通過信息通信技術(shù)建立個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的智能制造模式。在此模式中，CPS系統(tǒng)將推動(dòng)生產(chǎn)對(duì)象直接或借助互聯(lián)網(wǎng)通過M2M機(jī)器對(duì)機(jī)器）通信自主實(shí)現(xiàn)信息交換、運(yùn)轉(zhuǎn)和互相操控； 智能工廠能夠自行運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)品與機(jī)器可以相互交流，機(jī)器可 以自行組織生產(chǎn)，供應(yīng)鏈將自動(dòng)化協(xié)同，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重 組，創(chuàng)造新價(jià)值的過程將發(fā)生改變。工業(yè) 4.0：互聯(lián) 從根本上來(lái)講，工業(yè) 4.0 是一種在信息技術(shù)發(fā)展到新階段產(chǎn)生的新工業(yè)發(fā)展模式。從終極目標(biāo)來(lái)看，工業(yè) 4.0 不能 為技術(shù)而技術(shù)，核心在于提高企業(yè)、行業(yè)乃至國(guó)家的整體競(jìng) 爭(zhēng)力。西門子、博世和蒂森克虜伯的專家在交流時(shí)都提到，工業(yè) 4.0 的核心是連接，要把設(shè)備、生產(chǎn)線

9、，工廠、供應(yīng)商、 產(chǎn)品、客戶緊密地連接在一起。工業(yè) 4.0 適應(yīng)了萬(wàn)物互聯(lián)的 發(fā)展趨勢(shì)，將無(wú)處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控 制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過CPS形成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)， 使得產(chǎn)品與 生產(chǎn)設(shè)備之間、不同的生產(chǎn)設(shè)備之間以及數(shù)字世界和物理世界之間能夠互聯(lián)，使得機(jī)器、工作部件、系統(tǒng)以及人類會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)持續(xù)地保持?jǐn)?shù)字信息的交流。如果工廠還有生產(chǎn)體系的話，它們可以高度智能化。智能化的工廠完全由物聯(lián)網(wǎng)加以控制，制造流程完全可以由電腦來(lái)加以整合，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控可以觀 察到需要什么樣的新材料，需要什么樣的工序來(lái)保證整個(gè)生 產(chǎn)的進(jìn)程。這不是簡(jiǎn)單的生產(chǎn)自動(dòng)化問題，而是智能控制， 能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的智能

10、運(yùn)輸。如果突然出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)自 動(dòng)下令停下，自動(dòng)進(jìn)行修理。生產(chǎn)需要的產(chǎn)品時(shí)，可以智能利用有關(guān)能源。通過 IT技術(shù)，可以保證對(duì)于能源的使用是以最為有效的方式進(jìn)行 的。物聯(lián)網(wǎng)是把各種各樣的部件考慮進(jìn)去，在做決策時(shí)，考 慮所有的組織體系，這是一種整體的思考方法，這將使產(chǎn)業(yè) 鏈分工變得高度有效，相互問可以非常精準(zhǔn)地對(duì)接。IT未來(lái)可以看到一個(gè)智能化的經(jīng)濟(jì)體：包括智能化的生動(dòng)等產(chǎn)業(yè)鏈要素。這個(gè)過程實(shí)際上由 IT 系統(tǒng)加以控制， 系統(tǒng)知道如何組織生產(chǎn)、如何收集數(shù)據(jù)，并用一種控制的方 式與有關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行互動(dòng)。未來(lái)整個(gè)生產(chǎn)當(dāng)中捕捉到的數(shù)據(jù)都可以進(jìn)行實(shí)時(shí)分析， 幫助人作出決策， 進(jìn)行一些設(shè)定和傳輸，而且在發(fā)生某

11、些故障時(shí)，自動(dòng)發(fā)送旨口。如此，智能工廠的生產(chǎn)組織變得極其高效。同時(shí)，單體智能工廠也可以成為聯(lián)合體，即把外部的一些工廠包括進(jìn)來(lái)。比如單體智能工廠在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，旦某些原料用完了，廠外供應(yīng)商會(huì)自動(dòng)獲取信息，然后就會(huì)自動(dòng)交付定額的原 料。智能工廠和廠外的合作伙伴完全可以通過智能系統(tǒng)進(jìn)行整合， 這是非常和諧的互動(dòng)， 可以誕生智能化的商業(yè)模式， 即隨時(shí)在生成數(shù)據(jù)，隨時(shí)按照精確的數(shù)據(jù)讓生產(chǎn)方了解情 況，進(jìn)而改善生產(chǎn)當(dāng)中的狀況。工業(yè) 4.0 用了很多 IT 技術(shù)，毫無(wú)疑問會(huì)重新塑造整個(gè)生產(chǎn)流程，原來(lái)的工人難免會(huì)受到影響，產(chǎn)生擔(dān)憂，在這種擔(dān) 憂下，會(huì)不配合工作甚至加以破壞，因此，需要和他們進(jìn)行 討論，告訴他們未

12、來(lái)的整個(gè)工作場(chǎng)景是怎樣的，希望他們參 與進(jìn)來(lái)，讓這樣的技術(shù)最終改善他們的處境，而不是相反。德國(guó)也特別注重吸引中小企業(yè)參與，力圖使中小企業(yè)成為新代智能化生產(chǎn)技術(shù)的使用者和受益者，同時(shí)也成為先進(jìn)工 業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)造者和供應(yīng)者。工業(yè) 4.0：智能通過通信網(wǎng)絡(luò)，將工廠內(nèi)所有設(shè)備互聯(lián)的智能工廠就是最好的體現(xiàn)。作為未來(lái)第四次工業(yè)革命的代表，工業(yè)4.0 不斷向?qū)崿F(xiàn)物體、 數(shù)據(jù)以及服務(wù)等無(wú)縫連接的互聯(lián)網(wǎng) （物聯(lián)網(wǎng)、 數(shù)據(jù)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)）方向發(fā)展。未來(lái) 10 年，第四次工業(yè)革命將步入“分散化”生產(chǎn)的新時(shí)代。未來(lái)的智能制造業(yè)中， CPS 對(duì)涵蓋自動(dòng)化、生產(chǎn)技 術(shù)、汽車、機(jī)械工程、能源、運(yùn)輸以及遠(yuǎn)程醫(yī)療等眾多工業(yè)部

13、門的應(yīng)用領(lǐng)域， 具有非常重要的意義。因 CPS 而實(shí)現(xiàn)的許多應(yīng)用，將產(chǎn)生新附加價(jià)值鏈和業(yè)務(wù)模式。CPS 不僅可以降低實(shí)際成本， 提高能源、 時(shí)間等的效率，還能降低 CO2 排放水平，在保護(hù)環(huán)境上發(fā)揮重大作用。因?yàn)?CPS 的存在，智能工廠的生產(chǎn)系統(tǒng)、產(chǎn)品、資源及處理過程都將具有非常高水平的實(shí)時(shí)性，同時(shí)在資源、成本 節(jié)約中更具優(yōu)勢(shì)。智能工廠將按照重視可持續(xù)性的中心原則 來(lái)設(shè)計(jì)，因此，服從性、靈活性、自適應(yīng)性、學(xué)習(xí)能力、容錯(cuò)能力甚至風(fēng)險(xiǎn)管理都是其中不可或缺的要素。智能工廠設(shè)備的高級(jí)自動(dòng)化， 主要是由基于自動(dòng)觀察生產(chǎn)過程中CPS生產(chǎn)系統(tǒng)的靈活網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過可實(shí)時(shí)應(yīng)對(duì)的靈活生產(chǎn)系 統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)工程的徹底優(yōu)化。同時(shí)，生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)不僅僅 是在特定生產(chǎn)條件下的一次性體現(xiàn)，還可以實(shí)現(xiàn)多家工廠、 多個(gè)生產(chǎn)單元所形成的世界級(jí)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化?；诟咝阅苘浖那度胧较到y(tǒng)與融合在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中的專業(yè)用戶接口之間發(fā)生的相互作用，將誕生全新的系統(tǒng)功能 性世界。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子， 智能手機(jī)囊括許多應(yīng)用和服務(wù)， 已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)備本身的通話功能。由于全新的劃時(shí)代應(yīng)用 和服務(wù)提供商將不斷涌現(xiàn)， 漸漸形成新的價(jià)值鏈，所以，CPS 也將為現(xiàn)有業(yè)務(wù)與市場(chǎng)模式帶