叩開工業(yè)40的大門

1、叩開工業(yè) 4.0 的大門近來年，隨著網(wǎng)絡信息技術、大數(shù)據(jù)、云計算運用威力初顯，一項更偉大的工具一一互聯(lián)網(wǎng)技術正在參與、滲透 到工業(yè)生產過程中去，信息化和工業(yè)化的交織，正在催生著 人類工業(yè) 4.0 時代的到來。這種以智能制造為主導的新型工業(yè)形式，首先以德國人在 2011 年德國漢諾威工業(yè)展覽上所提出的，以實現(xiàn)資源、 信息、物品和人相互關聯(lián)的“虛擬網(wǎng)絡一實體物理系統(tǒng)(CPS)”為標志。2013年，德國政府將其上升為國家戰(zhàn)略。根據(jù)德國版“工業(yè) 4.0”描繪的美好前景，待現(xiàn)代智能機器人、傳感器、數(shù)據(jù)存儲和計算能力成熟后，現(xiàn)有工廠將 會通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)把供應鏈、生產過程和倉儲物流智能連接 起來，真正使生產

2、過程全自動化，產品個性化，前端供應鏈 管理、生產計劃、后端倉儲物流管理智能化。人類從此進入 智能制造時代。如今，我們正站在工業(yè) 4.0 的門前。不久的將來，我們吃的藥是根據(jù)每個人的基因來配方的；我們的早餐可以根據(jù) 個人的口味和營養(yǎng)需求來調配生產；工廠生產線可以按照工人希望的時間開工，無需擔心下午沒法去接孩子；生產車間里是機器告訴機器下一步做什么，而非中心控制臺的技術員在操作。導的第四次工業(yè)革命，即工業(yè)4.0。這個聽上去非常抽象的名詞，關聯(lián)到的卻是一場改變人類生產方式的革命。那么，工業(yè) 4.0 到底是什么？工業(yè) 4.0 的進化過程 與國際社會關于第三次工業(yè)革命的說法不同，德國學術界和產業(yè)界認為，

3、 前三次工業(yè)革命的發(fā)生， 分別源于機械化、 電力和信息技術。工業(yè)革命 1.0 18 世紀末期始于英國的第一次工業(yè)革命，于 19 世紀中葉結束。這次工業(yè)革命的結果是機械生產代替 了手工勞動，經(jīng)濟社會從以農業(yè)、手工業(yè)為基礎轉型到了以 工業(yè)以及機械制造帶動經(jīng)濟發(fā)展的模式。工業(yè)革命 2.0 第二次工業(yè)領域大變革發(fā)生在 20 世紀初期，進入了生產線生產的階段，通過零部件生產與產品裝配 代以后，電子工程和信息技術的加入實現(xiàn)了生產的最優(yōu)化和 自動化。的成功分離，開創(chuàng)了產品批量生產的新模式。20 世紀 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)生的生產過程高度自動化。至此，機械能夠逐步

4、替代人 類作業(yè)。工業(yè)革命 4.0 未來 10 年，第四次工業(yè)革命將步入“分散化”生產的新時代。工業(yè) 4.0 通過決定生產制造過程中的 網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)實時管理?？梢哉f，物聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)服務化迎來了以智能制造為主德國工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略 對德國工業(yè) 4.0 的核心內容進行概括的話， 可以總結為：建設一大網(wǎng)絡、研究兩大主題、實現(xiàn)三大集成、促進三個轉 變。是建設一大網(wǎng)絡，即 CPs。 CPS 的核心思想是強調虛擬網(wǎng)絡世界與實體物理系統(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)及相關服 務，并將生產工廠轉變?yōu)橐粋€智能環(huán)境。二是研究兩大主題，即智能工廠與智能生產。作為目

5、標核心載體的智能工廠，即分散的、具備一定智能化的生產設 備，在實現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互之后， 能夠形成高度智能化的有機體， 實現(xiàn)網(wǎng)絡化、分布式的生產設施；智能生產的側重點在于將 人機互動、智能物流管理、 3D 打印等先進技術應用于整個 工業(yè)生產過程。未來智能工廠與智能生產的實現(xiàn)意味著：較之傳統(tǒng)生產模式，新的生產方式將大幅提高資源利用率，產品生產過程 中的實時圖像顯示使得虛擬生產變?yōu)榭赡?，從而減少材料浪 費；個性化定制將成為可能，生產速度大幅提高。三是實現(xiàn)三大集成，即價值鏈上企業(yè)之間的橫向集成、網(wǎng)絡化制造系統(tǒng)的縱向集成以及端對端工程數(shù)字化集成。在生產、 自動化工程以及 IT 領域，價值鏈上企業(yè)問的橫向集成

6、是指將使用于不同生產階段及商業(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、生產過程、出站 物流、市場營銷） ，橫向集成的目的是提供端對端的解決方 案。與此相對應，網(wǎng)絡化制造系統(tǒng)的縱向集成是指將處于不同層級的 IT 系統(tǒng)進行集成（例如，執(zhí)行器和傳感器、控制、 生產管理、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端的解決方案。端對端工程數(shù)字化集成是指貫穿整個價值鏈的工程化數(shù)字集成，是在所有終端實現(xiàn)數(shù)字化的前提下所實現(xiàn)的，基 于價值鏈與不同公司之間的一種整合，這將在最大程度上實 現(xiàn)個性化定制。在此模式下，客戶從產

7、品設計階段就參與到 整條生產鏈，并貫穿于加工制造、銷售物流等環(huán)節(jié)，可實現(xiàn) 隨時參與和決策，并自由配置各個功能組件。四是促進三個轉變。一是實現(xiàn)生產由集中向分散的轉變，規(guī)模效應不再是工業(yè)生產的關鍵因素，工業(yè)生產的基本 模式將由集中式控制向分散式增強型控制轉變；二是實現(xiàn)產 品由大規(guī)模趨同性生產向規(guī)模化定制生產轉變，未來產品都 將完全按照個人意愿進行生產， 極端情況下， 將成為自動化、 個性化的單件制造；三是實現(xiàn)由客戶導向向客戶全程參與的 轉變，客戶不僅出現(xiàn)在生產流程的兩端，而且廣泛、實時參與生產和價值創(chuàng)造的全過程。歸納而言，德國工業(yè) 4.0 就是利用信息通信技術把產品、機器、資源和人有機結合在一起，

8、通過信息通信技術建立個高度靈活的個性化和數(shù)字化的智能制造模式。在此模式中，CPS系統(tǒng)將推動生產對象直接或借助互聯(lián)網(wǎng)通過M2M機器對機器）通信自主實現(xiàn)信息交換、運轉和互相操控； 智能工廠能夠自行運轉，產品與機器可以相互交流，機器可 以自行組織生產，供應鏈將自動化協(xié)同，產業(yè)鏈分工將被重 組，創(chuàng)造新價值的過程將發(fā)生改變。工業(yè) 4.0：互聯(lián) 從根本上來講，工業(yè) 4.0 是一種在信息技術發(fā)展到新階段產生的新工業(yè)發(fā)展模式。從終極目標來看，工業(yè) 4.0 不能 為技術而技術，核心在于提高企業(yè)、行業(yè)乃至國家的整體競 爭力。西門子、博世和蒂森克虜伯的專家在交流時都提到，工業(yè) 4.0 的核心是連接，要把設備、生產線

9、，工廠、供應商、 產品、客戶緊密地連接在一起。工業(yè) 4.0 適應了萬物互聯(lián)的 發(fā)展趨勢，將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控 制系統(tǒng)、通信設施通過CPS形成一個智能網(wǎng)絡， 使得產品與 生產設備之間、不同的生產設備之間以及數(shù)字世界和物理世界之間能夠互聯(lián)，使得機器、工作部件、系統(tǒng)以及人類會通過網(wǎng)絡持續(xù)地保持數(shù)字信息的交流。如果工廠還有生產體系的話，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加以整合，實現(xiàn)對生產的實時監(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保證整個生 產的進程。這不是簡單的生產自動化問題，而是智能控制， 能夠實現(xiàn)產品的智能

10、運輸。如果突然出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會自 動下令停下，自動進行修理。生產需要的產品時，可以智能利用有關能源。通過 IT技術，可以保證對于能源的使用是以最為有效的方式進行 的。物聯(lián)網(wǎng)是把各種各樣的部件考慮進去，在做決策時，考 慮所有的組織體系，這是一種整體的思考方法，這將使產業(yè) 鏈分工變得高度有效，相互問可以非常精準地對接。IT未來可以看到一個智能化的經(jīng)濟體：包括智能化的生動等產業(yè)鏈要素。這個過程實際上由 IT 系統(tǒng)加以控制， 系統(tǒng)知道如何組織生產、如何收集數(shù)據(jù)，并用一種控制的方 式與有關環(huán)節(jié)進行互動。未來整個生產當中捕捉到的數(shù)據(jù)都可以進行實時分析， 幫助人作出決策， 進行一些設定和傳輸，而且在發(fā)生某

11、些故障時，自動發(fā)送旨口。如此，智能工廠的生產組織變得極其高效。同時，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來。比如單體智能工廠在進行生產時，旦某些原料用完了，廠外供應商會自動獲取信息，然后就會自動交付定額的原 料。智能工廠和廠外的合作伙伴完全可以通過智能系統(tǒng)進行整合， 這是非常和諧的互動， 可以誕生智能化的商業(yè)模式， 即隨時在生成數(shù)據(jù)，隨時按照精確的數(shù)據(jù)讓生產方了解情 況，進而改善生產當中的狀況。工業(yè) 4.0 用了很多 IT 技術，毫無疑問會重新塑造整個生產流程，原來的工人難免會受到影響，產生擔憂，在這種擔 憂下，會不配合工作甚至加以破壞，因此，需要和他們進行 討論，告訴他們未

12、來的整個工作場景是怎樣的，希望他們參 與進來，讓這樣的技術最終改善他們的處境，而不是相反。德國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技術的使用者和受益者，同時也成為先進工 業(yè)生產技術的創(chuàng)造者和供應者。工業(yè) 4.0：智能通過通信網(wǎng)絡，將工廠內所有設備互聯(lián)的智能工廠就是最好的體現(xiàn)。作為未來第四次工業(yè)革命的代表，工業(yè)4.0 不斷向實現(xiàn)物體、 數(shù)據(jù)以及服務等無縫連接的互聯(lián)網(wǎng) （物聯(lián)網(wǎng)、 數(shù)據(jù)網(wǎng)和服務互聯(lián)網(wǎng)）方向發(fā)展。未來 10 年，第四次工業(yè)革命將步入“分散化”生產的新時代。未來的智能制造業(yè)中， CPS 對涵蓋自動化、生產技 術、汽車、機械工程、能源、運輸以及遠程醫(yī)療等眾多工業(yè)部

13、門的應用領域， 具有非常重要的意義。因 CPS 而實現(xiàn)的許多應用，將產生新附加價值鏈和業(yè)務模式。CPS 不僅可以降低實際成本， 提高能源、 時間等的效率，還能降低 CO2 排放水平，在保護環(huán)境上發(fā)揮重大作用。因為 CPS 的存在，智能工廠的生產系統(tǒng)、產品、資源及處理過程都將具有非常高水平的實時性，同時在資源、成本 節(jié)約中更具優(yōu)勢。智能工廠將按照重視可持續(xù)性的中心原則 來設計，因此，服從性、靈活性、自適應性、學習能力、容錯能力甚至風險管理都是其中不可或缺的要素。智能工廠設備的高級自動化， 主要是由基于自動觀察生產過程中CPS生產系統(tǒng)的靈活網(wǎng)絡來實現(xiàn)的。通過可實時應對的靈活生產系 統(tǒng)，能夠實現(xiàn)生產工程的徹底優(yōu)化。同時，生產優(yōu)勢不僅僅 是在特定生產條件下的一次性體現(xiàn)，還可以實現(xiàn)多家工廠、 多個生產單元所形成的世界級網(wǎng)絡的最優(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。舉一個簡單的例子， 智能手機囊括許多應用和服務， 已經(jīng)遠遠超出設備本身的通話功能。由于全新的劃時代應用 和服務提供商將不斷涌現(xiàn)， 漸漸形成新的價值鏈，所以，CPS 也將為現(xiàn)有業(yè)務與市場模式帶