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一、工業(yè) 4.0

“工業(yè) 4.0”是德國率先實施的全球市場運動，對全球未來工業(yè)走向有著深 遠影響?！肮I(yè) 4.0”這一概念為全球產(chǎn)業(yè)界展現(xiàn)了一幅全新的工業(yè)藍圖：在一 個智能、網(wǎng)絡化的世界里，信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System，簡稱 CPS）將 滲透到所有的關鍵領域，涵蓋自動化、生產(chǎn)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)部門和應用領域，在 CPS 的不斷推動下，工業(yè)創(chuàng)造新價 值的過程將逐步發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工重組，傳統(tǒng)行業(yè)界限消失，并衍生出新活 動領域和合作形式，最終實現(xiàn)全面靈活的智能制造。

信息的世界：在過去的30年間，IT革命帶來的生活與工作根本性的變革。

工業(yè)生產(chǎn)過程更加靈活堅強。“工業(yè) 4.0”使動態(tài)的、適時優(yōu)化的和自我組 織的價值鏈成為現(xiàn)實，并帶來諸如成本、可利用性和資源消耗等不同標準的最優(yōu) 化選擇。包括在制造領域的所有因素和資源間形成全新的循環(huán)網(wǎng)絡、智能產(chǎn)品獨 特的可識別性、個性化產(chǎn)品定制以及高度靈活的工作環(huán)境。

移動技術

全新商業(yè)模式和合作模式。這些模式將力爭確保潛在的商業(yè)利潤在整個價值 鏈、所有利益相關人之間公平地共享，包括那些新進入的利益相關人。同時，“工 業(yè) 4.0”、“網(wǎng)絡化制造”、“自我組織適應性強的物流”和“集成客戶的制造 工程”等特征，使它追求新的商業(yè)模式，從而率先滿足動態(tài)的商業(yè)網(wǎng)絡，這將引 發(fā)一系列融資、發(fā)展、可靠性、風險、責任和知識產(chǎn)權、技術安全問題。

工作方式和環(huán)境全新變化。全新的協(xié)作工作方式使工作可以脫離工廠，通過 虛擬的、移動的方式開展。員工將擁有高度的管理自主權，可以更加積極地投入 和調(diào)節(jié)自己的工作。同時，隨著工作環(huán)境和工作方式的巨大改變，可以大幅度提 升老年人和婦女的就業(yè)比例，確保人口結構的變化不影響當前的生活水平。促進 形成全新的信息物理系統(tǒng)平臺。全新的信息物理系統(tǒng)平臺能夠聯(lián)系到所有參與人 員、物體和系統(tǒng)，將提供全面、快捷、安全可靠的服務和應用業(yè)務流程，支持移 動終端設備和業(yè)務網(wǎng)絡中的協(xié)同制造、服務、分析和預測流程等。

二、智能制造工廠

工業(yè) 4.0 是一個產(chǎn)業(yè)的技術轉型，是產(chǎn)業(yè)的變革。工業(yè) 4.0 提出的智能制 造是面向產(chǎn)品全生命周期，實現(xiàn)泛在感知條件下的信息化制造。智能制造技術是 在現(xiàn)代傳感技術、網(wǎng)絡技術、自動化技術以及人工智能的基礎上，通過感知、人 機交互、決策、執(zhí)行和反饋，實現(xiàn)產(chǎn)品設計過程、制造過程和企業(yè)管理及服務的 智能化，是信息技術與制造技術的深度融合與集成。

工業(yè)3.0 vs 4.0

智能化和自動化的最大區(qū)別在于知識的含量。智能制造是基于科學而非僅憑 經(jīng)驗的制造，科學知識是智能化的基礎。因此，智能制造包含物質(zhì)的和非物質(zhì)的 處理過程，不僅具有完善和快捷響應的物料供應鏈，還需要有穩(wěn)定且強有力的知 識供應鏈和產(chǎn)學研聯(lián)盟，源源不斷地提供高素質(zhì)人才和工業(yè)需要的創(chuàng)新成果，發(fā) 展高附加值的新產(chǎn)品，促進產(chǎn)業(yè)不斷轉型升級。

智能制造是可持續(xù)發(fā)展的制造模式，它借助計算機建模仿真和信息通信技術 的巨大潛力，優(yōu)化產(chǎn)品的設計和制造過程，大幅度減少物質(zhì)資源和能源的消耗以 及各種廢棄物的產(chǎn)生，同時實現(xiàn)循環(huán)再用，減少排放，保護環(huán)境?；诠I(yè) 4. 0 構思的智能工廠將由物理系統(tǒng)和虛擬的信息系統(tǒng)組成，稱之為信息物理生產(chǎn)系統(tǒng) (Cyber Physics Production System，CPPS)，是為明天制造業(yè)勾畫的藍圖，對應于進 行物質(zhì)生產(chǎn)的系統(tǒng)有一個虛擬的信息系統(tǒng)，它是物理系統(tǒng)的“靈魂”，控制和管 理物理系統(tǒng)的生產(chǎn)和運作。物理系統(tǒng)與信息系統(tǒng)通過移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同交 互。因此，這樣的工廠不一定是在一個圍墻里的實體車間。它可以借助網(wǎng)絡利用 分散在各地的社會閑置設備，無需“關心”設備的確切所在地，只要關心設備可 用與否，它是“全球本地化”的工廠。就好像在淘寶網(wǎng)上購物，并不需要知道實 體商店在哪里，下了訂單，寶貝就會快遞到家。

這種新的生產(chǎn)模式，必將導致新的商業(yè)模式、管理模式、企業(yè)組織模式以及 人才需求的巨大變化。首先是產(chǎn)品設計與生產(chǎn)的分離。今天，大到飛機、小到手 機大多已經(jīng)是異地設計和生產(chǎn)的。關鍵是如何借助信息技術和網(wǎng)絡將其進一步組 織得更有效、更節(jié)約資源。工業(yè) 4.0 提出以通信和服務為基礎構建網(wǎng)絡化智能 工廠的設想。智能工廠的生產(chǎn)環(huán)境由智能產(chǎn)品、智能設備、宜人的工作環(huán)境、高 素質(zhì)的勞動者和智能能源供應組成，他們相互之間進行企業(yè)內(nèi)的通信，包括生產(chǎn) 數(shù)據(jù)采集、工況分析、制造決策等。若干智能工廠通過中間件、云計算和服務連 接成龐大的制造網(wǎng)絡，借助基于物流網(wǎng)的智能物流構建完整的制造體系。因此， 生產(chǎn)優(yōu)勢不僅是在特定生產(chǎn)條件下一次性體現(xiàn)，也以實現(xiàn)多家工廠、多個生產(chǎn)單元所形成的全球網(wǎng)絡環(huán)境下的生產(chǎn)集合體的最優(yōu)化為目標。 智能工廠和物流之間的所有活動需要實時通信、交互和確認，即共同遵守規(guī)則環(huán)境，共同完成由頂層下達的任務。

建立這樣分散的、網(wǎng)絡化的智能工廠體系 需要有一定的基礎，應具有以下 5 個要素條件:

(1)智能生產(chǎn)和產(chǎn)品，以先進的信 息物理融合的設備生產(chǎn)高附加值的軟硬結合的智能產(chǎn)品。

(2)真實的企業(yè)環(huán)境， 當前企業(yè)轉型升級的途徑和規(guī)劃。

(3)宏觀和微觀經(jīng)濟環(huán)境，主要是產(chǎn)業(yè)政策和 市場需求。

(4)人的因素，體現(xiàn)為新一代的管理人員、市場營銷人員、技術人員 和工人。

(5) 技術因素，主要體現(xiàn)為網(wǎng)絡和通信基礎設施的安全性和可靠性，智能生產(chǎn)技術等。

不同信息物理融合系統(tǒng)之間能夠協(xié)同運作的決定性因素如下：

(1)不同應用程 序的信息必須在語義上是兼容的，才有可能進行相互通信。

(2)具有實時傳感器 和執(zhí)行器嵌入式系統(tǒng)的物理環(huán)境。

(3)通過網(wǎng)絡嵌入不同的“系統(tǒng)中的系統(tǒng)”。

(4) 所有的系統(tǒng)具有自適應性和局部的自主權以及合作與分布式控制系統(tǒng)。

(5) 廣泛 的人機合作和協(xié)同。

三、智能制造的應用

工業(yè) 4. 0 項目建立了一個智能工廠的示范項目。它以液體產(chǎn)品(如洗滌液) 生產(chǎn)為例，包括液體制備和液體灌裝兩部分，不同的液體產(chǎn)品由不同組分混合配 制而成，灌裝后需要用不同顏色的瓶蓋和標簽，表明是誰的訂貨，發(fā)送到哪里，整個生產(chǎn)系統(tǒng)有無線網(wǎng)絡覆蓋，廣泛采用射頻識別。智能裝備的控制模式和 人機界面將會有很大的變化，Wi Fi 寬帶、藍牙近距通信等網(wǎng)絡性能的提高，基 于平板電腦、手機和穿戴設備等基于網(wǎng)絡的移動控制方式會越來越普及。與時俱 進的觸摸屏和多點觸控的圖形化人機界面將逐步取代按鈕、開關、鼠標和鍵盤。 人們，特別是年輕人已經(jīng)習慣智能電子消費產(chǎn)品的操作方式，能夠快速做出反應， 切換屏幕，上傳或下載數(shù)據(jù)，從而大大豐富了人機交互的內(nèi)容，同時明顯降低誤操作率。

在智能工廠運行中，以比特表征的信息比原子組成的物質(zhì)更加重要。機器不僅是生產(chǎn)工具和設備，更是工廠信息網(wǎng)絡的節(jié)點。機器不僅延伸人的體力，也延 伸了人的腦力，能夠識別工件、與人交互，按照人編制的控制程序工作。機器與 機器(物與物)之間也能夠相互進行通信，感知相關設備和環(huán)境的變化，協(xié)同完成 加工任務，構成基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化車間。

智能工廠遠在天邊，近在眼前。大家都爭先恐后搶占制高點。一切并非天方夜譚，今天已經(jīng)開始。 智能工廠將改變制造業(yè)的工作環(huán)境，使操作者遠離危險。智能管理和智能服務是智能制造的重要組成部分。工廠不僅是在圍墻和大樓里，而且是“空中在線”， 不管你身處何處，都好像在辦公室和車間一樣，與你的同事和客戶保持密切聯(lián)系，調(diào)閱各種文件和檔案，處理各種生產(chǎn)問題。智能服務不僅局限于遠程故障診斷、 互聯(lián)網(wǎng)技術服務和支持，還引發(fā)了新的商業(yè)模式。例如，德國大眾汽車公司在總 部附近有山有水風景秀麗的地方建了一個汽車綜合城(Autostadt)，這是包括新車 展示和交付、汽車博物館和生產(chǎn)線參觀、五星級酒店、培訓等集 4S 服務、休閑和旅游為一體的智能服務新模式。