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一、工業(yè) 4.0

“工業(yè) 4.0”是德國率先實(shí)施的全球市場運(yùn)動，對全球未來工業(yè)走向有著深 遠(yuǎn)影響。“工業(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(lán)圖：在一 個智能、網(wǎng)絡(luò)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(guān)鍵領(lǐng)域，涵蓋自動化、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)部門和應(yīng)用領(lǐng)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(lǐng)域和合作形式，最終實(shí)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(jiān)強(qiáng)?！肮I(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(shí)，并帶來諸如成本、可利用性和資源消耗等不同標(biāo)準(zhǔn)的最優(yōu) 化選擇。包括在制造領(lǐng)域的所有因素和資源間形成全新的循環(huán)網(wǎng)絡(luò)、智能產(chǎn)品獨(dú) 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(shù)

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(guān)人之間公平地共享，包括那些新進(jìn)入的利益相關(guān)人。同時，“工 業(yè) 4.0”、“網(wǎng)絡(luò)化制造”、“自我組織適應(yīng)性強(qiáng)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(luò)，這將引 發(fā)一系列融資、發(fā)展、可靠性、風(fēng)險(xiǎn)、責(zé)任和知識產(chǎn)權(quán)、技術(shù)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(quán)，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(jié)構(gòu)的變化不影響當(dāng)前的生活水平。促進(jìn) 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(wù)和應(yīng)用業(yè)務(wù)流程，支持移 動終端設(shè)備和業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)同制造、服務(wù)、分析和預(yù)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(shù)轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)泛在感知條件下的信息化制造。智能制造技術(shù)是 在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)以及人工智能的基礎(chǔ)上，通過感知、人 機(jī)交互、決策、執(zhí)行和反饋，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程、制造過程和企業(yè)管理及服務(wù)的 智能化，是信息技術(shù)與制造技術(shù)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(xué)而非僅憑 經(jīng)驗(yàn)的制造，科學(xué)知識是智能化的基礎(chǔ)。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(yīng)的物料供應(yīng)鏈，還需要有穩(wěn)定且強(qiáng)有力的知 識供應(yīng)鏈和產(chǎn)學(xué)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(jìn)產(chǎn)業(yè)不斷轉(zhuǎn)型升級。

智能制造是可持續(xù)發(fā)展的制造模式，它借助計(jì)算機(jī)建模仿真和信息通信技術(shù) 的巨大潛力，優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)循環(huán)再用，減少排放，保護(hù)環(huán)境?；诠I(yè) 4. 0 構(gòu)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(lán)圖，對應(yīng)于進(jìn) 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(yùn)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(shí)體車間。它可以借助網(wǎng)絡(luò)利用 分散在各地的社會閑置設(shè)備，無需“關(guān)心”設(shè)備的確切所在地，只要關(guān)心設(shè)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(shí) 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(dǎo)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(shè)計(jì)與生產(chǎn)的分離。今天，大到飛機(jī)、小到手 機(jī)大多已經(jīng)是異地設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的。關(guān)鍵是如何借助信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)將其進(jìn)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(wù)為基礎(chǔ)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化智能 工廠的設(shè)想。智能工廠的生產(chǎn)環(huán)境由智能產(chǎn)品、智能設(shè)備、宜人的工作環(huán)境、高 素質(zhì)的勞動者和智能能源供應(yīng)組成，他們相互之間進(jìn)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(jì)算和服務(wù)連 接成龐大的制造網(wǎng)絡(luò)，借助基于物流網(wǎng)的智能物流構(gòu)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(shí)現(xiàn)多家工廠、多個生產(chǎn)單元所形成的全球網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的生產(chǎn)集合體的最優(yōu)化為目標(biāo)。 智能工廠和物流之間的所有活動需要實(shí)時通信、交互和確認(rèn)，即共同遵守規(guī)則環(huán)境，共同完成由頂層下達(dá)的任務(wù)。

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

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

(2)真實(shí)的企業(yè)環(huán)境， 當(dāng)前企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的途徑和規(guī)劃。

(3)宏觀和微觀經(jīng)濟(jì)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(shù)人員 和工人。

(5) 技術(shù)因素，主要體現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)和通信基礎(chǔ)設(shè)施的安全性和可靠性，智能生產(chǎn)技術(shù)等。

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

(1)不同應(yīng)用程 序的信息必須在語義上是兼容的，才有可能進(jìn)行相互通信。

(2)具有實(shí)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(luò)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(yīng)性和局部的自主權(quán)以及合作與分布式控制系統(tǒng)。

(5) 廣泛 的人機(jī)合作和協(xié)同。

三、智能制造的應(yīng)用

工業(yè) 4. 0 項(xiàng)目建立了一個智能工廠的示范項(xiàng)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(biāo)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(luò)覆蓋，廣泛采用射頻識別。智能裝備的控制模式和 人機(jī)界面將會有很大的變化，Wi Fi 寬帶、藍(lán)牙近距通信等網(wǎng)絡(luò)性能的提高，基 于平板電腦、手機(jī)和穿戴設(shè)備等基于網(wǎng)絡(luò)的移動控制方式會越來越普及。與時俱 進(jìn)的觸摸屏和多點(diǎn)觸控的圖形化人機(jī)界面將逐步取代按鈕、開關(guān)、鼠標(biāo)和鍵盤。 人們，特別是年輕人已經(jīng)習(xí)慣智能電子消費(fèi)產(chǎn)品的操作方式，能夠快速做出反應(yīng)， 切換屏幕，上傳或下載數(shù)據(jù)，從而大大豐富了人機(jī)交互的內(nèi)容，同時明顯降低誤操作率。

在智能工廠運(yùn)行中，以比特表征的信息比原子組成的物質(zhì)更加重要。機(jī)器不僅是生產(chǎn)工具和設(shè)備，更是工廠信息網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。機(jī)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(jī)器與 機(jī)器(物與物)之間也能夠相互進(jìn)行通信，感知相關(guān)設(shè)備和環(huán)境的變化，協(xié)同完成 加工任務(wù)，構(gòu)成基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化車間。

智能工廠遠(yuǎn)在天邊，近在眼前。大家都爭先恐后搶占制高點(diǎn)。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(yuǎn)離危險(xiǎn)。智能管理和智能服務(wù)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(wù)不僅局限于遠(yuǎn)程故障診斷、 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)服務(wù)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(fēng)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(xùn)等集 4S 服務(wù)、休閑和旅游為一體的智能服務(wù)新模式。