工業(yè)4.0帶來(lái)的思考論文
摘 要：本文分析了工業(yè)4.0的概念和基本內(nèi)涵，剖析了工業(yè)4.0的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出工業(yè)4.0的本質(zhì)是基于“信息物理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)“智能工廠”， 核心是動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式，首要目標(biāo)是工廠標(biāo)準(zhǔn)化。
關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0；內(nèi)涵；現(xiàn)狀；本質(zhì)
一、工業(yè)4.0的概念
工業(yè)4.0是德國(guó)政府提出的一個(gè)高科技戰(zhàn)略計(jì)劃。該項(xiàng)目由德國(guó)聯(lián)邦教育及研究部和聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)合資助，投資預(yù)計(jì)達(dá)2億歐元。旨在提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應(yīng)性、資源效率及人因工程學(xué)的智慧工廠，在商業(yè)流程及價(jià)值流程中整合客戶及商業(yè)伙伴。其技術(shù)基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)實(shí)體系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)。德國(guó)所謂的工業(yè)四代（Industry4.0）是指利用物聯(lián)信息系統(tǒng)（Cyber―PhysicalSystem簡(jiǎn)稱CPS）將生產(chǎn)中的供應(yīng)，制造，銷(xiāo)售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速，有效，個(gè)人化的產(chǎn)品供應(yīng)。
二、工業(yè)4.0的內(nèi)涵
“工業(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式。創(chuàng)造新價(jià)值的過(guò)程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在通過(guò)充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)―信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System）相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型�！肮I(yè)4.0”項(xiàng)目主要分為三大主題：一是“智能工廠”，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)；二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用等。該計(jì)劃將特別注重吸引中小企業(yè)參與，力圖使中小企業(yè)成為新一代智能化生產(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；三是“智能物流”，主要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng)，整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應(yīng)方的效率，而需求方，則能夠快速獲得服務(wù)匹配，得到物流支持。
三、工業(yè)4.0的發(fā)展現(xiàn)狀
工業(yè)自動(dòng)化是德國(guó)得以啟動(dòng)工業(yè)4.0的重要前提之一，主要是在機(jī)械制造和電氣工程領(lǐng)域。目前在德國(guó)和國(guó)際制造業(yè)中廣泛采用的“嵌入式系統(tǒng)”，正是將機(jī)械或電氣部件完全嵌入到受控器件內(nèi)部，是一種特定應(yīng)用設(shè)計(jì)的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)顯示，這種“嵌入式系統(tǒng)”每年獲得的市場(chǎng)效益高達(dá)200億歐元，而這個(gè)數(shù)字到2020年將提升至400億歐元。有專(zhuān)家預(yù)計(jì)，不斷推廣的工業(yè)4.0將為德國(guó)的西門(mén)子、ABB、通快（Trumpf）等機(jī)械和電氣設(shè)備生產(chǎn)商，以及菲尼克斯電氣（Phoenix Contact）、浩亭（Harting）以及魏德米勒（Weidmuller）等中小企業(yè)帶來(lái)大量訂單。德國(guó)聯(lián)邦貿(mào)易與投資署專(zhuān)家Jerome Hull在接受時(shí)代周報(bào)記者專(zhuān)訪時(shí)表示，工業(yè)4.0是運(yùn)用智能去創(chuàng)建更靈活的生產(chǎn)程序、支持制造業(yè)的革新以及更好地服務(wù)消費(fèi)者，它代表著集中生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變。Jerome Hull介紹：所謂的系統(tǒng)應(yīng)用、智能生產(chǎn)工藝和工業(yè)制造，并不是簡(jiǎn)單的一種生產(chǎn)過(guò)程，而是產(chǎn)品和機(jī)器的溝通交流，產(chǎn)品來(lái)告訴機(jī)器該怎么做。生產(chǎn)智能化在未來(lái)是可行的， 將工廠、產(chǎn)品和智能服務(wù)通聯(lián)起來(lái)，將是全球在新的`制造業(yè)時(shí)代一件非常正常的事情。工業(yè)4.0是涉及諸多不同企業(yè)、部門(mén)和領(lǐng)域，以不同速度發(fā)展的漸進(jìn)性過(guò)程，跨行業(yè)、跨部門(mén)的協(xié)作成為必然。同樣是在2013年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，由德國(guó)機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(huì)（VDMA）、德國(guó)電氣和電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)（ZVEI）以及德國(guó)信息技術(shù)、通訊、新媒體協(xié)會(huì)（BITKOM）三個(gè)專(zhuān)業(yè)協(xié)會(huì)共同建立的工業(yè)4.0平臺(tái)正式成立
四、工業(yè)4.0的本質(zhì)分析
1.本質(zhì)是基于“信息物理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)“智能工廠“
2.核心是動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式
工業(yè)4.0報(bào)告中描述的動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式主要是指從事作業(yè)的機(jī)器人（工作站）能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)訪問(wèn)所有有關(guān)信息，并根據(jù)信息內(nèi)容，自主切換生產(chǎn)方式以及更換生產(chǎn)材料，從而調(diào)整成為最匹配模式的生產(chǎn)作業(yè)。動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式能夠?qū)崿F(xiàn)為每個(gè)客戶、每個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)、零部件構(gòu)成、產(chǎn)品訂單、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)制造、物流配送，杜絕整個(gè)鏈條中的浪費(fèi)環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式不同，動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式在生產(chǎn)之前或者生產(chǎn)過(guò)程中，都能夠隨時(shí)變更最初的設(shè)計(jì)方案。
3.首要目標(biāo)是工廠標(biāo)準(zhǔn)化
德國(guó)工業(yè)影響力的一個(gè)側(cè)面就是“標(biāo)準(zhǔn)化”。PLC編程語(yǔ)言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3（PLCopen）主要是來(lái)自德國(guó)企業(yè)；通信領(lǐng)域普及的CAN、Profibus以及EtherCAT也全都誕生于德國(guó)。工業(yè)4.0工作組認(rèn)為，推行工業(yè)4.0需要在8個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域采取行動(dòng)。其中第一個(gè)領(lǐng)域就是“標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)”。標(biāo)準(zhǔn)化工作主要圍繞智能工廠生態(tài)鏈上各個(gè)環(huán)節(jié)制定合作機(jī)制，確定哪些信息可被用來(lái)交換。為此，工業(yè)4.0將制定一攬子共同標(biāo)準(zhǔn)，使合作機(jī)制成為可能，并通過(guò)一系列標(biāo)準(zhǔn)（如成本、可用性和資源消耗）對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化。以往，我們聽(tīng)到的大多是“產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化”，而德國(guó)工業(yè)4.0將推廣“工廠的標(biāo)準(zhǔn)化”，借助智能工廠的標(biāo)準(zhǔn)化將制造業(yè)生產(chǎn)模式推廣到國(guó)際市場(chǎng)，以標(biāo)準(zhǔn)化提高技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新的市場(chǎng)化效率，繼續(xù)保持德國(guó)工業(yè)的世界領(lǐng)先地位。
總的來(lái)看，工業(yè)4.0戰(zhàn)略的核心就是通過(guò)CPS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備與產(chǎn)品的實(shí)時(shí)連通、相互識(shí)別和有效交流，從而構(gòu)建一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的智能制造模式。在這種模式下，生產(chǎn)由集中向分散轉(zhuǎn)變，規(guī)模效應(yīng)不再是工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素；產(chǎn)品由趨同向個(gè)性轉(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；用戶由部分參與向全程參與轉(zhuǎn)變，用戶不僅出現(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(guò)程。
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