工業4.0帶來的思考論文

　　摘 要：本文分析了工業4.0的概念和基本內涵，剖析了工業4.0的發展現狀，并提出工業4.0的本質是基于“信息物理系統”實現“智能工廠”， 核心是動態配置的生產方式，首要目標是工廠標準化。

　　關鍵詞：工業4.0；內涵；現狀；本質

　　一、工業4.0的概念

　　工業4.0是德國政府提出的一個高科技戰略計劃。該項目由德國聯邦教育及研究部和聯邦經濟技術部聯合資助，投資預計達2億歐元。旨在提升制造業的智能化水平，建立具有適應性、資源效率及人因工程學的智慧工廠，在商業流程及價值流程中整合客戶及商業伙伴。其技術基礎是網絡實體系統及物聯網。德國所謂的工業四代（Industry4.0）是指利用物聯信息系統（Cyber―PhysicalSystem簡稱CPS）將生產中的供應，制造，銷售信息數據化、智慧化，最后達到快速，有效，個人化的產品供應。

　　二、工業4.0的內涵

　　“工業4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變，目標是建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式。在這種模式中，傳統的行業界限將消失，并會產生各種新的活動領域和合作形式。創造新價值的過程正在發生改變，產業鏈分工將被重組。德國學術界和產業界認為，“工業4.0”概念即是以智能制造為主導的第四次工業革命，或革命性的生產方法。該戰略旨在通過充分利用信息通訊技術和網絡空間虛擬系統―信息物理系統（Cyber-Physical System）相結合的手段，將制造業向智能化轉型。“工業4.0”項目主要分為三大主題：一是“智能工廠”，重點研究智能化生產系統及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現；二是“智能生產”，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。該計劃將特別注重吸引中小企業參與，力圖使中小企業成為新一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生產技術的創造者和供應者；三是“智能物流”，主要通過互聯網、物聯網、物流網，整合物流資源，充分發揮現有物流資源供應方的效率，而需求方，則能夠快速獲得服務匹配，得到物流支持。

　　三、工業4.0的發展現狀

　　工業自動化是德國得以啟動工業4.0的重要前提之一，主要是在機械制造和電氣工程領域。目前在德國和國際制造業中廣泛采用的“嵌入式系統”，正是將機械或電氣部件完全嵌入到受控器件內部，是一種特定應用設計的專用計算機系統。數據顯示，這種“嵌入式系統”每年獲得的市場效益高達200億歐元，而這個數字到2020年將提升至400億歐元。有專家預計，不斷推廣的工業4.0將為德國的西門子、ABB、通快（Trumpf）等機械和電氣設備生產商，以及菲尼克斯電氣（Phoenix Contact）、浩亭（Harting）以及魏德米勒（Weidmuller）等中小企業帶來大量訂單。德國聯邦貿易與投資署專家Jerome Hull在接受時代周報記者專訪時表示，工業4.0是運用智能去創建更靈活的生產程序、支持制造業的革新以及更好地服務消費者，它代表著集中生產模式的轉變。Jerome Hull介紹：所謂的系統應用、智能生產工藝和工業制造，并不是簡單的一種生產過程，而是產品和機器的溝通交流，產品來告訴機器該怎么做。生產智能化在未來是可行的， 將工廠、產品和智能服務通聯起來，將是全球在新的`制造業時代一件非常正常的事情。工業4.0是涉及諸多不同企業、部門和領域，以不同速度發展的漸進性過程，跨行業、跨部門的協作成為必然。同樣是在2013年漢諾威工業博覽會上，由德國機械設備制造業聯合會（VDMA）、德國電氣和電子工業聯合會（ZVEI）以及德國信息技術、通訊、新媒體協會（BITKOM）三個專業協會共同建立的工業4.0平臺正式成立

　　四、工業4.0的本質分析

　　1.本質是基于“信息物理系統”實現“智能工廠“

　　2.核心是動態配置的生產方式

　　工業4.0報告中描述的動態配置的生產方式主要是指從事作業的機器人（工作站）能夠通過網絡實時訪問所有有關信息，并根據信息內容，自主切換生產方式以及更換生產材料，從而調整成為最匹配模式的生產作業。動態配置的生產方式能夠實現為每個客戶、每個產品進行不同的設計、零部件構成、產品訂單、生產計劃、生產制造、物流配送，杜絕整個鏈條中的浪費環節。與傳統生產方式不同，動態配置的生產方式在生產之前或者生產過程中，都能夠隨時變更最初的設計方案。

　　3.首要目標是工廠標準化

　　德國工業影響力的一個側面就是“標準化”。PLC編程語言的國際標準IEC61131-3（PLCopen）主要是來自德國企業；通信領域普及的CAN、Profibus以及EtherCAT也全都誕生于德國。工業4.0工作組認為，推行工業4.0需要在8個關鍵領域采取行動。其中第一個領域就是“標準化和參考架構”。標準化工作主要圍繞智能工廠生態鏈上各個環節制定合作機制，確定哪些信息可被用來交換。為此，工業4.0將制定一攬子共同標準，使合作機制成為可能，并通過一系列標準（如成本、可用性和資源消耗）對生產流程進行優化。以往，我們聽到的大多是“產品的標準化”，而德國工業4.0將推廣“工廠的標準化”，借助智能工廠的標準化將制造業生產模式推廣到國際市場，以標準化提高技術創新和模式創新的市場化效率，繼續保持德國工業的世界領先地位。

　　總的來看，工業4.0戰略的核心就是通過CPS網絡實現人、設備與產品的實時連通、相互識別和有效交流，從而構建一個高度靈活的個性化和數字化的智能制造模式。在這種模式下，生產由集中向分散轉變，規模效應不再是工業生產的關鍵因素；產品由趨同向個性轉變，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；用戶由部分參與向全程參與轉變，用戶不僅出現在生產流程的兩端，而且廣泛、實時參與生產和價值創造的全過程。

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