工業(yè)4.0：未來(lái)制造的趨勢(shì)是網(wǎng)絡(luò)化？

　　在工業(yè)4.0時(shí)代，機(jī)器設(shè)備具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力，它們提供的信息、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)分析能夠使生產(chǎn)變得更精益、更節(jié)能。

　　如果你在食品制造行業(yè)工作，你可能知道現(xiàn)在的許多生產(chǎn)線的能效低于60%，這意味著它們還有相當(dāng)大的提升空間。節(jié)約水電對(duì)現(xiàn)代工廠管理來(lái)說(shuō)也是一個(gè)重要因素，智能工廠能夠幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)。

　　什么是工業(yè)4.0?

　　所謂的工業(yè)4.0，德國(guó)人叫工業(yè)4.0，美國(guó)人叫Industrial Network即工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。所以在美國(guó)從來(lái)沒(méi)人談工業(yè)4.0。核心那一套還是CPS(Cyber-Physical System)，這個(gè)詞在美國(guó)學(xué)術(shù)界被廣泛使用，但是對(duì)很多中國(guó)人來(lái)說(shuō)很陌生，其實(shí)CPS在歐洲又被稱(chēng)之為Internet of Things，也就是所謂的物聯(lián)網(wǎng)。

　　從廣義上講，現(xiàn)在大家在做的Sensor Network(傳感網(wǎng)絡(luò))/Iot(物聯(lián)網(wǎng))/Mobilesystem/Smart Building(智能建筑)/Smart Grid(智能電網(wǎng))等等都算在Cyber-Physical System的范疇里面。

　　美國(guó)學(xué)術(shù)界為了推CPS，把四個(gè)會(huì)議IPSN、RTAS、ICCPS、HSCC一起組成了CPSWeek，每年4月份舉行。其中IPSN是傳感器網(wǎng)絡(luò)兩大頂會(huì)之一(另一個(gè)是Sensys);RTAS是實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的;ICCPS和ICIot是同一個(gè)會(huì)議，是IEEE近兩年舉辦的專(zhuān)門(mén)關(guān)注CPS的會(huì)議;HSCC關(guān)注的是HybridSystem。這幾個(gè)會(huì)議中IPSN的影響力應(yīng)該是最大的，也是CPSWeek的核心，同時(shí)也是最難中的。

　　由此可見(jiàn)，在美國(guó)學(xué)術(shù)界看來(lái)，所謂的CPS，或者是物聯(lián)網(wǎng)，跟曾經(jīng)很火的Sensornetwork有比較密切的聯(lián)系，同時(shí)也跟之前的Realtimesystem相結(jié)合。

　　事實(shí)上，當(dāng)年很火的傳感器網(wǎng)絡(luò)冷下來(lái)之后，不少該領(lǐng)域的大牛在申請(qǐng)基金的過(guò)程中相繼倒下，導(dǎo)致不少人換了方向。剩下的人便參與到了所謂的Cyber-PhysicalSystem當(dāng)中。

　　從sensornetwork到Cyber-PhysicalSystem(Iot)，再到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或者工業(yè)4.0，馬甲換了一個(gè)又一個(gè)，核心的那幫教授從來(lái)都沒(méi)有變過(guò)。不過(guò)也得理解，不炒概念怎么能拿到funding呢?這一點(diǎn)中國(guó)美國(guó)是一樣的。

　　第一次工業(yè)革命是機(jī)械化，第二次電氣化，第三次自動(dòng)化直到現(xiàn)在。這三次工業(yè)革命都大幅度的提高了生產(chǎn)力。

　　而所謂的工業(yè)4.0，則是基于CPS(Cyber-PhysicalSystem)上的一個(gè)對(duì)于未來(lái)工業(yè)發(fā)展的設(shè)想。計(jì)劃的提出者Prof.HenNIngKagermann希望藉此實(shí)現(xiàn)第四次工業(yè)革命。

　　CPS，中文翻譯成：網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)。指的是一個(gè)通過(guò)機(jī)械和電子零件，運(yùn)用信息化技術(shù)的整合控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，CPS更加強(qiáng)調(diào)的是他的通信功能。

　　現(xiàn)在的設(shè)計(jì)雛形有所謂的SmartFactory(智能工廠)

　　第一次工業(yè)革命是機(jī)械化，第二次電氣化，第三次自動(dòng)化直到現(xiàn)在。這三次工業(yè)革命都大幅度的提高了生產(chǎn)力。

　　而所謂的工業(yè)4.0，則是基于CPS(Cyber-PhysicalSystem)上的一個(gè)對(duì)于未來(lái)工業(yè)發(fā)展的設(shè)想。計(jì)劃的提出者Prof.HenningKagermann希望藉此實(shí)現(xiàn)第四次工業(yè)革命。

　　CPS，中文翻譯成：網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)。指的是一個(gè)通過(guò)機(jī)械和電子零件，運(yùn)用信息化技術(shù)的整合控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，CPS更加強(qiáng)調(diào)的是他的通信功能?，F(xiàn)在的設(shè)計(jì)雛形有所謂的SmartFactory(智能工廠)。

　　工業(yè)4.0將會(huì)帶來(lái)什么

　　工業(yè)4.0的出現(xiàn)將實(shí)現(xiàn)很多人類(lèi)夢(mèng)寐以求的幻想，設(shè)想你買(mǎi)了一套房子，然后房子的設(shè)計(jì)圖馬上就被傳入你的電腦，你可以在電腦前按照自己的設(shè)想裝修并置配家具，然后用不了多久，3D打印機(jī)器人就會(huì)進(jìn)入你的房間進(jìn)行裝修，而你選擇的家具已經(jīng)被快遞到了裝修好的房子中。整個(gè)過(guò)程涉及移動(dòng)通信、物業(yè)公司、裝修公司、網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物、物流、電子商務(wù)，而整個(gè)過(guò)程中幾乎不需要消耗大量的人工成本就能將信息或?qū)嶓w進(jìn)行傳遞并配置。

　　德國(guó)和美國(guó)政府已經(jīng)撥出專(zhuān)項(xiàng)資金，用于戰(zhàn)略研究和工業(yè)4.0的實(shí)現(xiàn)。德國(guó)撥款2.22億美元用于德國(guó)聯(lián)邦教育與研究部(BMBF)的RES-COM等項(xiàng)目。同樣，美國(guó)已經(jīng)推出了SmartManufacturingLeadershipCoalition等研究項(xiàng)目。

　　包括英國(guó)在內(nèi)的其他國(guó)家也對(duì)工業(yè)4.0表現(xiàn)出很大的的熱情。GAMBICA和CLPA等制造商和貿(mào)易機(jī)構(gòu)已經(jīng)對(duì)此表示支持。雖然這些國(guó)家還未宣布推出重大舉措，但它們肯定已經(jīng)對(duì)工業(yè)4.0作出了有力支持。

　　工業(yè)4.0最終將成為制造業(yè)和工業(yè)的一個(gè)顯著變化。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，工廠設(shè)備對(duì)高級(jí)軟件的使用可以幫助計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)并作出更多的自主決策。這同時(shí)也意味著，在工廠中，目前由一個(gè)中心主機(jī)執(zhí)行的任務(wù)將交由系統(tǒng)組件來(lái)執(zhí)行。

　　今后幾年，隨著智能工廠在世界各地的出現(xiàn)，工廠之間的地理邊界和數(shù)據(jù)隔離可能成為過(guò)去。

　　對(duì)英國(guó)食品和飲料行業(yè)來(lái)說(shuō)，工業(yè)4.0是一個(gè)絕佳的機(jī)會(huì)，它們可以利用這個(gè)機(jī)會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工廠到智能工廠的轉(zhuǎn)變。新技術(shù)也將導(dǎo)致更多靈活的、可持續(xù)的和環(huán)保的生產(chǎn)線的出現(xiàn)。

　　全球工業(yè)4.0的不同版本以及政策提出時(shí)間

　　美國(guó)

　　2011年

　　先進(jìn)制造業(yè)伙伴關(guān)系制造業(yè)回流

　　美國(guó)“先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃”核心是鼓勵(lì)創(chuàng)新，并通過(guò)信息技術(shù)來(lái)重塑工業(yè)格局，激活傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。

　　中國(guó)

　　2012年

　　制造2025計(jì)劃智能制造

　　發(fā)展智能制造設(shè)備、新一代移動(dòng)通信、三網(wǎng)融合、物聯(lián)網(wǎng)、云端運(yùn)算等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)技術(shù)

　　德國(guó)

　　2013年

　　工業(yè)4.0智慧工廠

　　其實(shí)質(zhì)是德國(guó)憑借制造業(yè)根基，借助互聯(lián)網(wǎng)升級(jí)制造業(yè)。在“智能工廠”以“智能生產(chǎn)”方式制造“智能產(chǎn)品”，整個(gè)過(guò)程貫穿以“網(wǎng)絡(luò)協(xié)同”。

　　英國(guó)

　　2013年

　　工業(yè)2050戰(zhàn)略服務(wù)+再制造

　　《英國(guó)工業(yè)2050戰(zhàn)略》認(rèn)為，制造業(yè)并不是傳統(tǒng)意義上“制造之后進(jìn)行銷(xiāo)售”，而是“服務(wù)+再制造(以生產(chǎn)為中心的價(jià)值鏈)”。

　　日本

　　2015年

　　機(jī)器人新戰(zhàn)略人機(jī)共存

　　日本政府于2015年1月公布了《機(jī)器人新戰(zhàn)略》，成立了日本機(jī)器人革命促進(jìn)會(huì)。日本還在機(jī)器人革命促進(jìn)會(huì)下設(shè)“物聯(lián)網(wǎng)升級(jí)制造模式工作組”，以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)日本制造業(yè)的變革。

　　未來(lái)制造的網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)

　　作為新一輪的工業(yè)革命，工業(yè)4.0時(shí)代跟前三次工業(yè)革命不同的地方是網(wǎng)絡(luò)化，由于在生產(chǎn)制造核心價(jià)值創(chuàng)造環(huán)節(jié)大量采用了網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，原有的價(jià)值創(chuàng)造體系將發(fā)生革命性的改變，從而促使整個(gè)社會(huì)技術(shù)體系產(chǎn)生變革，這是第四次工業(yè)革命存在的證據(jù)和理由。

　　大家知道，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在人們消費(fèi)領(lǐng)域的應(yīng)用，導(dǎo)致了人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，特別是在中國(guó)，大量的用戶(hù)使用電子商務(wù)、即時(shí)通信和移動(dòng)應(yīng)用等互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品及服務(wù)，大大改變了人們的傳統(tǒng)生活形態(tài)?？梢灶A(yù)想，如果互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生產(chǎn)制造領(lǐng)域得到充分利用，將對(duì)人們的生活產(chǎn)生巨大的改變。

　　人口僅為8500萬(wàn)，面積僅為兩個(gè)廣東一樣大的德國(guó)，缺乏中國(guó)這樣的一體化大規(guī)模市場(chǎng)，難以推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在德國(guó)人生活中深度應(yīng)用，但由于德國(guó)的制造業(yè)非常發(fā)達(dá)，具有很好的應(yīng)用新技術(shù)的環(huán)境，因此，德國(guó)工業(yè)4.0概念提出之后，得到了德國(guó)制造業(yè)的大量響應(yīng)，紛紛加入德國(guó)工業(yè)4.0平臺(tái)，共同推動(dòng)德國(guó)的工業(yè)4.0的應(yīng)用。

　　從未來(lái)制造業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)講，利用CPS技術(shù)，把物理世界虛擬化，是降低創(chuàng)新成本的最佳途徑。例如，傳統(tǒng)汽車(chē)的制造過(guò)程需要先設(shè)計(jì)出圖紙，制作出模型汽車(chē)，然后用模型汽車(chē)進(jìn)行碰撞等試驗(yàn)，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的效果，這樣的流程花費(fèi)的成本比較高，但利用CPS技術(shù)，新設(shè)計(jì)的汽車(chē)可以在模擬的測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行多次試驗(yàn)，而不用擔(dān)心汽車(chē)碰撞實(shí)驗(yàn)中的損壞，這樣可以大大降低成本。

　　理解未來(lái)制造業(yè)，需要考慮網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)給原有的制造過(guò)程帶來(lái)的變革，高度網(wǎng)絡(luò)化在多個(gè)層面發(fā)生作用，它可以在產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)、車(chē)間之間、生產(chǎn)線之間、流水線各環(huán)節(jié)以及任何物體之間發(fā)生，而達(dá)到物與物的連接，則是CPS技術(shù)發(fā)展的最高境界，那就是物聯(lián)網(wǎng)。

　　總而言之，工業(yè)4.0時(shí)代就是第四次工業(yè)革命，它的核心技術(shù)CPS帶來(lái)的大量連接，形成了各種層級(jí)的網(wǎng)絡(luò)化，這將大大改變現(xiàn)有的生產(chǎn)制造流程，從而影響制造業(yè)的價(jià)值創(chuàng)造體系，這就是第四次工業(yè)革命最大的趨勢(shì)和特征。