中科華智詳解：什么是工業(yè)4.0

發(fā)表于：2017/4/12 10:10:49??閱讀量： [關(guān)閉]

      德國(guó)的制造業(yè)是世界上具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)部門之一。這歸功于德國(guó)制造業(yè)能夠管理復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，不同任務(wù)由位于不同地點(diǎn)的合作伙伴完成。近二三十年來(lái)，德國(guó)制造業(yè)已成功地利用信息通信技術(shù)(ICT)實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的管理——如今，大約90%的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程已應(yīng)用ICT技術(shù)。在過(guò)去三十年甚至更早以前，IT革命使我們生活和工作的世界發(fā)生了徹底改變，其影響力可媲美分別成就前兩次工業(yè)革命的機(jī)械和電力。

　　隨著個(gè)人電腦向智能設(shè)備演變，一種新的趨勢(shì)開始顯現(xiàn)：越來(lái)越多的IT基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)通過(guò)智能網(wǎng)絡(luò)(云計(jì)算)來(lái)提供。伴隨微型化和互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展，這一趨勢(shì)宣告了人們期盼的普適計(jì)算已成為現(xiàn)實(shí)。

　　通過(guò)無(wú)線，越來(lái)越多功能強(qiáng)大的、自主的微型電腦(嵌入式系統(tǒng))實(shí)現(xiàn)了與其他微型電腦和互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)。這意味著物理世界和虛擬世界(網(wǎng)絡(luò)空間)以信息-物理系統(tǒng)(CPS)的形式實(shí)現(xiàn)了融合。

　　新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6于2012年推出后，目前已經(jīng)有足夠多的IP地址可供智能設(shè)備通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)直接聯(lián)網(wǎng)。于是，網(wǎng)絡(luò)資源、信息、物體和人之間能實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)。這也將擴(kuò)展至工業(yè)領(lǐng)域：在制造業(yè)中，這種技術(shù)演化可以描述為“第四階段的工業(yè)化”或“工業(yè)4.0”。

　　工業(yè)革命的四個(gè)階段 放大圖片

　　圖1 工業(yè)革命的四個(gè)階段

　　18世紀(jì)工業(yè)化的進(jìn)程，始于機(jī)械制造設(shè)備的出現(xiàn)。那時(shí)候，紡織機(jī)一類的機(jī)器大大改變了生產(chǎn)產(chǎn)品的方式。第一次工業(yè)革命之后，在勞動(dòng)分工的基礎(chǔ)上，20世紀(jì)的第二次工業(yè)革命實(shí)現(xiàn)了電力驅(qū)動(dòng)的規(guī)?；a(chǎn)。之后，便是從20世紀(jì)70年代初直到現(xiàn)在的第三次工業(yè)革命。第三次工業(yè)革命利用電子和信息技術(shù)(IT)提高了制造過(guò)程的自動(dòng)化程度，機(jī)器取代了相當(dāng)一大部分的“體力勞動(dòng)”和一部分“腦力勞動(dòng)”。

　　德國(guó)應(yīng)充分利用其作為世界先進(jìn)的制造設(shè)備供應(yīng)商及在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)利用物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)向制造領(lǐng)域擴(kuò)展這一趨勢(shì)，在向第四階段工業(yè)化邁進(jìn)的過(guò)程中先發(fā)制人。

　　工業(yè)4.0的部署不僅將增強(qiáng)德國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)地位，而且有助于應(yīng)對(duì)全球挑戰(zhàn)(如資源和能效)和國(guó)內(nèi)挑戰(zhàn)(如人口結(jié)構(gòu)的變化)。

　　然而，在對(duì)技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行考慮時(shí)，結(jié)合社會(huì)文化語(yǔ)境是至關(guān)重要的，因?yàn)槲幕蜕鐣?huì)的變化同樣也是在他們各自領(lǐng)域中創(chuàng)新的主要?jiǎng)恿Α?/p>

　　比如，人口結(jié)構(gòu)的變化擁有改變我們社會(huì)所有關(guān)鍵領(lǐng)域的潛力，如組織學(xué)習(xí)的方式、工作的性質(zhì)、健康(隨著人們活的越來(lái)越長(zhǎng))和社區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施。這又將反過(guò)來(lái)對(duì)德國(guó)生產(chǎn)力造成顯著的影響。通過(guò)優(yōu)化技術(shù)和社會(huì)創(chuàng)新過(guò)程的關(guān)系，我們能夠?yàn)樘嵘聡?guó)經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力做出重要貢獻(xiàn)。

　　在制造業(yè)中利用物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)

　　物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)能夠創(chuàng)造一個(gè)包含全部生產(chǎn)過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)，將工廠轉(zhuǎn)變成為一個(gè)智能環(huán)境。信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)由智能機(jī)器、倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備組成。該生產(chǎn)系統(tǒng)是數(shù)字化的，基于ICT技術(shù)實(shí)現(xiàn)了端到端的整合——從運(yùn)入物流到生產(chǎn)，再到營(yíng)銷、運(yùn)出物流和服務(wù)(維修)。信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)不僅使生產(chǎn)能夠得到更加靈活的配置，也能夠充分利用差異化管理和流程控制所提供的機(jī)會(huì)。

　　除了優(yōu)化現(xiàn)有基于IT的流程，工業(yè)4.0還將釋放對(duì)具體流程和全球范圍內(nèi)整體效應(yīng)進(jìn)行更多差異化跟蹤的潛力。這些都是目前難以實(shí)現(xiàn)的。工業(yè)4.0還將使商業(yè)伙伴(如供應(yīng)商和客戶)、員工之間的關(guān)系更加緊密，并提供更多互惠互利的新機(jī)遇。

　　作為世界先進(jìn)的制造設(shè)備供應(yīng)商，德國(guó)需要發(fā)掘新形式工業(yè)化的潛力，以與其獨(dú)特的地位相匹配。德國(guó)的全球市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者包括許多提供專業(yè)解決方案的“隱形冠軍”(即小而強(qiáng)的公司)——德國(guó)前100名中小企業(yè)中有22家是機(jī)械和設(shè)備制造商，其中3家排名在前10位之內(nèi)。許多德國(guó)機(jī)械和設(shè)備制造領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物都認(rèn)為，他們的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是國(guó)內(nèi)廠商。機(jī)械設(shè)備與汽車、化學(xué)品同為德國(guó)主要的出口產(chǎn)品之一。

　　此外，德國(guó)的機(jī)械和設(shè)備制造商都希望保持其在未來(lái)的先進(jìn)地位：60%的德國(guó)機(jī)械設(shè)備制造商都相信，他們的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)在未來(lái)五年內(nèi)會(huì)得到提高，只有不到40%的制造商希望維持當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)地位。

　　然而，機(jī)械制造領(lǐng)域的全球競(jìng)爭(zhēng)正在日趨激烈。在亞洲同行日益威脅著德國(guó)制造商的同時(shí)，美國(guó)的對(duì)手也在采取措施，通過(guò)一系列方案對(duì)抗工業(yè)退化，大力推進(jìn)“先進(jìn)制造業(yè)”。

　　此外，制造業(yè)也在變得更加具有活力、也更加復(fù)雜。比如，激光燒結(jié)技術(shù)的進(jìn)步意味著目前在幾小時(shí)內(nèi)已經(jīng)能夠“打印”出高質(zhì)量的、復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)。這引起了全新商業(yè)模型和服務(wù)的產(chǎn)生，終端消費(fèi)者變得更為密切相關(guān)——消費(fèi)者能夠創(chuàng)造自己的設(shè)計(jì)，之后發(fā)送電子郵件到一家“復(fù)印店”，他們也可以讓一些物品被掃描和“復(fù)印”。