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一、工業 4.0

“工業 4.0”是德國率先實施的全球市場運動，對全球未來工業走向有著深 遠影響。“工業 4.0”這一概念為全球產業界展現了一幅全新的工業藍圖：在一 個智能、網絡化的世界里，信息物理系統（Cyber-Physical System，簡稱 CPS）將 滲透到所有的關鍵領域，涵蓋自動化、生產技術、汽車、機械工程、能源、運輸 以及遠程醫療等眾多工業部門和應用領域，在 CPS 的不斷推動下，工業創造新價 值的過程將逐步發生改變，產業鏈分工重組，傳統行業界限消失，并衍生出新活 動領域和合作形式，最終實現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。

工業生產過程更加靈活堅強。“工業 4.0”使動態的、適時優化的和自我組 織的價值鏈成為現實，并帶來諸如成本、可利用性和資源消耗等不同標準的最優 化選擇。包括在制造領域的所有因素和資源間形成全新的循環網絡、智能產品獨 特的可識別性、個性化產品定制以及高度靈活的工作環境。

移動技術

全新商業模式和合作模式。這些模式將力爭確保潛在的商業利潤在整個價值 鏈、所有利益相關人之間公平地共享，包括那些新進入的利益相關人。同時，“工 業 4.0”、“網絡化制造”、“自我組織適應性強的物流”和“集成客戶的制造 工程”等特征，使它追求新的商業模式，從而率先滿足動態的商業網絡，這將引 發一系列融資、發展、可靠性、風險、責任和知識產權、技術安全問題。

工作方式和環境全新變化。全新的協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，可以更加積極地投入 和調節自己的工作。同時，隨著工作環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比例，確保人口結構的變化不影響當前的生活水平。促進 形成全新的信息物理系統平臺。全新的信息物理系統平臺能夠聯系到所有參與人 員、物體和系統，將提供全面、快捷、安全可靠的服務和應用業務流程，支持移 動終端設備和業務網絡中的協同制造、服務、分析和預測流程等。

二、智能制造工廠

工業 4.0 是一個產業的技術轉型，是產業的變革。工業 4.0 提出的智能制 造是面向產品全生命周期，實現泛在感知條件下的信息化制造。智能制造技術是 在現代傳感技術、網絡技術、自動化技術以及人工智能的基礎上，通過感知、人 機交互、決策、執行和反饋，實現產品設計過程、制造過程和企業管理及服務的 智能化，是信息技術與制造技術的深度融合與集成。

工業3.0 vs 4.0

智能化和自動化的最大區別在于知識的含量。智能制造是基于科學而非僅憑 經驗的制造，科學知識是智能化的基礎。因此，智能制造包含物質的和非物質的 處理過程，不僅具有完善和快捷響應的物料供應鏈，還需要有穩定且強有力的知 識供應鏈和產學研聯盟，源源不斷地提供高素質人才和工業需要的創新成果，發 展高附加值的新產品，促進產業不斷轉型升級。

智能制造是可持續發展的制造模式，它借助計算機建模仿真和信息通信技術 的巨大潛力，優化產品的設計和制造過程，大幅度減少物質資源和能源的消耗以 及各種廢棄物的產生，同時實現循環再用，減少排放，保護環境。基于工業 4. 0 構思的智能工廠將由物理系統和虛擬的信息系統組成，稱之為信息物理生產系統 (Cyber Physics Production System，CPPS)，是為明天制造業勾畫的藍圖，對應于進 行物質生產的系統有一個虛擬的信息系統，它是物理系統的“靈魂”，控制和管 理物理系統的生產和運作。物理系統與信息系統通過移動互聯網和物聯網協同交 互。因此，這樣的工廠不一定是在一個圍墻里的實體車間。它可以借助網絡利用 分散在各地的社會閑置設備，無需“關心”設備的確切所在地，只要關心設備可 用與否，它是“全球本地化”的工廠。就好像在淘寶網上購物，并不需要知道實 體商店在哪里，下了訂單，寶貝就會快遞到家。

這種新的生產模式，必將導致新的商業模式、管理模式、企業組織模式以及 人才需求的巨大變化。首先是產品設計與生產的分離。今天，大到飛機、小到手 機大多已經是異地設計和生產的。關鍵是如何借助信息技術和網絡將其進一步組 織得更有效、更節約資源。工業 4.0 提出以通信和服務為基礎構建網絡化智能 工廠的設想。智能工廠的生產環境由智能產品、智能設備、宜人的工作環境、高 素質的勞動者和智能能源供應組成，他們相互之間進行企業內的通信，包括生產 數據采集、工況分析、制造決策等。若干智能工廠通過中間件、云計算和服務連 接成龐大的制造網絡，借助基于物流網的智能物流構建完整的制造體系。因此， 生產優勢不僅是在特定生產條件下一次性體現，也以實現多家工廠、多個生產單元所形成的全球網絡環境下的生產集合體的最優化為目標。 智能工廠和物流之間的所有活動需要實時通信、交互和確認，即共同遵守規則環境，共同完成由頂層下達的任務。

建立這樣分散的、網絡化的智能工廠體系 需要有一定的基礎，應具有以下 5 個要素條件:

(1)智能生產和產品，以先進的信 息物理融合的設備生產高附加值的軟硬結合的智能產品。

(2)真實的企業環境， 當前企業轉型升級的途徑和規劃。

(3)宏觀和微觀經濟環境，主要是產業政策和 市場需求。

(4)人的因素，體現為新一代的管理人員、市場營銷人員、技術人員 和工人。

(5) 技術因素，主要體現為網絡和通信基礎設施的安全性和可靠性，智能生產技術等。

不同信息物理融合系統之間能夠協同運作的決定性因素如下：

(1)不同應用程 序的信息必須在語義上是兼容的，才有可能進行相互通信。

(2)具有實時傳感器 和執行器嵌入式系統的物理環境。

(3)通過網絡嵌入不同的“系統中的系統”。

(4) 所有的系統具有自適應性和局部的自主權以及合作與分布式控制系統。

(5) 廣泛 的人機合作和協同。

三、智能制造的應用

工業 4. 0 項目建立了一個智能工廠的示范項目。它以液體產品(如洗滌液) 生產為例，包括液體制備和液體灌裝兩部分，不同的液體產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簽，表明是誰的訂貨，發送到哪里，整個生產系統有無線網絡覆蓋，廣泛采用射頻識別。智能裝備的控制模式和 人機界面將會有很大的變化，Wi Fi 寬帶、藍牙近距通信等網絡性能的提高，基 于平板電腦、手機和穿戴設備等基于網絡的移動控制方式會越來越普及。與時俱 進的觸摸屏和多點觸控的圖形化人機界面將逐步取代按鈕、開關、鼠標和鍵盤。 人們，特別是年輕人已經習慣智能電子消費產品的操作方式，能夠快速做出反應， 切換屏幕，上傳或下載數據，從而大大豐富了人機交互的內容，同時明顯降低誤操作率。

在智能工廠運行中，以比特表征的信息比原子組成的物質更加重要。機器不僅是生產工具和設備，更是工廠信息網絡的節點。機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。機器與 機器(物與物)之間也能夠相互進行通信，感知相關設備和環境的變化，協同完成 加工任務，構成基于物聯網的智能化車間。

智能工廠遠在天邊，近在眼前。大家都爭先恐后搶占制高點。一切并非天方夜譚，今天已經開始。 智能工廠將改變制造業的工作環境，使操作者遠離危險。智能管理和智能服務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系，調閱各種文件和檔案，處理各種生產問題。智能服務不僅局限于遠程故障診斷、 互聯網技術服務和支持，還引發了新的商業模式。例如，德國大眾汽車公司在總 部附近有山有水風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、汽車博物館和生產線參觀、五星級酒店、培訓等集 4S 服務、休閑和旅游為一體的智能服務新模式。