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]

      德國的制造業(yè)是世界上具有競爭力的產(chǎn)業(yè)部門(mén)之一。這歸功于德國制造業(yè)能夠管理復雜的工業(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)，德國制造業(yè)已成功地利用信息通信技術(shù)(ICT)實(shí)現對工業(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)革命的機械和電力。

　　隨著(zhù)個(gè)人電腦向智能設備演變，一種新的趨勢開(kāi)始顯現：越來(lái)越多的IT基礎設施和服務(wù)通過(guò)智能網(wǎng)絡(luò )(云計算)來(lái)提供。伴隨微型化和互聯(lián)網(wǎng)的持續發(fā)展，這一趨勢宣告了人們期盼的普適計算已成為現實(shí)。

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

　　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地址可供智能設備通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現直接聯(lián)網(wǎng)。于是，網(wǎng)絡(luò )資源、信息、物體和人之間能實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)。這也將擴展至工業(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世紀工業(yè)化的進(jìn)程，始于機械制造設備的出現。那時(shí)候，紡織機一類(lèi)的機器大大改變了生產(chǎn)產(chǎn)品的方式。第一次工業(yè)革命之后，在勞動(dòng)分工的基礎上，20世紀的第二次工業(yè)革命實(shí)現了電力驅動(dòng)的規?；a(chǎn)。之后，便是從20世紀70年代初直到現在的第三次工業(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，機器取代了相當一大部分的“體力勞動(dòng)”和一部分“腦力勞動(dòng)”。

　　德國應充分利用其作為世界先進(jìn)的制造設備供應商及在嵌入式系統領(lǐng)域的優(yōu)勢，通過(guò)利用物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)向制造領(lǐng)域擴展這一趨勢，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的部署不僅將增強德國的競爭地位，而且有助于應對全球挑戰(如資源和能效)和國內挑戰(如人口結構的變化)。

　　然而，在對技術(shù)創(chuàng )新進(jìn)行考慮時(shí)，結合社會(huì )文化語(yǔ)境是至關(guān)重要的，因為文化和社會(huì )的變化同樣也是在他們各自領(lǐng)域中創(chuàng )新的主要動(dòng)力。

　　比如，人口結構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)習的方式、工作的性質(zhì)、健康(隨著(zhù)人們活的越來(lái)越長(cháng))和社區的基礎設施。這又將反過(guò)來(lái)對德國生產(chǎn)力造成顯著(zhù)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，我們能夠為提升德國經(jīng)濟的競爭力和生產(chǎn)力做出重要貢獻。

　　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(chǎng)轉變成為一個(gè)智能環(huán)境。信息物理生產(chǎn)系統由智能機器、倉儲系統、生產(chǎn)設備組成。該生產(chǎn)系統是數字化的，基于ICT技術(shù)實(shí)現了端到端的整合——從運入物流到生產(chǎn)，再到營(yíng)銷(xiāo)、運出物流和服務(wù)(維修)。信息物理生產(chǎn)系統不僅使生產(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會(huì )。

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

　　作為世界先進(jìn)的制造設備供應商，德國需要發(fā)掘新形式工業(yè)化的潛力，以與其獨特的地位相匹配。德國的全球市場(chǎng)領(lǐng)導者包括許多提供專(zhuān)業(yè)解決方案的“隱形冠軍”(即小而強的公司)——德國前100名中小企業(yè)中有22家是機械和設備制造商，其中3家排名在前10位之內。許多德國機械和設備制造領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物都認為，他們的主要競爭對手是國內廠(chǎng)商。機械設備與汽車(chē)、化學(xué)品同為德國主要的出口產(chǎn)品之一。

　　此外，德國的機械和設備制造商都希望保持其在未來(lái)的先進(jìn)地位：60%的德國機械設備制造商都相信，他們的技術(shù)競爭優(yōu)勢在未來(lái)五年內會(huì )得到提高，只有不到40%的制造商希望維持當前的競爭地位。

　　然而，機械制造領(lǐng)域的全球競爭正在日趨激烈。在亞洲同行日益威脅著(zhù)德國制造商的同時(shí)，美國的對手也在采取措施，通過(guò)一系列方案對抗工業(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、也更加復雜。比如，激光燒結技術(shù)的進(jìn)步意味著(zhù)目前在幾小時(shí)內已經(jīng)能夠“打印”出高質(zhì)量的、復雜的3D結構。這引起了全新商業(yè)模型和服務(wù)的產(chǎn)生，終端消費者變得更為密切相關(guān)——消費者能夠創(chuàng )造自己的設計，之后發(fā)送電子郵件到一家“復印店”，他們也可以讓一些物品被掃描和“復印”。