摘要：“工業(yè)4.0”被看成是互聯(lián)網(wǎng)全面進(jìn)入生產(chǎn)制造系統(tǒng)的重要切入點，其以智能互聯(lián)系統(tǒng)為主，采集特色化、個性化需求的數(shù)據(jù)，然后利用智能制造系統(tǒng)加工出個性化的產(chǎn)品。中國制造業(yè)以“工業(yè)4.0”為愿景的轉(zhuǎn)型升級可借鑒德國經(jīng)驗，大力推動數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造，重視核心技術(shù)創(chuàng)新、市場拓展、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃建設(shè)與實施、系統(tǒng)配套對產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的協(xié)同作用;發(fā)揮大型企業(yè)的帶動效應(yīng)，通過人才培育、資源利用、市場開放等產(chǎn)業(yè)政策安排，促進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

引言

當(dāng)前德國已經(jīng)進(jìn)入了“工業(yè)”時代。工業(yè)4.0(Industry4.0)是德國政府《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來項目之一，這一概念是在德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界推動下形成的，它現(xiàn)已成為了德國的 戰(zhàn)略。德國政府制定“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略的目的是為了“確保德國制造的未來”，旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。當(dāng)下，正值我國大力推動信息化與工業(yè)化的深度融合、促進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期，德國推行的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略與我國提出的“兩化”深度融合有若干相通之處，與我國制造強國戰(zhàn)略不謀而合。

1、工業(yè)4.0

工業(yè)革命是現(xiàn)代文明的起點，是人類生產(chǎn)方式的根本性變革。18世紀(jì)末的 次工業(yè)革命創(chuàng)造了機器工廠的“蒸汽時代”，20世紀(jì)初的第二次工業(yè)革命將人類帶入大量生產(chǎn)的“電氣時代”，這兩個時代的劃分已經(jīng)是大家公認(rèn)的。20世紀(jì)中期計算機的發(fā)明、可編程控制器的應(yīng)用使機器不僅延伸了人的體力，而且延伸了人的腦力，開創(chuàng)了數(shù)字控制機器的新時代，使人—機在空間和時間上可以分離，人不再是機器的附屬品，而真正成為機器的主人。從制造業(yè)的角度，這是憑借電子和信息技術(shù)實現(xiàn)自動化的第三次工業(yè)革命。進(jìn)入21世紀(jì)，互聯(lián)網(wǎng)、新能源、新材料和生物技術(shù)正在以極快的速度形成巨大產(chǎn)業(yè)能力和市場，將使整個工業(yè)生產(chǎn)體系提升到一個新的水平，推動一場新的工業(yè)革命，德國技術(shù)科學(xué)院(ACDTECH)等機構(gòu)聯(lián)合提出“第四代工業(yè)-Industry 4.0”戰(zhàn)略規(guī)劃，旨在確保德國制造業(yè)的未來競爭力和引領(lǐng) 工業(yè)發(fā)展潮流。工業(yè)的概念描述了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。這是繼機械、電氣和信息技術(shù)的前三次工業(yè)革命之后物聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)服務(wù)所帶來的第四次工業(yè)革命。在這種模式中傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的活動領(lǐng)域和合作形式，創(chuàng)造新價值的過程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。

2、工業(yè)4.0 制造技術(shù)

2.1 柔性制造和精益生產(chǎn)技術(shù)

工業(yè)4.0首先是工業(yè)3.0的升級版，傳統(tǒng)的“剛性”自動化生產(chǎn)線升級為柔性制造自動化系統(tǒng)。在工業(yè)4.0中，人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù)將大規(guī)模地應(yīng)用于柔性制造系統(tǒng)，借助模擬專家的智能活動，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動，系統(tǒng)能自動監(jiān)測其運行狀態(tài)，在受到外界或內(nèi)部激勵(制造任務(wù)、生產(chǎn)品種或生產(chǎn)環(huán)境變化)時能自動調(diào)節(jié)其參數(shù)，以達(dá)到 工作狀態(tài)，具備自組織能力。此外，供應(yīng)鏈系統(tǒng)能根據(jù)單個需求做出生產(chǎn)配送的響應(yīng)，傳統(tǒng)的“以產(chǎn)定銷”轉(zhuǎn)變成“以銷定產(chǎn)”，適應(yīng)多品種、中小批量生產(chǎn)需求。

工業(yè)4.0還將引入精益生產(chǎn)(JIT)方式。企業(yè)基于精益制造系統(tǒng)，實時接受來自ERP系統(tǒng)的工單、BOM、制程、供貨方、庫存、制造指令等信息，同時把生產(chǎn)方法、人員指令、制造指令等下達(dá)給人員、設(shè)備等控制層，通過布置在生產(chǎn)現(xiàn)場的專用設(shè)備(PDA智能手機、LED生產(chǎn)看板、條碼采集器、PLC傳感器、I/O、DCS、RFID、PC等硬件)對從原材料上線到成品入庫的生產(chǎn)過程進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集、控制和監(jiān)控，再把生產(chǎn)結(jié)果、人員反饋、設(shè)備操作狀態(tài)與結(jié)果、庫存狀況、質(zhì)量狀況等動態(tài)地反饋給決策層。決策層通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、人員組織、運行方式和市場供求等方面的變革，追求生產(chǎn)的合理性和高效性，使生產(chǎn)系統(tǒng)能很快適應(yīng)用戶需求不斷變化，并能使生產(chǎn)過程中一切無用、多余的東西被精簡，最終達(dá)到包括市場供銷在內(nèi)的生產(chǎn)各方面的 結(jié)果。

2.2 云計算和大數(shù)據(jù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的進(jìn)步，來自政府、企業(yè)、個人的各種信息匯成了數(shù)據(jù)的海洋，在充分利用的情況下，這種極富廣度和深度的大數(shù)據(jù)可以賦予人們近乎超感官知覺的能力，讓中小企業(yè)都能通過更加貼近客戶的方式取得競爭優(yōu)勢。因此，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用將推動著商業(yè)智能的演進(jìn)。然而，大數(shù)據(jù)的價值體現(xiàn)離不開云計算、分布式處理技術(shù)、存儲技術(shù)和感知技術(shù)的發(fā)展。云計算可提供每秒10萬億次運算能力，用戶通過電腦、手機等終端接入數(shù)據(jù)中心(計算資源共享池)，可按自己的需求進(jìn)行運算。

在工業(yè)4.0時代，數(shù)據(jù)中心將成為企業(yè)資源共享的大平臺，與生產(chǎn)制造有關(guān)的數(shù)據(jù)源于企業(yè)、用于企業(yè)，包括文檔、三維模型、工藝條件等數(shù)據(jù)都能夠通過網(wǎng)絡(luò)在任何地方以及任何時間得以獲取和搜集，并有助于實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化分布。這不僅拉近了企業(yè)與客戶間的距離，也提供了企業(yè)與企業(yè)進(jìn)行社會化協(xié)同制造的機會，實現(xiàn)產(chǎn)品價值鏈的橫向集成。

3、工業(yè)4.0 制造裝備

3.1 數(shù)控加工柔性智能制造系統(tǒng)

數(shù)控機床的制造柔性化、自動化程度不斷提高，從傳統(tǒng)的單機加工、流水線生產(chǎn)逐漸向制造島、自動車間和分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)的方向立體式發(fā)展。一方面，機床加工精度更高、速度更快、柔性更好;一方面，制造信息系統(tǒng)集成度更高，數(shù)控機床能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結(jié)。在生產(chǎn)制造過程中，數(shù)控加工系統(tǒng)通過在線監(jiān)測過程參數(shù)，如切削力、主軸和進(jìn)給電機的功率、電流等，實時調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等工藝參數(shù)以及加工指令，并可自動識別電機及負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，及時優(yōu)化和調(diào)整控制系統(tǒng)參數(shù)，從而使設(shè)備處于 運行狀態(tài)。

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的智能化程度也在不斷提高，通過集成專家系統(tǒng)，在加工過程中模擬人類專家的智能活動，以解決加工過程許多具有不確定性的、要由人工干預(yù)才能解決的問題，實現(xiàn)過程自適應(yīng)、參數(shù)自優(yōu)化、故障自診斷和自修復(fù)等功能。具體體現(xiàn)在：為追求加工效率和加工質(zhì)量的智能化，如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作的智能化，如智能化的自動編程，智能化的人機界面等;智能診斷、智能監(jiān)控，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 上正在進(jìn)行研究的智能化切削加工系統(tǒng)很多，其中日本智能化數(shù)控裝置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性。

3.2 工業(yè)機器人

我國人力成本不斷攀高，產(chǎn)品質(zhì)量受人力因素干擾大幅上升。工業(yè)機器人之所以可取代體力勞動者完成一項或多項功能性操作，源于集成了 的智能傳感器和專家診斷系統(tǒng)，使機器具備各種類人的感覺，如視覺、聲覺、力覺、觸覺等。目前工業(yè)應(yīng)用的常見智能機器人、有點焊機器人、激光加工機器人、弧焊機器人、噴漆機器人、裝配機器人等，可有效避免人為因素可能導(dǎo)致的錯誤。

3.3 高度集成智能傳感與無線通信設(shè)備的信息物理

系統(tǒng)“智能”是工業(yè)4.0的核心，體現(xiàn)在生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息的自識別、自協(xié)調(diào)和自管理。在這個過程中，及時、準(zhǔn)確、可靠的在線傳感與無線通信尤顯重要。

基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，生產(chǎn)物料和設(shè)施設(shè)備都承載了各種信息，通過信息物理系統(tǒng)上的傳感裝置對信息的讀取和分析，實現(xiàn)物理對象的實時感知、識別、跟蹤、監(jiān)測和管理。涉及的傳感裝置有一般傳感器也有智能傳感器，如：二維碼識讀設(shè)備、射頻識別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、CCD影像識別裝置、語音識別裝置、身體語言(面部表情、肢體動作、手勢)識別裝置等。其中，二維碼識讀設(shè)備的技術(shù)參數(shù)主要有反射率和條/空寬度的示值誤差、重復(fù)性、穩(wěn)定性，譯碼率等。CCD影像識別裝置的技術(shù)參數(shù)主要有尺寸測量精度、放大倍率、圖像捕獲率、圖像抓拍有效率、識別正確率、識別時間等。

在工業(yè)4.0信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)里，無線通信和無線移動通信技術(shù)被普遍應(yīng)用，如無線RFid射頻技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)和Wifi技術(shù)，主要設(shè)備包括信號發(fā)生裝置和接收裝置，涉及參數(shù)有時間頻率、頻率響應(yīng)、相位、功率、占空比、靈敏度、調(diào)制帶寬、互調(diào)衰減、輻射雜散、傳導(dǎo)雜散、電磁兼容性和抗擾性等。

4、結(jié)語

德國工業(yè)戰(zhàn)略為我們展現(xiàn)了一幅全新的工業(yè)藍(lán)圖，深入分析其內(nèi)涵與本質(zhì)、愿景與要點，我們就可以洞察德國提出工業(yè)的目的與戰(zhàn)略意圖。在新的發(fā)展背景下，學(xué)習(xí)借鑒“工業(yè)”將信息化的時代特征與我國工業(yè)化歷史進(jìn)程緊密結(jié)合起來，把“兩化”深度融合作為主線，以“數(shù)字化智能化”作為傳統(tǒng)制造業(yè)重構(gòu)的核心技術(shù)，為推動傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級注入新的動力，同時，也為我國實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化、服務(wù)化等創(chuàng)造了有利條件。

文章來源：網(wǎng)絡(luò)