工业4.0来了——它到底是什么？看它如何掀起新一轮革命？
发布时间：2014-11-13 10:26
发布者：新电子新电子
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工业
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工业革命总是在经历拐点和范式转换后开始风靡。现在我们正在经历一次新的工业革命——工业4.0。其拥趸称工业4.0是一种全新的生产方式，并在引发第四次工业革命。这是真的吗？那它到底是什么呢？ 让我们回溯一段时间——确切的说是到250年前——詹姆斯·瓦特在18世纪后期对蒸汽机的改良揭开了第一次工业革命的序幕。虽然瓦特没有发明蒸汽机，但他的许多创新将纺织行业的生产效率提升了三个数量级。这宣告了机械化工厂已经到来。 
第二次工业革命始于1913年亨利·福特引进流水线，这大幅提升了T型车生产力——截止1927年下线时，总计产出了1500多万辆，很快，其它的制造业也开始使用装配流水线，以提高效率和生产力，并降低成本。大规模生产的时代已经到来。 
第三次工业革命是由于上世纪70年代在工厂中引入了计算机，从而引发了自动化流水线。对于机械类工作，电脑越来越多地代替了人类，这是生产力上的又一重大转折点。今天，貌似每一个生产功能都已经自动化。高度自动化的工厂让我们可以用极低的价格买到复杂的消费电子产品。 
工业4.0 但是等等——其实还有更多的转变。工业4.0的愿景是“信息物理融合生产系统”，其中充斥传感器的“智能产品”告诉机器它们应该被如何加工；流程在一个分散地、模块化的系统中进行自我管理。智能嵌入式设备开始以点对点式或者通过互联网“云”——物联网——方式进行无线互连以协同工作，这是对生产力的再一次革命。随着机器对机器（M2M）通信遍布于厂房，刚性的、集中化的工厂控制系统开始让位于分散式智能控制系统。这就是第四次工业革命的工业4.0版本愿景。 基于软件生产过程的虚拟表示，信息物理融合系统（CPS）的概念最早是由美国国家仪器公司的首席执行官James Truchard博士在2006年定义的。 2012年1月，德国联邦教育与研究部门成立了一个工作组，负责起草实施全面战略建议“工业4.0”，这是由该团队创造的一个术语。工业4.0项目现在是德国政府的官方高科技战略组成部分，它正在积极寻求私营部门的合作伙伴。关于工业4.0的讨论出现在四月的汉诺威工业博览会上，这就是为什么我们突然听到了该名词。 工业4.0目前更多是愿景，而非现实，但它具有潜在的深远影响;随着人们不断想出实现它的创新方式，这一概念也在不断发展。然而，有些事情已经明确： • 传感器将涉及生产过程的每一阶段，提供原始数据以及控制系统所需的反馈。 • 工业控制系统将变得更加复杂并广泛分布，带来更灵活的、细粒度的控制。 • 射频技术将在无线Mesh网络中与分布式控制模块绑定在一起 ，为系统带来实时重配置功能，而这种方式不可能在硬连线、集中控制系统中实现。 • 可编程逻辑会变得越来越重要，因为不可能预料到所有环境变化，而这些变化是控制系统需要动态响应的。 • 智能连接的嵌入式设备将无处不在，它们的设计和编程会变得更具挑战性。 实施工业4.0需要许多目前存在的技术和工艺。例如，无线电、传感器和GPS模块可用于资产追踪，当从FR4铜板升级为刀片服务器时，可以追踪工厂里的电路板资产。工业4.0并不是简单地贴上RFID标签以及被动地沿着流水线追踪PCB，相反地，挑选和放置模块在内存芯片用完时可以提醒库存。如果回答是它们不能被及时进货补充时，整个工厂中的一切相关机器——从切割机、钻床直到系统组装机器人——将进行重组并开始生产所有部件均已备货的下一个产品，如果需要从远程库存调货时，可以自动及时地传送到合适的机器。同时，下一个源供应商将被通知并且自动重新配置相应的资产。这样的好处是，即便相对于当前高度自动化的工厂，新的模式也将带来时间和成本方面的大幅节省。 革命还是演进？ 早期的工业革命，并不是发生在一朝一夕之间，甚至在当时也没有被确认。对工业4.0来说，当我们重新回顾它时可能被视为一次革命也可能不被视为一次革命，但它绝不是一次演进。不过，这是M2M通信的一个自然结果，将进一步提升工厂的自动化，如同前几次工业革命一样，应导致更丰富、成本更低的产品 。 但是无论是革命还是演进，工业生产将变得更加高效。敬请期待更多的激动人心的发展。更好的方式是，参与并使之发生。 工业4.0两大主题 一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。 工业4.0三个设想：产品、设施、管理 产品：集成有动态数字存储器、感知和通信能力，承载着在其整个供应链和生命周期中所需的各种必需信息 设施：由整个生产价值链所集成，可实现自组织 管理：能够根据当前的状况灵活决定生产过程 工业4.0下的产品特点 ——集成了信息存储、传感、无线通信功能 产品是信息载体 产品在整个完整的供应链和生命周期中都一直带有自身信息 产品是一个agent 产品会影响其所在环境 产品具有自监测功能 产品会对其自身状态和环境进行监测 工业4.0的好处 在生产能力上，工业4.0将确保仅一次性生产，且产量很低时的获利能力，确保工艺流程的灵活性和资源利用率。另一方面，工业4.0将使人的工作生涯更长，工作与生活更加平衡，高工资时产业仍有强大竞争力。 工业4.0”的实现方式 主要是通过深度应用ICT（信息通信技术），总体掌控从消费需求到生产制造的所有过程，由此实现高效生产管理。 
多品种小批量智能产品的高精度卓越品质生产是未来像德国一样成功经济的发展趋势 80%制造创新基于信息通信技术，通过信息通信技术实现了智慧工厂、绿色和城市生产 第四次工业革命将基于信息物理系统、物联网和互联服务，它将产生大量的大数据流，这些大数据能够被搜集和分析用于指导高效高品质生产； 基于信息物理系统的工业辅助系统能够支持、帮助和培训智慧工厂的下一代工人； 多通道增强现实系统能够允许个性化的工作流程和快速学习新产品工艺。 |
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