摘要：“工業4.0”被看成是互聯網全面進入生產制造系統的重要切入點，其以智能互聯系統為主，采集特色化、個性化需求的數據，然后利用智能制造系統加工出個性化的產品。中國制造業以“工業4.0”為愿景的轉型升級可借鑒德國經驗，大力推動數字化網絡化智能化制造，重視核心技術創新、市場拓展、標準規劃建設與實施、系統配套對產業轉型升級的協同作用;發揮大型企業的帶動效應，通過人才培育、資源利用、市場開放等產業政策安排，促進制造業轉型升級。

引言

當前德國已經進入了“工業”時代。工業4.0(Industry4.0)是德國政府《高技術戰略2020》確定的十大未來項目之一，這一概念是在德國學術界和產業界推動下形成的，它現已成為了德國的 戰略。德國政府制定“工業4.0”戰略的目的是為了“確保德國制造的未來”，旨在支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新。當下，正值我國大力推動信息化與工業化的深度融合、促進制造業轉型升級的關鍵時期，德國推行的“工業4.0”戰略與我國提出的“兩化”深度融合有若干相通之處，與我國制造強國戰略不謀而合。

1、工業4.0

工業革命是現代文明的起點，是人類生產方式的根本性變革。18世紀末的 次工業革命創造了機器工廠的“蒸汽時代”，20世紀初的第二次工業革命將人類帶入大量生產的“電氣時代”，這兩個時代的劃分已經是大家公認的。20世紀中期計算機的發明、可編程控制器的應用使機器不僅延伸了人的體力，而且延伸了人的腦力，開創了數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。從制造業的角度，這是憑借電子和信息技術實現自動化的第三次工業革命。進入21世紀，互聯網、新能源、新材料和生物技術正在以極快的速度形成巨大產業能力和市場，將使整個工業生產體系提升到一個新的水平，推動一場新的工業革命，德國技術科學院(ACDTECH)等機構聯合提出“第四代工業-Industry 4.0”戰略規劃，旨在確保德國制造業的未來競爭力和引領 工業發展潮流。工業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變，目標是建立一個高度靈活的個性化和數字化產品與服務的生產模式。這是繼機械、電氣和信息技術的前三次工業革命之后物聯網和制造業服務所帶來的第四次工業革命。在這種模式中傳統的行業界限將消失，并會產生各種新的活動領域和合作形式，創造新價值的過程正在發生改變，產業鏈分工將被重組。

2、工業4.0 制造技術

2.1 柔性制造和精益生產技術

工業4.0首先是工業3.0的升級版，傳統的“剛性”自動化生產線升級為柔性制造自動化系統。在工業4.0中，人工智能、專家系統及智能傳感器技術將大規模地應用于柔性制造系統，借助模擬專家的智能活動，取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動，系統能自動監測其運行狀態，在受到外界或內部激勵(制造任務、生產品種或生產環境變化)時能自動調節其參數，以達到 工作狀態，具備自組織能力。此外，供應鏈系統能根據單個需求做出生產配送的響應，傳統的“以產定銷”轉變成“以銷定產”，適應多品種、中小批量生產需求。

工業4.0還將引入精益生產(JIT)方式。企業基于精益制造系統，實時接受來自ERP系統的工單、BOM、制程、供貨方、庫存、制造指令等信息，同時把生產方法、人員指令、制造指令等下達給人員、設備等控制層，通過布置在生產現場的專用設備(PDA智能手機、LED生產看板、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過程進行實時數據采集、控制和監控，再把生產結果、人員反饋、設備操作狀態與結果、庫存狀況、質量狀況等動態地反饋給決策層。決策層通過系統結構、人員組織、運行方式和市場供求等方面的變革，追求生產的合理性和高效性，使生產系統能很快適應用戶需求不斷變化，并能使生產過程中一切無用、多余的東西被精簡，最終達到包括市場供銷在內的生產各方面的 結果。

2.2 云計算和大數據

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

在工業4.0時代，數據中心將成為企業資源共享的大平臺，與生產制造有關的數據源于企業、用于企業，包括文檔、三維模型、工藝條件等數據都能夠通過網絡在任何地方以及任何時間得以獲取和搜集，并有助于實現生產設施網絡化分布。這不僅拉近了企業與客戶間的距離，也提供了企業與企業進行社會化協同制造的機會，實現產品價值鏈的橫向集成。

3、工業4.0 制造裝備

3.1 數控加工柔性智能制造系統

數控機床的制造柔性化、自動化程度不斷提高，從傳統的單機加工、流水線生產逐漸向制造島、自動車間和分布式網絡集成制造系統的方向立體式發展。一方面，機床加工精度更高、速度更快、柔性更好;一方面，制造信息系統集成度更高，數控機床能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯結。在生產制造過程中，數控加工系統通過在線監測過程參數，如切削力、主軸和進給電機的功率、電流等，實時調整主軸轉速、進給速度等工藝參數以及加工指令，并可自動識別電機及負載的轉動慣量，及時優化和調整控制系統參數，從而使設備處于 運行狀態。

隨著人工智能技術的發展，數控機床的智能化程度也在不斷提高，通過集成專家系統，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、要由人工干預才能解決的問題，實現過程自適應、參數自優化、故障自診斷和自修復等功能。具體體現在：為追求加工效率和加工質量的智能化，如自適應控制，工藝參數自動生成;為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、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、智能監控，方便系統的診斷及維修等。 上正在進行研究的智能化切削加工系統很多，其中日本智能化數控裝置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性。

3.2 工業機器人

我國人力成本不斷攀高，產品質量受人力因素干擾大幅上升。工業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，使機器具備各種類人的感覺，如視覺、聲覺、力覺、觸覺等。目前工業應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致的錯誤。

3.3 高度集成智能傳感與無線通信設備的信息物理

系統“智能”是工業4.0的核心，體現在生產數據信息的自識別、自協調和自管理。在這個過程中，及時、準確、可靠的在線傳感與無線通信尤顯重要。

基于物聯網的應用，生產物料和設施設備都承載了各種信息，通過信息物理系統上的傳感裝置對信息的讀取和分析，實現物理對象的實時感知、識別、跟蹤、監測和管理。涉及的傳感裝置有一般傳感器也有智能傳感器，如：二維碼識讀設備、射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、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，二維碼識讀設備的技術參數主要有反射率和條/空寬度的示值誤差、重復性、穩定性，譯碼率等。CCD影像識別裝置的技術參數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4.0信息物理系統網絡里，無線通信和無線移動通信技術被普遍應用，如無線RFid射頻技術、藍牙技術和Wifi技術，主要設備包括信號發生裝置和接收裝置，涉及參數有時間頻率、頻率響應、相位、功率、占空比、靈敏度、調制帶寬、互調衰減、輻射雜散、傳導雜散、電磁兼容性和抗擾性等。

4、結語

德國工業戰略為我們展現了一幅全新的工業藍圖，深入分析其內涵與本質、愿景與要點，我們就可以洞察德國提出工業的目的與戰略意圖。在新的發展背景下，學習借鑒“工業”將信息化的時代特征與我國工業化歷史進程緊密結合起來，把“兩化”深度融合作為主線，以“數字化智能化”作為傳統制造業重構的核心技術，為推動傳統制造業轉型升級注入新的動力，同時，也為我國實現工業生產網絡化、智能化、服務化等創造了有利條件。

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