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工业4.0为我们带来哪些革命

工业4.0简介

“工业4.0” 研究项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成，并已上升为国家级战略。德国联邦政府投入达2亿欧元。

德国政府提出“工业4.0”战略，并在2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出，其目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。 该战略已经得到德国科研机构和产业界的广泛认同，弗劳恩霍夫协会将在其下属6－7个生产领域的研究所引入工业4.0概念，西门子公司已经开始将这一概念引入其工业软件开发和生产控制系统。

工业4.0内涵

“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。

德国学术界和产业界认为，“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—信息物理系统（Cyber-Physical System)[2] 相结合的手段，将制造业向智能化转型。

“工业4.0”项目主要分为两大主题，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。该计划将特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。

工业4.0目标

德国制造业是世界上最具竞争力的制造业之一，在全球制造装备领域拥有领头羊的地位。这在很大程度上源于德国专注于创新工业科技产品的科研和开发，以及对复杂工业过程的管理。德国拥有强大的设备和车间制造工业，在世界信息技术领域拥有很高的能力水平，在嵌入式系统和自动化工程方面也有很专业的技术，这些因素共同奠定了德国在制造工程工业上的领军地位。通过工业4.0战略的实施，将使德国成为新一代工业生产技术（即信息物理系统）的供应国和主导市场，会使德国在继续保持国内制造业发展的前提下再次提升它的全球竞争力。

其它报道：

新华网8月26日电（记者 黄浩）目前互联网已经成为推动产业变革的催化剂，继零售业、金融业之后，现在制造业正迎来新的革命，即通过互联网等网络技术实现网络制造和智能制造。工业和信息化部电信研究院院长曹淑敏表示，这一轮工业革命的本质是智能制造，工业开始向效率更高、更精细化的方向发展。

   记者了解到，目前比较典型的案例是美国在2012年2月发布的工业互联网战略，曾在产业界引起非常大的反响，该战略的核心内容是CPS（信息供应网络），其技术模型是互联网技术加上大数据、云计算、宽带网络等等，通过在制造领域不同环节植入不同的传感器进行实时感知，收集数据，再通过这些数据实现对工业环节的精确控制，达到效率提升的目的。

   无独有偶，8月20日，德国联邦政府内阁通过了《数字议程2014-2017》，旨在通过加强数字技术设施建设，助推经济增长，并以此为工业体系建设提供动力。对于新的工业体系，德国政府将其命名为工业4.0。

   目前GE、西门子等企业内部已经有了一些互联网与工业融合的实践，比如GE在其电池工厂，在生产线环节，通过实时数据采集、数据高速传输，数据集中处理，把处理后的信息进行反馈，用这些结果反过来再去调配资源，达到及时跟踪生产信息，降低故障率、提高效率的效果。

   更为关键的是，标准化已经成为工业互联网融合发展的重要推手。曹淑敏表示，去年美国国家标准研究院牵头组织美国产业界制定了工业互联网的标准架构，将产业领域标准变成全美的公共标准。今年3月，由GE、思科、IBM等十家企业组建了工业互联网联盟，形成了从政府到产业界的联动格局。

   曹淑敏指出，中国作为仅次于美国的第二大互联网产业强国，工业互联网发展前景广阔。未来，中国互联网与工业的融合将主要集中在供应链整合、需求定制化、产品服务化、碎片化生产、制造资源的云化等领域。同时，随着互联网的融合，工业的含义已经发生了根本性变化，它会重塑互联网生产的全生命周期，从产品的设计、研发、生产制造、销售、服务逐渐构成闭环，进而构成新的产业模式。不过，她也指出，目前中国的工业互联网刚刚起步，深度和广度有限。因此，她呼吁尽快构建中国国家互联网与工业融合发展的总体战略。

智能制造：两化深度融合大趋势

近日，工业和信息化部部长苗圩作“推进信息化和工业化融合，打造中国制造业升级版”的主旨报告，从制造业新趋势、两化融合、创新驱动三个方面论述中国制造业升级路径。两院院士、中国机械工程学会荣誉理事长路甬祥发表了《网络智能制造——中国制造的未来》主旨演讲，中国工程院院长、中国机械工程学会理事长周济在《制造业数字化智能化与“中国制造2025”》的报告中，明确了中国制造业升级的阶段性使命。德国机械设备制造业联合会电子自动化分会董事总经理Rainer Glatz等海内外业界专家学者应邀出席，并围绕工业4.0、未来工业智能制造等热点话题发布了精彩报告。    当天上午，中国北方市场最具影响力的北京国际工业智能及自动化展览会在北京展览馆隆重开幕。德国展团此次也带来了汉诺威工业博览会上的最新产品与技术，向展会观众实物展示未来工厂智能化的发展趋势和解决方案。信息网络技术推动制造业革命    众多专家学者指出，当前，全球正出现以信息网络、智能制造、新能源和新材料为代表的新一轮技术创新浪潮。苗圩认为，无论是产业界还是理论界都有一个共识，即变革的核心是信息网络技术的应用。    信息技术特别是互联网技术发展正在对传统制造业的发展方式带来颠覆性、革命性的影响。信息网络技术的广泛应用，可以实时感知、采集、监控生产过程中产生的大量数据，促进生产过程的无缝衔接和企业间的协同制造，实现生产系统的智能分析和决策优化，使智能制造、网络制造、柔性制造成为生产方式变革的方向。从某种程度上讲，制造业互联网化正成为一种大趋势。比如德国提出的工业4.0计划，其核心是智能生产技术和智能生产模式，旨在通过“物联网”和“务（服务）联网”，把产品、机器、资源、人有机联系在一起，推动各环节数据共享，实现产品全生命周期和全制造流程的数字化。信息网络技术与传统制造业相互渗透、深度融合，正在深刻改变产业组织方式，加速形成新的企业与用户关系。一是由大规模批量生产向大规模定制生产转变。二是由集中生产向网络化异地协同生产转变。三是由传统制造企业向跨界融合企业转变。    苗圩强调，当前，随着信息网络技术在制造业领域的广泛渗透，及其带来的工业互联网、工业云等一大批新的生产理念，制造业互联网化呈现出智能产品、众包设计、智能制造、在线服务以及基于互联网的新型商业模式等几大鲜明特征。比如在智能产品方面，互联网技术、人工智能、数字化技术嵌入传统产品设计，使产品逐步成为互联网化的智能终端。特斯拉被誉为“汽车界的苹果”，它的成功不仅仅是电池技术的突破，更得益于将互联网思维融入了汽车制造。特斯拉对自己的核心定位不是电动车，而是一个大型可移动的智能终端,具有全新的人机交互方式，通过互联网终端把汽车做成了一个包含硬件、软件、内容和服务的体验工具。在商业模式创新方面，近年来全球涌现出一批基于互联网应用的新型企业，凭借新的商业模式对传统市场形成了很大冲击。中国的小米手机运用互联网思维，依靠个性化定制、供应链整合及饥渴营销等新商业模式，在很短时间内获得了巨大成功，创业三年来，销售额从2011年的5亿元增长到2013年的316亿元，年均增速接近700%。智能制造的“智能”依靠网络支撑    2013年4月的汉诺威工业博览会上，德国政府正式提出了工业4.0战略，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，以提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。作为世界工业发展的风向标，德国工业界的举动深深影响着全球工业市场的变革。    在中国，已经出台的“智能制造科技发展‘十二五’专项规划”中，明确表示要大力发展智能制造，在信息化和自动化的基础上，将专家的知识不断融入制造过程以实现设计过程智能化、制造过程智能化和制造装备智能化，实现拟人化制造，目的是使制造过程具有更完善的判断与适应能力，提高产品质量、生产效率，并将显著减少制造过程物耗、能耗和排放。中国工业与德国工业在发展上的高度一致性，给自动化厂商提供了良好的市场表现机会。    位于德国安贝格的西门子电子车间就是智能工厂的典范。智能机器负责协调该公司的Simatic控制设备的生产和全球分销，这一接单生产的定制流程涉及每年5万余种产品的逾16亿个部件：为了制造这家工厂的950种产品，西门子向全球250家供应商采购约1万种原材料。这个生产流程的复杂性远远超出了传统工厂的能力范围，但却保证了每100万件产品中次品只有大约15件，庞大生产线的可靠性达到99%，追溯性更是高达100%。西门子智能工厂的秘诀，就是建立起一个紧密结合的技术网络，这些技术相互整合，共同组成一个更智能、更高效的整体。    因最近的一篇重磅报告《工业互联网：打破智慧与机器的边界》，通用电气公司成了智能工厂讨论的焦点。报告认为，高度互联的工业运营网络结合了两大颠覆性革命的最新成果，一方面是源自工业革命的无数机器、设施、车队和网络，另一方面是互联网革命带来的计算、信息和通信系统等方面最近取得的迅猛进展。结果是带来了新一轮工业革命，由此打开了一片新天地，“这有望为全球经济带来10万亿美元到15万亿美元的产值”。    物联网是智能制造的一个重要领域。近年来，中国在物联网高端传感器、芯片、通信协议等领域取得了一批创新成果，在交通、物流等领域的应用示范扎实推进，逐步探索出了一条两化融合的重要实现路径。棉纺企业江苏无锡一棉利用物联网监测监控生产过程，把公司成品、生产过程、环境、安全、电能五个方面数千台（套）设备组成网络，并和企业局域网、互联网、移动网融合，实现了管控一体化。    对于大型装备制造、冶金工业、石油化工、汽车、医药等国家重点行业企业，普遍面临人力成本和生产成本上升的困难，迫切需要普及深化工业自动化技术。克莱德贝尔格曼华通研发中心副总工程师孔祥云等表示，现代化工业生产中不同层面的先进产品技术以及应用解决方案在中国市场的需求越来越大。两化深度融合呈四大新方向    面对以信息网络技术创新引领的智能化制造新趋势，大力推进两化深度融合成为打造中国制造业升级版的必然选择。苗圩提出，要抓好建设和推广企业两化融合管理体系标准、全面提升工业智能化水平、推动信息网络技术与制造业深度融合、加强两化融合支撑能力建设等四项重要工作。    由于我国传统产业领域企业信息化水平不高、流程管理缺位、关键能力不足等问题，亟须制定企业两化融合管理体系，引导企业提升信息化管理水平。2014年，工信部将选择500家企业开展企业两化融合管理体系的国家标准贯标试点，争取年内200家以上企业基本达标，并不断验证和完善两化融合推进机制。    推进两化融合，运用信息技术改造提升传统产业是重点方向，要深化信息技术在研发设计、制造、管理、营销等全流程和全产业链的集成应用。对大企业，重点是围绕设计、制造、营销等环节，深化信息技术的集成应用，提高生产设备、生产过程、制造工艺智能化水平，加快工业机器人、增材制造等先进制造技术在生产过程中的应用，培育数字化车间、智能工厂，推广智能制造生产模式。对中小微企业，重点是进一步完善面向中小微企业的信息化服务体系，解决中小微企业在技术创新、企业管理、市场开拓、投资融资、人才培养、信息咨询等方面存在的突出困难，降低中小微企业信息化应用门槛，提高中小微企业信息化应用能力和水平，增强中小微企业发展活力。    以互联网思维创新工作思路和机制，推动互联网与制造业深度融合。一是推动物联网、大数据技术在工业领域的集成创新和应用。二是推进制造方式的互联网化。三是鼓励制造业创新销售和服务模式。    苗圩指出，推进两化融合，网络是基础。中国已建成全球最大的信息通信网络，固定电话用户、移动电话用户、互联网网民人数均已居世界第一，但宽带网络建设整体水平不高，与发达国家相比仍有较大差距。工信部将大力实施“宽带中国”战略，加快信息网络宽带化升级，推动新一代移动通信发展，全面推进三网融合，着力构建宽带、融合、安全、泛在的国家信息基础设施。推进两化融合，产业是支撑。要加快提升现代信息技术产业支撑能力，突破高端芯片、新型显示、关键电子元器件等核心关键技术，大力发展应用电子和工业软件，支持云计算、物联网等新一代信息技术研发和产业化，鼓励智能终端产品创新发展，增强信息产品供给能力。同时，要高度重视网络信息安全问题，不断增强两化融合形势下网络信息安全保障能力。

第四次工业革命对软件供应商的要求

“工业4.0”是联邦政府的一项未来高科技战略项目，有趣的是“工业4.0”是德国创造的一个新名词，它指的是第四次工业革命的方法路线，主要通过对产品、生产设备和控制系统进行IT联网实现。就此而言，我们还处于这一新纪元的最早期。

   “工业4.0”蕴含哪些潜在的机会？具体有哪些项目？

   首先最重要的是保障德国经济地位的领先，新的变革不仅要为我们的重要产业如机械制造和汽车制造提供巨大的机会，还要为本土的IT行业创造机会。由于不断增加的产品个性化需求加大了生产流程的复杂性，这种复杂性是未来必须解决的问题。一个强大的实体经济会受益于IT技术也会推动IT的发展，两者的结合会带给德国全新的竞争优势！

   但是，现在项目的绊脚石在哪里？

   “工业革命”始终是指一个时代，而非一个具体的日期。它的周期正在逐渐缩短，但这次革命最终涉及到的是资本货物市场的突破性变革和长期的项目研究应用。符合“工业4.0”要求的企业战略不仅包含传统IT解决方案，尤其还包括自动化技术和生产技术以及增值供应链上的所有的控制系统。另外要彻底地重新评估生产过程中的各系统间的相互影响，这里接口、协议和物理传输路径的标准化起着关键作用。对于中等规模的企业来说，采用小步骤策略实施是比较合理的，以避免项目过大造成实施彻底失败。

   “工业4.0”与MES市场有哪些关联？

   “工业4.0”显然与MES有着关联，因为MES中的系统直接作多工人已经从生产的高度集成，传感器的高检测性和多样性中受益（例如通过中央生产控制系统进行实时控制）。这里要谈的是横向的集成和集成的数据管理，关于智能工厂，现在的问题是要进一步增强与设备的通信，除了传统机器数据之外，还要将能源消耗、负载的分配数据纳入计算之中。现代化的系统主要以自动方式采集生产数据；手动流程将逐步被自动控制系统取代。在定义未来的MES解决方案时“互联网服务”起着重要的作用。

   中等规模的企业用户对这个议题的认识程度是怎样的？

   如今企业的合作和联网应用已经经很普及，并得到现代化的ERP系统或通信平台的支持。这些系统不仅适用于企业范围内的通信也能够集成到跨企业的生产网络中。用户在工厂执行生产计划时，智能计算法则会根据不同的标准帮助优化计划顺序。库存管理和预测技术避免在企业日常工作中出现浪费现象，就技术方面而言，如今许多技术都可以实现，但其中大部分的技术只实现了一部分而已。尤其是在高收入国家，生产的压力与日俱增。众所周知，企业只有在生产中更加灵活且快速地响应产品的变更或满足市场需求，才能获得持续的成功。当然实现这点是一条漫长的道路。

   “工业4.0”为供应商和用户提出了哪些技术方面和组织方面的要求？

   作为软件供应商，我们必须更加开放，设立新的标准或者是遵从行业标准。由于数据交换层尤其是数据量方面在急剧增长，此外系统用户数也在增长，这就需要新的功能和系统的应用。反过来，用户必须跨企业和跨部门考虑应用的需求，推动协作式工作方式。无论是生产技术还是IT解决方案，依赖于技术将是“工业4.0”项目执行的关键因素，这里关注的不仅是项目的合理性，还有在相同资源情况下提高发货的速度，增加产品的产出量。如果企业没有转型到这条道路上，就无法在欧洲制造业中获得长期的竞争。

   将生产工厂和生产计划系统转型到 "4.0" 需要的时间和投入？

   没有哪一家中型企业能“重拳出击”在资金或能力方面能支撑起如此大的项目。但在许多企业中已经具备了很好的前提条件，可采用小步实施的方式向集成化工业迈进。现代化的ERP架构，已经实现了与采购和市场的集成。

   在“4.0”中如何保证把端到端的MES集成到业务和生产流程中？

   如今，系统之间的界限越来越淡化。PSIPENTA作为ERP 和MES 系统供应商追求的是工业的高度集成，在亚琛研发项目WInD中致力于实时生产系统接口的标准化研究。总体上来讲系统功能在逐渐改变，不再根据使用目的或任务对系统进行简单的分类，而是将覆盖业务和生产控制的各个方面，使其更加全面化。利用标准也很关键，因为智能工厂系统对系统模块的集成和通信能力提出了最高的要求。

   “移动”扮演着怎样的角色？

   从生产流程中获取的信息也将更加具有移动性，这里指的是通过“智能产品”控制生产技术，能够独立登录到设备并且发送工艺信息。智能传感器和执行器能够采集生产数据并直接干预生产流程，移动系统也支持任意位置的人员操作或修正。