1、什么是工業(yè)4.0?

1) 工業(yè)4.0起源

“工業(yè)4.0”研究項目由德國政府資助，在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動下形成，并已上升為國家級戰(zhàn)略。其目的是為了提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機(jī)。“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—信息物理系統(tǒng)(Cyber-Physical System)相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。

工業(yè)革命的四個階段

2) 工業(yè)4.0的三個設(shè)想：

產(chǎn)品：集成有動態(tài)數(shù)字存儲器、感知和通信能力，承載著在其整個供應(yīng)鏈和生命周期中所需的必需信息

設(shè)施：由整個生產(chǎn)價值鏈集成，可實現(xiàn)自組織

管理：能夠根據(jù)當(dāng)前的狀況靈活決定生產(chǎn)過程

3) 工業(yè)4.0具有哪些核心特征?

通過價值網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)橫向集成

工程端到端，數(shù)字集成橫跨整個價值鏈

垂直集成和網(wǎng)絡(luò)化的制造系統(tǒng)

4) 工業(yè)4.0下產(chǎn)品特點

產(chǎn)品是信息載體：產(chǎn)品在整個的供應(yīng)鏈和生命周期中都一直帶有自身信息

產(chǎn)品是一個agent：產(chǎn)品會影響其所在環(huán)境

產(chǎn)品具有自監(jiān)測功能：產(chǎn)品會對其自身狀態(tài)和環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測

工業(yè)4.0下產(chǎn)品三大特征

5) 工業(yè)4.0的關(guān)鍵——信息物理融合系統(tǒng)(Cyber Physical System，CPS)：

CPS是一種由嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)組成，計算進(jìn)程和物理進(jìn)程緊密結(jié)合，具備自我感知、自我判斷、自我調(diào)節(jié)、自我控制能力的下一代智能系統(tǒng)。CPS中，計算和通信嵌入物理進(jìn)程中，并與之深度交互，使得物理系統(tǒng)具有新的性能。

Cyber——計算，通控制，離散的，邏輯型的，切換的

Physical——自然的或者信和人工的系統(tǒng)，按連續(xù)時間進(jìn)行操控

信息物理融合系統(tǒng)(Cyber Physical System，CPS)是物理進(jìn)程與計算進(jìn)程的融合，是計算、通信和控制的深度融合。

智能交通CPS

6)工業(yè)4.0的兩大主題：

智能工廠：重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)。

各個工廠將具備統(tǒng)一的機(jī)械、電器和通信標(biāo)準(zhǔn)。以物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，配備有感測器、無線和RFID通信技術(shù)的智能制造設(shè)備可以對生產(chǎn)過程進(jìn)行智能化監(jiān)控。由此，智能工廠能夠自行運(yùn)轉(zhuǎn)，且工廠間零件與機(jī)器可以相互交流。

下載量身定制的用戶界面

面向智慧工廠的室內(nèi)精確定位

智能生產(chǎn)：主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。

它把制造自動化的概念更新，擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。與傳統(tǒng)的制造相比，智能生產(chǎn)具有自組織和超柔性、自律能力、學(xué)習(xí)能力和自維護(hù)能力、人機(jī)一體化、虛擬實現(xiàn)等特征。

智能輔助系統(tǒng)可以把工人從單調(diào)、程式化的工作中解放出來，使其能夠?qū)⒕性趧?chuàng)新和增值業(yè)務(wù)上。

機(jī)器人不再被固定在安全工作地點而是與人一起協(xié)同工作，新一代輕量化，靈活的機(jī)器人與人類在智能工廠一起協(xié)同工作

DFKI德國人工智能研究中心研發(fā)的抽象產(chǎn)品記憶系統(tǒng)用于自適應(yīng)抓取和智能產(chǎn)品裝配機(jī)器人利用左手內(nèi)部天線從產(chǎn)品內(nèi)存中讀取尺寸、重量和加持點，同時機(jī)器人能夠從信息物理系統(tǒng)中獲得產(chǎn)品裝配說明書

結(jié)論

“工業(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強(qiáng)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)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。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。

當(dāng)前，中國的制造業(yè)面臨十分嚴(yán)峻的考驗。長期以來，高投入、高消耗、高污染的生產(chǎn)模式已無法延續(xù)。為了提升競爭力，保持可持續(xù)發(fā)展，必須采用信息物流系統(tǒng)(CPS)、物聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)網(wǎng)技術(shù)，向智能、綠色和高效的智能工廠轉(zhuǎn)型升級。新一代智能工廠系統(tǒng)要求傳統(tǒng)的工業(yè)自動化技術(shù)必須向新一代信息與通信技術(shù)開放。自動化技術(shù)應(yīng)該轉(zhuǎn)換其研究聚焦點，從在各個獨立的學(xué)科(如分散系統(tǒng)或通信)開展?jié)u近的局部改善性研究，走向整體系統(tǒng)功能的再工程化研究。

未來工業(yè)4.0的發(fā)展趨勢：

多品種小批量智能產(chǎn)品的高精度卓越品質(zhì)生產(chǎn)是未來像德國一樣成功經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢。

80%制造創(chuàng)新基于信息通信技術(shù)，通過信息通信技術(shù)實現(xiàn)了智慧工廠、綠色和城市生產(chǎn)。

第四次工業(yè)革命將基于信息物理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)服務(wù)，它將產(chǎn)生大量的大數(shù)據(jù)流，這些大數(shù)據(jù)能夠被搜集和分析用于指導(dǎo)高效高品質(zhì)生產(chǎn)。

基于信息物理系統(tǒng)的工業(yè)輔助系統(tǒng)能夠支持、幫助和培訓(xùn)智慧工廠的下一代工人。

多通道增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)能夠允許個性化的工作流程和快速學(xué)習(xí)新產(chǎn)品工藝。