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  來源：《今日自動化》，2013年4月

  “工業(yè)4.0”是2013漢諾威國際工業(yè)博覽會上的最大熱詞。這項由德國聯(lián)盟教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部聯(lián)手推動的戰(zhàn)略性項目，被看作是提振德國制造業(yè)的有力催化劑，也被認為將是全球制造業(yè)未來發(fā)展的方向。

  本篇文章來自于《今日自動化》記者在2013漢諾威國際工業(yè)博覽會上獲取的一份資料，是關(guān)于工業(yè)4.0報告的概要部分。對于工業(yè)4.0的概念、特征進行了一定闡述。

  國內(nèi)對于工業(yè)4.0這一概念還鮮有報道，因此譯出，供對此感興趣的讀者參考。

  德國制造工業(yè)是世界上最具競爭力的制造工業(yè)之一，在全球制造裝備領(lǐng)域擁有領(lǐng)頭羊的地位。這在很大程度上源于德國專注于創(chuàng)新工業(yè)科技產(chǎn)品的科研和開發(fā)，以及對復(fù)雜工業(yè)過程的管理。德國擁有強大的設(shè)備和車間制造工業(yè)，在世界信息技術(shù)領(lǐng)域擁有很高的能力水平，在嵌入式系統(tǒng)和自動化工程方面也有很專業(yè)的技術(shù)，這些因素共同奠定了德國在制造工程工業(yè)上的領(lǐng)軍地位。在挖掘新型工業(yè)化的潛能方面，德國將獨一無二地開啟一個新的工業(yè)時代：工業(yè)4.0。

  前三次工業(yè)革命的到來造就了機械、電氣和信息技術(shù)。如今，物聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)服務(wù)正宣告著第四次工業(yè)革命——工業(yè)4.0的到來。在未來，廠商們將以“信息物理系統(tǒng)”（Cyber-Physical Systems：CPS）為框架建立包含其設(shè)備、倉儲系統(tǒng)和工業(yè)產(chǎn)品的全球性網(wǎng)絡(luò)。在制造業(yè)領(lǐng)域，CPS包含能夠獨立交換信息的小型智能機械、存儲系統(tǒng)和高效的產(chǎn)品設(shè)備，他們能夠獨立地完成運作和互相控制。隨著CPS的設(shè)備基礎(chǔ)改進到涉及制造、工程、材料使用和供應(yīng)鏈以及生命周期管理的工業(yè)工序，智慧工廠似乎已經(jīng)開始使用一種全新的途徑來生產(chǎn)產(chǎn)品了。智能產(chǎn)品的特征十分明顯，它們總是被投以關(guān)注的目光，我們都知曉它的發(fā)展歷程，也了解它的當前狀況，同時我們也了解它實現(xiàn)的方式。當指令經(jīng)過CPS系統(tǒng)時，縱向需要經(jīng)過工廠和公司的商業(yè)流程，橫向則連接了可以實時管理的衍生價值體系，這兩方面共同構(gòu)建了嵌入式制造的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。此外，每一條指令都需要流經(jīng)過程鏈條中的每一個環(huán)節(jié)。

  工業(yè)4.0擁有巨大的潛力。智慧工廠讓用戶的個性定制化需求得以滿足，這就意味著，即使是一次性的產(chǎn)品也可以通過頗具收益的方式制造出來。在工業(yè)4.0中，對供應(yīng)商而言，動態(tài)商業(yè)模式和工程流程使生產(chǎn)和交付變得更加靈活，而且對于生產(chǎn)中斷和故障可以靈活反應(yīng)。現(xiàn)在工業(yè)制造在制造流程中已經(jīng)能夠提供端到端的透明化，以促進選擇決策的制定。工業(yè)4.0將會發(fā)掘出創(chuàng)造價值的新方法，開發(fā)出商業(yè)新模型。特別需要說明是，工業(yè)4.0還將給新興公司和小型投資者的發(fā)展帶來契機，下游的服務(wù)也將從中受益。

  此外，工業(yè)4.0將致力于解決當今世界遇到的一些挑戰(zhàn)，比如資源效率、城鎮(zhèn)化和人才結(jié)構(gòu)調(diào)整等。工業(yè)4.0能夠持續(xù)帶來覆蓋整個價值網(wǎng)絡(luò)的資源生產(chǎn)率和效率的增益。同時能夠?qū)⑷丝诮Y(jié)構(gòu)變動和社會因素考慮在內(nèi)，并設(shè)定合適的方式來組織生產(chǎn)。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。在關(guān)于熟練工短缺的問題上，工業(yè)4.0允許高齡的工人延長他們的工作生涯，使他們能夠長時間地保持生產(chǎn)力。靈活的工作組織形式使得工人們能夠更好地整合他們自己的工作，私人生活和持續(xù)的職業(yè)生涯發(fā)展將變得更有效率，可以說，工業(yè)4.0為工作和生活找到了一個更好的平衡點。

   制造業(yè)工程領(lǐng)域的全球化競爭變得愈加激烈，德國并不是唯一一個在制造業(yè)部署物聯(lián)網(wǎng)和行業(yè)服務(wù)的國家。而且，并不是只有亞洲的很多競爭對手對德國造成了威脅，遠在大洋彼岸的美國也在通過程序提升“先進制造業(yè)”來采取措施反對“限制工業(yè)化”。

   為了實現(xiàn)工業(yè)制造到工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)變，德國需要實現(xiàn)一項雙重策略。不僅應(yīng)該一如既往地把“信息和通訊科技”和“自身的傳統(tǒng)高科技策略”進行整合，以努力成為智能制造科技的主要供應(yīng)商，尋求穩(wěn)固自身在全球市場的領(lǐng)導(dǎo)地位。同時，還應(yīng)創(chuàng)造并服務(wù)于CPS科技和產(chǎn)品。

  為了達成這個雙重要求，以下幾個工業(yè)4.0的特征應(yīng)該被執(zhí)行：

⑴ 橫向集成需要通過價值網(wǎng)絡(luò)

⑵ 端到端的工程立體集成橫跨整個價值鏈

⑶ 垂直集成和網(wǎng)絡(luò)化的制造系統(tǒng)

   通向工業(yè)4.0之路將會要求德國在研發(fā)上投入巨大的精力，為了實現(xiàn)雙重策略，所進行的研究首先必須實現(xiàn)“制造系統(tǒng)的水平和垂直集成”和“工程上端到端的集成”。此外，出于對工業(yè)4.0系統(tǒng)的要求和CPS科技持續(xù)發(fā)展的目的，在工作場所中新的社會基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)該得到更多關(guān)注。

  如果工業(yè)4.0被成功實現(xiàn)，研發(fā)也需要與之適應(yīng)的工業(yè)化政策的支持。為此，以下8個領(lǐng)域需要進一步改進：

標準化和參考架構(gòu)

  工業(yè)4.0將會涉及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的設(shè)計并通過價值網(wǎng)絡(luò)集成幾家不同的公司。如果一攬子共同標準得以實現(xiàn)，這種合作伙伴關(guān)系將成為可能，而且需要一個參照架構(gòu)來為這些標準提供描述并促進標準的實現(xiàn)。

  復(fù)雜系統(tǒng)的管理

   制造系統(tǒng)正在日益變得復(fù)雜，適當?shù)挠媱潯⒚枋龊驼f明模型可以為這些復(fù)雜系統(tǒng)提供管理基礎(chǔ)。工程師們應(yīng)該為了發(fā)展這些模型而進行更多的方法創(chuàng)新和工具應(yīng)用。

  一套綜合的工業(yè)基礎(chǔ)寬帶設(shè)施

   毋庸置疑，綜合并高質(zhì)量的通訊網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)4.0的關(guān)鍵要求。無論是在德國國內(nèi)，還是在德國與其他合作國家之間，寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施也因此需要進一步的、大規(guī)模的拓展。

  安全和安保

  安全和安保是智能制造系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。保障設(shè)備和產(chǎn)品自身不會引起使用者的危險，也不會對環(huán)境造成污染十分重要。同時，設(shè)備和產(chǎn)品中包含的信息特別需要被保護，以防止這些信息被濫用或者在未被授權(quán)的情況下使用。這將對安全和安保的架構(gòu)和特殊識別碼的集成調(diào)用產(chǎn)生更高的要求，同時相關(guān)的培訓(xùn)和職業(yè)生涯的持續(xù)發(fā)展規(guī)劃也要得到加強。

  工作的組織和設(shè)計

  在智慧工廠里，雇員的角色將會發(fā)生引人注目的改變。越來越多的實時導(dǎo)向性控制將會讓工作內(nèi)容、工作流程和工作環(huán)境發(fā)生轉(zhuǎn)變。針對組織工作的社會科技的實現(xiàn)將會給工人提供承擔(dān)重大責(zé)任和加強個人發(fā)展的機會。當上述內(nèi)容成為現(xiàn)實，進行合作的工作設(shè)計和職業(yè)生涯的學(xué)習(xí)途徑對于啟動參照模型課題將變尤為必要。

  培訓(xùn)和持續(xù)性的職業(yè)發(fā)展

  工業(yè)4.0將從根本上改變工人們的工作和職業(yè)訴求。實施適合的培訓(xùn)策略并用培養(yǎng)學(xué)習(xí)的方式組織工作也因此而變得非常必要，可以借此實現(xiàn)“活到老學(xué)到老”和基于工作地點的廣泛的個人發(fā)展。為了達成這項目標，模型課題和“最好的實用網(wǎng)絡(luò)”應(yīng)該被進一步開發(fā)和提升，立體學(xué)習(xí)技術(shù)也應(yīng)該投入研究。

  規(guī)章制度

  在工業(yè)4.0下建立新的制造流程和水平的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時必須遵守法律，而已存在的立法也同樣需要在必要時考慮創(chuàng)新對法律帶來的影響。面臨的挑戰(zhàn)包括合作信息的保護、責(zé)任議題、管理私人信息和貿(mào)易限制等。這將不僅對立法，也對其他代表商務(wù)行為的活動提出了要求——制度將作為一個涵蓋面廣泛的適用工具而存在，其中的內(nèi)容條款包括指導(dǎo)方針、標準合同和公司集體協(xié)議，或者如審計類型的自律行為。

  資源效率

  除高花費以外，僅是制造工業(yè)在原材料和能源上的消費便已足夠引起一系列關(guān)于環(huán)境與安全的探討。工業(yè)4.0將會使得從原材料變?yōu)楫a(chǎn)品的過程更加多產(chǎn)和高效。企業(yè)將會權(quán)衡“投資在智慧工廠中的額外資源”與“帶來的潛在節(jié)約”之間的利弊，這對企業(yè)將非常必要。

  通向工業(yè)4.0的路將會是一段革命性的進展。現(xiàn)有的基礎(chǔ)科技和經(jīng)驗將不得不為了適應(yīng)制造工業(yè)中的特殊設(shè)備而進行改變和革新，而且對于新地域和新市場的創(chuàng)新解決方案將不得不重新探索。一旦這些革新被成功實現(xiàn)，工業(yè)4.0將會使德國在繼續(xù)保持國內(nèi)制造工業(yè)發(fā)展的前提下再次提升它的全球競爭力。

   “工業(yè)4.0”的現(xiàn)實意義

  18世紀60年代，珍妮紡紗機的發(fā)明和應(yīng)用奏響了工業(yè)革命的序曲。1968年，第一臺PLC誕生，以數(shù)控和PLC為代表的自動化技術(shù)在接下來的40余年間取得了飛速的發(fā)展。若不是“工業(yè)4.0”概念的橫空出世，也許我們還不會切身地感受到一個新的工業(yè)時代正悄然到來。在剛剛結(jié)束的2013漢諾威國際工業(yè)博覽會上，最大的亮點莫過于此。本刊也在第一時間將展會上關(guān)于“工業(yè)4.0”的第一手資料進行編譯，通過微博等網(wǎng)絡(luò)途徑進行了首發(fā)，同時本期雜志的“變革與趨勢”欄目也對“工業(yè)4.0”這一國內(nèi)鮮有報道的概念進行了整理與解讀。

   有人說，“工業(yè)4.0”的最大特征就是“實現(xiàn)智慧、綠色、城市化制造”，這在資源、效率等矛盾不斷凸顯與深化的新工業(yè)時期顯得更加突出。如何更好地挖掘新型工業(yè)化的潛能這一問題不僅僅是歐美等工業(yè)發(fā)達強國需要思考的問題，同樣也是迅速崛起的中國工業(yè)市場所必須面對的現(xiàn)實。

  正處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)型期的中國制造業(yè)如今雖然握有城鎮(zhèn)化、工業(yè)化等長期的發(fā)展良機，但是也在面臨著諸多挑戰(zhàn)，如原材料與人工成本的逐年上升以及資源的制約。有專家指出，用戶的需求和工業(yè)的創(chuàng)新將引領(lǐng)制造業(yè)的升級，此外，IT、通信、自動化技術(shù)將繼續(xù)推動制造業(yè)的創(chuàng)新進程。面對更加個性化、多品種、小批量、環(huán)保綠色、節(jié)能等市場需求，制造業(yè)勢必要通過更高的制造效率、更強的柔性、更低的生命周期成本來迎合市場的變化。

  在這樣的形勢下，曾經(jīng)彼此分離的工業(yè)工程、自動化與IT技術(shù)正在相互融合，裝備全生命周期與企業(yè)價值鏈的結(jié)合程度更加緊密。中國科技自動化聯(lián)盟曾在2012年首次定義了“智慧工廠1.0”的觀念，其中許多的觀點與“工業(yè)4.0”的諸多特征不謀而合，比如從機械剛性的慢節(jié)奏向電子軟件信息和互聯(lián)網(wǎng)的柔性快節(jié)奏轉(zhuǎn)變、從封閉自主和一體化向開放協(xié)作和網(wǎng)絡(luò)化組織轉(zhuǎn)變等趨勢。

  因此，“工業(yè)4.0”的現(xiàn)實意義并不在于其概念本身，而是在于其帶來的技術(shù)與理念的變革。國內(nèi)制造業(yè)從中汲取到的不僅僅是提升兩化融合、加速轉(zhuǎn)型升級的“養(yǎng)分”，更包含了強化管理、創(chuàng)造商機的“良方”。