工业4.0:智能工厂的黎明
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  整洁、光亮的未来工厂在静悄悄地高效运转,智能机器彼此协作,并与一支技术娴熟的全球工作团队相配合,他们不仅可以与工业生产链上下游的每一个环节智能互联,还能与客户直接沟通,满足各种多元化、个性化的产品需求;如果需要,所有生产过程中的数据都将被搜集,情报分析系统和各种动态系统也将完美结合,信息与生产的互联网络在这里实现真正的价值。

  这个梦想尽管令人惊奇,但与现实的距离却比我们想象得要近得多。关注国外科技战略的中国科学信息技术研究所战略研究中心副研究员刘润生说。据他介绍,位于德国安贝格的西门子电子制造厂恰似这个梦境,深刻地展现数字化的魔力:这座完美的高技术工厂占地1万多平方米,以数字方式高效奇妙地运转。其照单生产的定制生产过程涉及16亿个零部件,每年生产5万多种型号的产品。西门子公司向250家供应商采购大约1万种材料,在这家工厂生产出950种不同产品。

  事实上早在2011年,以西门子为代表的德国先进制造厂商便联合德国工程院、弗劳恩霍夫协会等学界倡导了工业4.0(industry4.0)概念。刘润生告诉科技日报记者,他们认为,18世纪引入机械制造设备的工业是1.0时代,20世纪初的电气化大规模生产是2.0时代,20世纪70年代开始的信息化是3.0时代,现在正在进入工业4.0时代,即以信息物理融合系统为基础的智能化、网络化的工业时代。

  这个概念描述了由集中式控制向分布式增强型控制的基本范式转变,目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化产品与服务的生产模式。刘润生说。

  接下来的一段时间里,来自产业界和学界的声音愈加强烈,直至2012年,德国联邦教研部与联邦经济技术部联合将工业4.0列入《高技术战略2020》的十大未来项目之一,以支持工业技术领域新一代关键技术的研发与创新。他们坚信,创造新价值的过程会由此发生改变,产业链分工将被重组。

  为推动工业4.0的实现,德国机械及制造商协会、德国信息技术、通讯与新媒体协会、德国电子电气制造商协会合作设立了工业4.0平台。2013年4月,德国工程院向德国政府提交了工业4.0工作组的最终报告《保障德国制造业的未来关于实施工业4.0战略的建议》。这份报告明确提出了德国向工业4.0转变需要采取双重策略,即德国要成为智能制造技术的主要供应商和cps技术及产品的领先市场。刘润生说。

  所谓cps,是cyber-physical systems的缩写,意为信息物理融合系统,也是实现工业4.0最核心的技术,它是把计算与通信深深地嵌入实物过程、与实物过程密切互动,从而给实物系统添加新的能力。刘润生说,基于这项技术,生产和服务方式将得到进一步进化,通过传感网,虚拟空间的高级计算能力将与现实世界紧密相连,从而在生产制造过程中,采集并分析与设计、开发、生产有关的所有数据,形成可自律操作的智能生产系统这就是工业4.0时代下的智能工厂。

  不过,cps技术并非只受到德国人的青睐,据刘润生介绍,美国早在2006年2月发布的《美国竞争力计划》就将cps列为重要的研究项目,而近年来cps一直是美国政府先进制造领域和信息技术领域的研发重点。企业方面,美国工业巨头通用电气公司力推其所谓的工业互联网,其实质也是注重数字网络世界与机器世界的深度融合。该公司于2012年还发布报告《工业互联网:突破智慧和机器的界限》,大举开展概念和品牌营销攻势。刘润生说,而今年3月,att、思科、通用电气、ibm和英特尔五家业界巨头还创建了工业互联网联盟,目前其成员已经发展到了90个。

  生产率增长的时代远未过去。通用电气公司首席执行官杰夫伊梅尔特(jeffimmelt)如是评价日益升温的智能生产时代,所有工业公司都不再等同于大铁箱,崭新的制造方式将紧紧围绕着我们的产品,数据和软件相连,实时做出分析与判断。工业正在前进,这绝不是什么遥远的未来,这已经是今日的现实。

  数字世界与现实世界的融合真的可以使经济发展进入新的阶段?这听上去足以让工业4.0值得期待。刘润生说:它不仅为制造业提供了巨大机遇,还为工业流程和工业服务创造了新机遇;而工业4.0的概念从传统的制造强国德国起步,某种意义上来说也进一步强化了德国制造这个品牌。

  不过,工业4.0最深层的内涵依然在于对未来制造领域的深远影响,我们必须深刻地理解和抓牢信息技术对工业转型的巨大变革力量,实体物理世界和虚拟网络世界的广泛深度融合无疑是未来不可逆转的大趋势。刘润生说。

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