工業(yè)4.0的精髓是什么？

1、4.0 的精髓是什么？中國(guó)制造2025發(fā)布近一年來(lái)，概念層面可謂異彩紛呈，從工業(yè)4.0、工業(yè)信息化到智能制造、無(wú)人工廠，目前更延伸到無(wú)人駕駛汽車(chē)、無(wú)人駕駛船舶、無(wú)人化醫(yī)療裝備等熱門(mén)領(lǐng)域，似乎工業(yè)智能化、無(wú)人化時(shí)代近在眼前。生產(chǎn)裝備的自動(dòng)化對(duì)制造企業(yè)而言是非常容易理解的，它是通過(guò)自動(dòng)化的機(jī)床、機(jī)器人等各類(lèi)自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的過(guò)程自動(dòng)化，但數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化又該如何理解?在智能工廠中，數(shù)據(jù)是如何自動(dòng)化流動(dòng)的?需要經(jīng)過(guò)“幾關(guān) ”?1 、數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)是工業(yè)4.0 的精髓在德國(guó)工業(yè)4.0 戰(zhàn)略中， 有縱向集成、端對(duì)端集成、橫向集成3 項(xiàng)集成， 這是工業(yè)4.0中非常重要的概念，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)、企業(yè)間價(jià)值流

2、集成的關(guān)鍵?？v向集成主要是將各種不同層面的IT 系統(tǒng)集成在一起，例如， 執(zhí)行器與傳感器、控制、生產(chǎn)管理、制造和執(zhí)行及企業(yè)計(jì)劃等不同層面（ 摘自德國(guó)工業(yè)4.0 戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施建議） 。從信息化角度來(lái)看，就是在企業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)研發(fā)、計(jì)劃、工藝、生產(chǎn)、服務(wù)等各環(huán)節(jié)間的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)，如圖1 所示。1 縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)端對(duì)端集成則是通過(guò)產(chǎn)品全價(jià)值鏈和為客戶(hù)需求而協(xié)作的不同公司，使現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界完成整合。端對(duì)端集成更加突出了以產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、服務(wù)等為主線，實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)，如圖2 所示。2 端對(duì)端集成作為 3 項(xiàng)集成中的最高層次，橫向集成是指將各種使用不同制造階段和商業(yè)計(jì)劃的IT系統(tǒng)集

3、成在一起，這其中既包括一個(gè)公司內(nèi)部的材料、能源和信息的配置，也包括不同公司間的配置（ 價(jià)值網(wǎng)絡(luò)） ，即以產(chǎn)品供應(yīng)鏈為主線，通過(guò)數(shù)據(jù)在企業(yè)之間的自動(dòng)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一種社會(huì)化協(xié)同生產(chǎn)，如圖3 所示。3 橫向集成由圖 3 可知，在企業(yè)內(nèi)部的市場(chǎng)、銷(xiāo)售、管理、計(jì)劃、生產(chǎn)、工程各環(huán)節(jié)以及外部的設(shè)計(jì)人員、客戶(hù)、供應(yīng)商、分包商等眾多角色之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)有序流動(dòng)。通過(guò)德國(guó)工業(yè)4.0 對(duì) 3 項(xiàng)集成的定義可以看出，工業(yè)4.0 愿景中，在企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間、社會(huì)化的智能制造及服務(wù)中，數(shù)據(jù)自動(dòng)有序的流動(dòng)是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要技術(shù)。2、企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)流動(dòng)是打造智能工廠的基礎(chǔ)未來(lái)的企業(yè)是價(jià)值驅(qū)動(dòng)的企業(yè)，是數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的企業(yè)

4、，而數(shù)據(jù)自由有序的流動(dòng)是智能工廠的前提與基礎(chǔ)。機(jī)器聯(lián)機(jī)器暢通數(shù)據(jù)流現(xiàn)在的電腦、手機(jī)等終端都接入了網(wǎng)絡(luò)。試想一下，如果這些智能終端不能聯(lián)網(wǎng)工作而只能單機(jī)工作，單是影響工作效率不說(shuō)，幾天下來(lái)，我們就可能要崩潰了：沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)，怎么工作 ?同樣，一臺(tái)機(jī)器即便自身的智能化程度非常高，能發(fā)揮的作用畢竟是有限的。通過(guò)專(zhuān)業(yè)的設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將網(wǎng)口、 串口等不同的接口形式，不同的數(shù)字，數(shù)控銑床、數(shù)控車(chē)床、加工中心、機(jī)器人等不同的數(shù)字化機(jī)器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的互聯(lián)互通，可徹底改變以前機(jī)器信息化孤島的局面，從而可以發(fā)揮機(jī)器集群控制的優(yōu)勢(shì)，形成機(jī)器群體的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，實(shí)現(xiàn)集約化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化的生產(chǎn)模式。聯(lián)網(wǎng)

5、實(shí)現(xiàn)了機(jī)器與機(jī)器的通信，而機(jī)器遠(yuǎn)程采集則實(shí)現(xiàn)了機(jī)器與人的交互。通過(guò)通信協(xié)議、傳感器和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，對(duì)數(shù)控機(jī)床、熱處理設(shè)備、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等各類(lèi)數(shù)字化機(jī)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集，可監(jiān)控每臺(tái)機(jī)器的實(shí)時(shí)狀態(tài)和異常情況，對(duì)故障停機(jī)、關(guān)鍵工藝參數(shù)超差等重要事件，可通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或手機(jī)短信等形式及時(shí)送達(dá)相關(guān)人員，實(shí)現(xiàn)機(jī)器狀態(tài)透明化、實(shí)時(shí)化的管理。通過(guò)機(jī)器的遠(yuǎn)程診斷與主動(dòng)式預(yù)測(cè)性維護(hù)，智能系統(tǒng)就像醫(yī)生一樣，在機(jī)器還沒(méi)出現(xiàn)故障之前就得到及時(shí)預(yù)警、保養(yǎng)、維修，為機(jī)器的健康、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行提供了保障。機(jī)器互聯(lián)互通使得以前的“ 啞機(jī)器 ” 能與外界交流，變得“ 耳聰目明”了，這也是智能化中 “ 聯(lián)接促進(jìn)智能”

6、的一個(gè)典型應(yīng)用。機(jī)器的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，加速了賽博物理系統(tǒng)(CPS)的形成。“ 機(jī)器+CPS” 讓機(jī)器具有了群體協(xié)作能力及智能化的認(rèn)知能力。人、機(jī)、物間數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)，自組織的智能制造通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)+制造模式，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物相互聯(lián)接和自組織的制造。在這方面，有些先進(jìn)企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了很多有益的探索，并取得了良好的應(yīng)用效果。博世是德國(guó)智能制造的一個(gè)樣板企業(yè)。在洪堡的物流中心，設(shè)備與工件之間已經(jīng)借由互聯(lián)網(wǎng)和傳感器建立起了實(shí)時(shí)聯(lián)系：每個(gè)工件或者裝工件的塑料盒里都有記錄產(chǎn)品信息的無(wú)線射頻識(shí)別電子標(biāo)簽(RFID) ，每經(jīng)過(guò)一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，讀卡器會(huì)自動(dòng)讀出相關(guān)信息，反饋到控制中心由工作人員進(jìn)行相應(yīng)處理，絕大部分生產(chǎn)活動(dòng)

7、都可以實(shí)現(xiàn)自組織。工件在什么位置，在什么機(jī)床上加工，加工的時(shí)間長(zhǎng)短，物料庫(kù)存情況以及是否需要補(bǔ)料等。這些信息直接與生產(chǎn)管理軟件無(wú)縫集成在一起，生產(chǎn)過(guò)程中的所有數(shù)據(jù)均可在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)高效、實(shí)時(shí)的流動(dòng)和可視化展現(xiàn)，可輕松有效地解決生產(chǎn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。新系統(tǒng)投入使用后，工廠庫(kù)存減少了30%，生產(chǎn)效率提高了10%，由此節(jié)約的資金可達(dá)幾千萬(wàn)歐元。一臺(tái)計(jì)算機(jī)管理所有的數(shù)控機(jī)床，程序集中存儲(chǔ)在中心服務(wù)器中，每臺(tái)機(jī)床需要加工程序時(shí)會(huì)遠(yuǎn)程自動(dòng)下載，機(jī)床的狀態(tài)一目了然，開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、運(yùn)行，加工什么產(chǎn)品，加工產(chǎn)品數(shù)量，故障信息，機(jī)床的利用率等，所有信息都自動(dòng)、準(zhǔn)確地顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的透明化和自組織。人、 機(jī)器

8、、 物料是企業(yè)生產(chǎn)的三要素，通過(guò)數(shù)字化手段實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和物理實(shí)體世界與數(shù)字虛體世界的深度融合，從而將制造業(yè)逐步推向智能化。聯(lián)接產(chǎn)生協(xié)作，聯(lián)接產(chǎn)生效益，聯(lián)接產(chǎn)生自組織，聯(lián)接產(chǎn)生智能。虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界間數(shù)據(jù)自由流動(dòng)，打造中國(guó)經(jīng)濟(jì)“ 雙引擎 ”2016 年 5 月 25 日，李克強(qiáng)總理在貴陽(yáng)出席“ 中國(guó)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)峰會(huì)暨中國(guó)電子商務(wù)創(chuàng)新發(fā)展峰會(huì)” 時(shí)指出，大數(shù)據(jù)新業(yè)態(tài)代表的創(chuàng)新理念要和傳統(tǒng)行業(yè)長(zhǎng)期孕育的工匠精神相結(jié)合，推動(dòng)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界融合發(fā)展，重塑產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈、價(jià)值鏈，促進(jìn)新動(dòng)能蓬勃發(fā)展、傳統(tǒng)動(dòng)能煥發(fā)生機(jī)，打造中國(guó)經(jīng)濟(jì)“雙引擎 ”，實(shí)現(xiàn) “雙中高 ”。3、互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)外的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)現(xiàn)

9、在，互聯(lián)網(wǎng)+已經(jīng)深入制造業(yè)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)+，可以消除企業(yè)與消費(fèi)者的距離，實(shí)現(xiàn)零距離交互的營(yíng)銷(xiāo)等商業(yè)活動(dòng)，更可以發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在社會(huì)資源配置中的優(yōu)化和集成作用，形成更先進(jìn)的生產(chǎn)管理新形態(tài)。(1) 互聯(lián)網(wǎng) + 數(shù)據(jù)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)制造端與消費(fèi)端的零距離交互為實(shí)現(xiàn)從大規(guī)模制造向個(gè)性化定制的轉(zhuǎn)型，早在2012 年海爾就開(kāi)始了互聯(lián)工廠的實(shí)踐， 致力于打造按需設(shè)計(jì)、按需制造、按需配送的體系。海爾通過(guò)“去中介化”、 “去產(chǎn)品化與用戶(hù)零距離地打造了用戶(hù)交互定制平臺(tái)，用戶(hù)可以遠(yuǎn)程查看自己所購(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)的全過(guò)程。定制選擇、訂單流轉(zhuǎn)、生產(chǎn)過(guò)程、物流運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)中，用戶(hù)都將不再是被動(dòng)的等待者，而是全流程的參與者、監(jiān)管者。智能化的

10、交互定制平臺(tái)將用戶(hù)、企業(yè)融為一體，極大地拓展了企業(yè)智能制造的范圍，企業(yè)內(nèi)外互聯(lián)互通、協(xié)同生產(chǎn)，用戶(hù)與企業(yè)的關(guān)系更加緊密。(2) 互聯(lián)網(wǎng) + 數(shù)據(jù)流動(dòng)，重構(gòu)企業(yè)生產(chǎn)管理新模式隨著用工成本快速升高、市場(chǎng)需求頻繁變化、競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步激烈以及數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等新技術(shù)的快速普及，為適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展，滿(mǎn)足個(gè)性化、社會(huì)化、敏捷化的智能制造模式的需要，將來(lái)的工廠一定會(huì)改變當(dāng)前“麻雀雖小，五臟俱全”的局面，一定會(huì)向充分利用社會(huì)資源方面發(fā)展，包括訂單、人員、物料、設(shè)備的共享，也一定會(huì)淡化工廠之間的邊界，甚至推倒橫亙?cè)诠S與社會(huì)之間的圍墻，打破封閉、獨(dú)立的生產(chǎn)模式，構(gòu)建成開(kāi)放的、服務(wù)型的平臺(tái)，數(shù)據(jù)將在工廠內(nèi)外、人機(jī)物

11、之間、信息系統(tǒng)與機(jī)器之間通暢地流動(dòng)，工廠不只是生產(chǎn)產(chǎn)品，更是生產(chǎn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)將成為企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，工廠將不再是今天的工廠。未來(lái)， 企業(yè)將不再是一個(gè)相對(duì)封閉的組織，而是一個(gè)可充分利用社會(huì)資源的、社會(huì)化的、具有高度智能調(diào)度和超級(jí)加工能力的組織。該組織不屬于任何企業(yè)，可以隨時(shí)隨地把他們的加工能力分享出去，承接世界上任何人、任何組織的訂單。4、智能工廠，數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)無(wú)極限未來(lái)的工廠，一切以客戶(hù)價(jià)值為導(dǎo)向，承載知識(shí)的數(shù)據(jù)沿著產(chǎn)品價(jià)值方向而自由流動(dòng)， 從市場(chǎng)需求、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)執(zhí)行、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)到售后服務(wù)，數(shù)據(jù)在收集、分析、決策、執(zhí)行中增值，虛實(shí)精準(zhǔn)映射，數(shù)字虛體世界指導(dǎo)、控制著物理實(shí)體世界的生產(chǎn)，解決了物理實(shí)體世界中的不確定性、多樣性和復(fù)雜性等問(wèn)題，確保正確的數(shù)據(jù)在正確的時(shí)間發(fā)送給正確的人和機(jī)器，并進(jìn)行正確的執(zhí)行。同時(shí)， 物理實(shí)體世界又通過(guò)反饋優(yōu)化著數(shù)字虛體世界。虛實(shí)兩世界相互融合，共軛發(fā)展，共同實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。5、結(jié)束語(yǔ)將數(shù)字化設(shè)備、產(chǎn)品聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)接一切可