刘润生:“工业4.0”,直指新工业革命

选择字号:   本文共阅读 171 次 更新时间:2017-09-26 14:33:16

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刘润生  

  

   在互联网的推动下,现实世界与虚拟世界日益紧密,使经济发展进入新的阶段,为制造业发展创造了新机遇。德国学术界和产业界积极推动“工业4.0”。他们认为,全球经济正处于第四次工业革命的开端,“工业1.0”是蒸汽机时代,“工业2.0”是电气化时代,“工业3.0”是信息化时代,“工业4.0”则是利用基于信息物理融合系统的智能化来促进产业变革的时代。

   “工业4.0”代表智能制造时代的新思维

   “工业4.0”的概念描述了由集中式控制向分散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。它意味着在产品生命周期内对整个价值创造链的组织和控制迈上新台阶,意味着从创意、订单,到研发、生产、产品交付和服务,再到废物循环利用,在各阶段都能更好地满足日益个性化的顾客需求。在这种模式中,传统的行业界限消失,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。

   由德国三大工业协会起草的《“工业4.0”白皮书》提出了关于“工业4.0”中人、技术及组织的17个重要命题,展现了一幅全新的工业蓝图。

   从人的角度来看,工作组织设计将以人为本,体现了自组织性和自主性;“工业4.0”将为工人扩大工作范围、增强自身技能、学习更多知识、扩大行动空间创造机会;工作工具可辅助学习,实践社群将大大提高教学效率,信息技术技能培训份额日益增加;学习工具不仅适用,而且能自动向使用者发挥功用。

   从技术角度看,“工业4.0”系统简单易用,安全可靠,并能辅助学习;简单易用、普遍适用的问题解决方案范本使其他人也能参与工业4.0系统的设计和运行;产品和经营过程网络化、个性化会导致复杂性增加,同时解决问题的可能性更大,分析所有可能性并找到解决办法的速度会更快;资源利用效率受到持续规划、落实、监督和自动优化;智能产品在整个产品生命周期内可寻址、可识别;系统组件可寻址、可识别,支持对生产过程和生产系统虚拟规划;新的系统组件能够完全替代旧的系统组件,并且功能兼容;各系统组件发挥功用,为其他系统组件服务;新的安全文化要求“工业4.0”系统可信赖、有弹性且社会可接受。

   从组织角度来看,新的价值创造网融合产品、生产和服务,使劳动分工更加灵活;合作和竞争会导致产生新的经济和法律组织;系统构架和业务流程符合可适用的法律框架,且新的法律解决方案会促成新的合同模式;在新兴市场将存在调节地域附加值的机会。

   德国政府实施重大项目大力支持“工业4.0”

   为了使德国成为智能化生产系统领先国家,引领新工业革命,德国政府在德国高技术战略2020中把“工业4.0”确定为十大未来项目之一。该项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手投入2亿欧元。其研发主题包括:“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;“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。

   德国政府实施该项目有着重要的技术、经济和社会与政治考虑。在嵌入式信息系统领域,德国已经处于领先地位,特别是在汽车和机械工程行业。此外,嵌入式信息系统的网络化以及智能监控和自主决策对于工业生产与服务的重要性将日益增加,生产和物流还有很大优化潜力,新型商业模式有待开发,交通、卫生以及环境和能源等重要需求领域还需要开发新的应用服务。

   2014年德国政府出台的新一轮高技术战略继续把“工业4.0”列为战略重点,并重视信息安全问题。战略还明确,为了企业和雇员利益着想,将会考虑“工业4.0”对劳动力市场和不同雇员群体的影响问题。另一方面,鉴于产品、生产流程和服务日益相互联系,形成了潜力巨大的智能服务,这些服务会改变产品组合,通过建立新的知识平台来优化操作,联邦政府希望在智能服务方面为德国企业提供支持,以确保完全控制整个价值链。

   德国行业协会为推进“工业4.0”积极献力献智

   为推进未来项目“工业4.0”的落实,德国三大工业协会——德国信息通信技术协会、德国机械设备制造业联合会和德国电气电子工业联合会还共同建立了“工业4.0平台”秘书处,以吸引并协调资源参与本次革命。《保障德国制造业的未来:关于实施“工业4.0”战略的建议》和2014年发表的《“工业4.0”白皮书》就归功于这三大工业协会的努力。德国电气电子和信息技术协会还于2013年发表了德国首个工业4.0标准化路线图。

   《“工业4.0”白皮书》指出,“工业4.0”依赖于灵活、高素质、进行智能化操作的工人。信息物理融合系统将决定全球生产,机器设备都有自己的“身份”,可相互沟通并与周围环境交流,能分布式地自我组织。但是,只有整合信息物理融合系统,形成“系统的系统”,把分散的能力智能地组合起来,获得新能力,这样才能持续优化未来工厂。当一切发展与“工业4.0”的参考架构一致,“工业4.0”的目标才能实现。

   《“工业4.0”白皮书》提出了实现“工业4.0”亟待研究的五大主题。一是价值创造网的水平整合,包括新的商业模式、价值创造网的结构、价值创造网的自动化。二是整个生命周期内工程学的一致性。要现实世界和虚拟世界的融合,考虑现实世界和虚拟世界在各个层次的接口,要在机械制造、电气工程、计算机科学领域就模型达成共识。要运用系统工程方法,使产品、生产流程和生产系统实现融合。三是垂直整合和网络化的生产体系。要通过传感器数据分析优化过程控制。要研发智能、灵活、可变的智能生产系统,根据综合知识模型自主适应环境,改善研发、生产、维护和产品生命周期管理,提高资源效率。四是新的工作基础设施。要形成以智能辅助系统为媒介的新型协同工作形式,工作设计要使工人的接受能力、创造能力和自我发展能力得到充分发挥,并保证工人健康舒适。五是跨领域技术。应该研发出无线联网一揽子解决方案,实现跨领域的全面运用。要构建满足安全要求的安全构架和策略的方法,把相关方法和工具融入信息物理融合系统。要研发出带参考构架和使用面向服务的分布式体系构架的工业4.0平台,为实现跨企业的网络化和集成创造条件。

   本版稿件由中国科学技术信息研究所提供

  

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本文责编:川先生
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文章来源:科技日报

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