“工業(yè)4.0”綜述

宋　健,王　茁,楊　杰（重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,重慶　400065）

“工業(yè)4.0”綜述

宋健,王茁,楊杰
（重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,重慶400065）

摘要：本文首先介紹“工業(yè)4.0”概念、起源和現(xiàn)狀；分析了“工業(yè)4.0”關(guān)鍵技術(shù)：RFID技術(shù)、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、AI技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)；介紹了“工業(yè)4.0”所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題及其對(duì)于中國(guó)制造業(yè)的影響；最后展望了“工業(yè)4.0”的美好未來(lái)。

關(guān)鍵詞：“工業(yè)4.0”；工業(yè)革命；德國(guó)制造；智能工廠

1　引言

“工業(yè)4.0”是德國(guó)在《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》提出的十大未來(lái)項(xiàng)目之一。它是基于傳統(tǒng)制造業(yè)，互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)的虛實(shí)融合系統(tǒng)，目的在于實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)智能化，令客戶(hù)的個(gè)性化需求同生產(chǎn)環(huán)節(jié)無(wú)縫對(duì)接。德國(guó)總理默克爾指出，未來(lái)智能工廠將能夠自行運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)器與元器件將能夠自行交流，這就使跨行業(yè)的合作成為必須。她建議，信息業(yè)、通信業(yè)、制造業(yè)等相關(guān)行業(yè)需要長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃、增進(jìn)合作，對(duì)彼此抱有好奇心。

2　“工業(yè)4.0”發(fā)展現(xiàn)狀

在過(guò)去，科學(xué)技術(shù)經(jīng)歷了三次革命。而即將到來(lái)的第四次工業(yè)革命則以工業(yè)智能化為代表。2011漢諾威工業(yè)博覽會(huì)開(kāi)幕式致辭中，德國(guó)人工智能研究中心的Wolf-gangWahlster教授首次提出“工業(yè)4.0”概念。2013年“工業(yè)4.0”被列為德國(guó)《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》十大未來(lái)項(xiàng)目之一。美國(guó)于2011年提出“先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃”，并于2012年出臺(tái)了“先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃”。英國(guó)于2011年發(fā)布了《英國(guó)發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)的主要策略和行動(dòng)計(jì)劃》。日本亦出臺(tái)過(guò)類(lèi)似的協(xié)同式機(jī)器人與無(wú)人化工廠發(fā)展計(jì)劃。2011年4月6日，我國(guó)工業(yè)與信息化部、科學(xué)技術(shù)部等5部委以工信部聯(lián)信〔2011〕160號(hào)印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度合作的若干意見(jiàn)》，意見(jiàn)指出要推動(dòng)生產(chǎn)裝備智能化和生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，加快建立現(xiàn)代化生產(chǎn)體系。

3　“工業(yè)4.0”關(guān)鍵技術(shù)

3.1RFID技術(shù)（射頻識(shí)別）

RFID是種無(wú)線(xiàn)通信自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)電識(shí)別目標(biāo)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與目標(biāo)間接觸，適用各種惡劣環(huán)境。優(yōu)點(diǎn)在于操作簡(jiǎn)單快捷，可識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽的高速物體。

3.2無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(WSN)

WSN是大量靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對(duì)象的信息，最終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)的所有者。其優(yōu)點(diǎn)在于低成本、低功耗、微型化。

3.3人工智能(AI)

AI是計(jì)算機(jī)的分支，被稱(chēng)為世界三大尖端技術(shù)之一。其研究方向是人類(lèi)智能活動(dòng)的規(guī)律，構(gòu)造具有一定智能的人工系統(tǒng)，研究如何應(yīng)用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人類(lèi)某些智能行為的基本理論和技術(shù)。

3.4云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，共享的資源信息通過(guò)云計(jì)算可以按需提供給其他設(shè)備。其特點(diǎn)在于通過(guò)使計(jì)算分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上。這使企業(yè)能將資源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪(fǎng)問(wèn)計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)系統(tǒng)。云計(jì)算提供了最可靠、最安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，用戶(hù)不用再擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等麻煩，為我們使用網(wǎng)絡(luò)提供了無(wú)限多的可能。

4　“工業(yè)4.0”面臨的問(wèn)題

4.1安全問(wèn)題

要實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”的安全須滿(mǎn)足兩個(gè)條件：其一是確保智能工廠和工業(yè)產(chǎn)品本身不會(huì)對(duì)環(huán)境或人造成危險(xiǎn)；其二是防止數(shù)據(jù)流失與濫用。因此，妥善處理好保密安全問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”的當(dāng)務(wù)之急。虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界日益融合，網(wǎng)絡(luò)信息安全受到的挑戰(zhàn)越發(fā)嚴(yán)峻。而面對(duì)非法攻擊，云端數(shù)據(jù)也須得到更有力的安全保障。

4.2標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一問(wèn)題

由于缺乏國(guó)內(nèi)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)軟件和硬件支撐，因此工業(yè)軟件經(jīng)常被具有不同技術(shù)規(guī)范的平臺(tái)所“綁定”。隨著工廠與工廠內(nèi)外的很多事物同服務(wù)一起被連接起來(lái)，通信手段和數(shù)據(jù)格式等必須有統(tǒng)一IT架構(gòu)，制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而且需要統(tǒng)一的參照架構(gòu)來(lái)描述這些標(biāo)準(zhǔn)并促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)。

4.3系統(tǒng)管理問(wèn)題

隨著生產(chǎn)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的連接，整個(gè)系統(tǒng)的管理變得錯(cuò)綜復(fù)雜。適當(dāng)?shù)挠?jì)劃、描述和模塊化可以為這種復(fù)雜的系統(tǒng)提供管理基礎(chǔ),因而需要工程師進(jìn)行更多的模塊化研究。

5　“工業(yè)4.0”對(duì)于中國(guó)制造業(yè)的影響

對(duì)于中國(guó)制造業(yè)來(lái)說(shuō)，“工業(yè)4.0”產(chǎn)生的最大變化就是可以依據(jù)市場(chǎng)需求來(lái)變化。在未來(lái)無(wú)論是系統(tǒng)還是產(chǎn)品都一定是模塊化的，都具有更高的自主性，因此“工業(yè)4.0”將全面提高生產(chǎn)效率。首先“工業(yè)4.0”與中國(guó)大力推動(dòng)的工業(yè)化與信息化融合的戰(zhàn)略不謀而合，這對(duì)于中國(guó)企業(yè)家來(lái)說(shuō)是重大機(jī)會(huì)，也是中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型的重要機(jī)遇。其次“工業(yè)4.0”可以推動(dòng)中國(guó)的一些弱勢(shì)項(xiàng)目。同時(shí)，“工業(yè)4.0”也為中國(guó)提供了更多商機(jī)。中國(guó)制造業(yè)水平對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)作用非常重要，而如此重要的產(chǎn)業(yè)我們的效率還有進(jìn)一步提升的空間。

6　結(jié)束語(yǔ)

隨著科技水平的不斷進(jìn)步，未來(lái)的城市必將是智能化城市，未來(lái)的地球必將是智慧地球。“工業(yè)4.0”的發(fā)展將會(huì)在提高工作效率、改變?nèi)祟?lèi)生活方面顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)。世界各國(guó)都需要抓住機(jī)遇，直面挑戰(zhàn)，共同創(chuàng)造美好未來(lái)。

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