淺析計算機技術對工業4.0的影響

李 劍

（安順職業技術學院 貴州 安順 561000）

1 何謂工業4.0

1.1 工業4.0的概念與內涵

所謂工業4.0（Industry4.0），是指利用利用物聯信息系統(Cyber-Physical System，CPS)將工業生產中的原料供應、產品制造、銷售信息等數據化、智能化，進而達到快速、有效、個性化的產品供應。

工業4.0是德國政府發布的《德國2020高技術戰略》中提出的未來十大項目之一，德國學術界、產業界認為，工業4.0即是以智能制造為主導的第四次工業革命。工業4.0是制造業的電子計算機化，其包含更高層次的互聯、更智能化的設備、更方便的設備間的通信以及更精益、更節能的人機協作模式等。

工業4.0包含以下三方面的內涵：

第一，生產智能化、綠色化、個性化。其中，智能化是工業4.0的核心，貫穿產品生產流程的所有環節；綠色化是保護自然環境，實現可持續發展的關鍵；而個性化則是以人為本理念的體現，技術創新讓個性定制、小規模精準生產具有了現實性。

第二，分散網絡化。這個有助于解決第二次工業革命以來形成的大城市、大工廠、大辦公樓等過于“集中”的社會問題，以紓解這種“大”帶給人們的各種壓力。

第三，信息與物理系統深度融合。利用移動智能終端與無線通信，可實現現實世界與虛擬世界之間的無障礙交流，從而使人與設備在時空上可分離，機器與機器之間可通信，不同地理位置的設施可集成，總之就是形成一種高效、節能、人性化的新型生產模式。

1.2 工業4.0的愿景要點

工業4.0帶給人們這樣一幅愿景，即在一個智能化、網絡化的世界里，互聯網（物聯網）將深入到所有關鍵領域，實現萬物互聯，從而改變創造新價值的過程、重組產業鏈分工，最終使傳統行業界線逐步消失，并產生各種新的合作模式與活動領域。

工業4.0的愿景要點包括以下幾個方面：

第一，工業4.0將使生產過程更加靈活、有彈性；

第二，工業4.0將促進新型合作模式與商業模式的發展；

第三，工業4.0將給工作環境、工作方式帶來全新的變化；

第四，工業4.0將推動新型信息物理系統平臺的開發。

1.3 工業4.0的項目主題

工業4.0的項目主題包括以下三個方面：

第一，智能工廠。這是未來智能基礎設施的關鍵組成部分，研究重點在于智能化生產系統及過程、網絡化分布式生產設施的實現；

第二，智能生產。工業4.0的關鍵就是生產流程智能化，研究重點在于人機互動、3D打印等技術在整個工程生產過程中的應用；

第三，智能物流。這是充分發揮物流資源供應方的效率，使需求方能盡快獲得服務匹配與物流支持，研究重點在于對互聯網、物聯網、物流網以及其他物流資源的整合。

2 計算機技術如何影響工業4.0

下面從工業4.0的三個項目主題出發，分別分析計算機技術對工業4.0的影響。

2.1 計算機技術是智能工廠的技術基礎

智能工廠也叫數字化工廠，是工業4.0的載體，指基于產品全生命周期的相關數據，在計算機虛擬世界對整個生產過程進行仿真、評估以及優化，進而將其擴展至整個產品生命周期的新型生產組織模式。區別于傳統工廠的是，智能工廠強調生產計劃的數字化，大量使用計算機及各種輔助技術，如CIM、CAM以及CAD等。

CPS是工業4.0的核心，也就是說，傳感器、微處理器、執行器、聯網能力共同實現了工業4.0人、機、物的融合。而這些核心技術，任何一種都離不開計算機技術的支持，因此說計算機技術是智能工廠的技術基礎。

2.2 計算機技術是智能生產的技術基礎

智能生產，是指智能化的工業生產過程。在智能工廠到智能生產的實現過程中，工業4.0包含以下幾個核心環節：

第一，萬物互聯。即利用CPS將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通信設備等聯接成一個智能網絡，建立工廠與設備、機器與機器、設備與產品、人與設備、用戶與產品等之間的互聯。

第二，集成控制。即利用CPS形成的智能網絡，實現了橫向、縱向以及端對端的高度集成。

第三，數據處理。即將生產數據、產品數據、管理數據、銷售數據等多種數據整合在一起，從大數據中挖掘出有價值的信息。

第四，產品創新。即用技術創新推動產品創新，進而逐步推動模式創新、業態創新、組織創新等。

第五，企業轉型。即傳統工業企業與互聯網企業、生產企業與服務企業的邊界會日益模糊，產業逐步融合，傳統工廠向工業4.0標準工廠轉型。

應用于智能生產過程中的人機互動、3D打印等新型技術，也都脫胎于計算機技術，因此說計算機技術是智能生產的技術基礎。

2.3 計算機技術是智能物流的技術基礎

智能物流，是指基于互聯網、物聯網，將射頻識別技術、人工智能技術、數據倉庫與數據挖掘技術、衛星定位系統、定理信息系統等集成在一起，給物流系統以人的“智慧”，使其擁有自主學習、推理判斷以及解決問題的能力。

智能物流符合現代物流網絡化、實時化以及智能化的趨勢，強調以客戶為中心，實現了資源的優化配置，能夠大幅降低物流成本。為使物流系統真正智能化，需要強調三個研究與發展的關鍵，即智能轉運設備、智能周轉箱單元以及智能物流管理系統。分析其中的核心技術，也都與計算機技術緊密相關，因此說計算機技術也是智能物流的技術基礎。

綜合以上分析，可知構成工業4.0的支柱技術領域包括CPS、云計算技術（將存儲于本地的數據、應用程序或服務連接到物聯網）、大數據分析技術（通過挖掘有價值的信息、機器學習等讓工業生產實現智能化）、IT系統安全（工業4.0的保障機制）、增材制造/3D打印技術（新型工業生產技術）、增強現實（利用增強現實眼鏡，實現遠程調控或安裝零配件等）、機器人（代替人類執行無法實現或難以實現的任務）等，而這些支柱技術的實現，都離不開計算機技術。因此可以說，計算機技術對工業4.0的影響體現在各個面面，是工業4.0整個技術領域的基礎。

3 結語

總之一句話，工業4.0的發展離不開計算機技術。為推動工業4.0發展的進程，應著力進行技術創新，研究面向工業4.0的計算機技術，推動新一輪計算機技術革命，以期為工業4.0奠定堅實的技術基礎。

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