工業4.0在智能制造中的運用初窺

顏海峰　童可嘉　宋廷章

摘要：在信息化蓬勃發展之際，智能化的戰略呼嘯而來。作為德國提出的高科技戰略計劃，“工業4.0”的概念逐漸進入大眾的視野并成為全球信息產業與工業最為關注的熱點?！肮I4.0”定義了以智能制造為主導的第四次工業革命，通過將信息物理系統全面嵌入生產制造的各個環節，建立強大的“智能工廠”，進一步“人工化”。該文對工業4.0在智能制造中的運用進行分析。

關鍵詞：工業P4.0；智能制造；運用

中圖分類號：F424 文獻標識碼：A 文章編號：2095—6487（2018）02—0031—02

0引言

智能制造的概念源于人工智能的研究，一般認為包括智能制造系統與智能制造技術。就智能制造系統而言，需要滿足在實踐過程中不斷成長，充實自身的知識庫，同時具備搜集信息、理解信息、自我學習、自主判斷與行為規劃等能力。就制造業的各個制造環節來看，人工智能技術的應用已經較為廣泛，而制造的智能化則是自動化制造的重要發展趨勢。與此同時，“工業4.0”概念的提出，又為智能技術在工業制造上的應用提供了重要的思路。

1工業4.0概述

工業4.0是以智能制造為主導的第四次工業革命或革命性生產方法，是德國政府提出的一個高科技戰略計劃，由德國聯邦教育及研究部和聯邦經濟技術部聯合資助，其目的在于提高制造業的智能化水平?；诠I4.0的戰略計劃，建立具有較高的資源效率與適應性以及人因工程學的智慧型制造工廠，以便在價值流程與商業流程中對制造商、商業伙伴和客戶進行有效整合。就工業4.0的實現來看，物聯網以及網絡實體系統為其技術基礎，借助相應的信息系統，對生產過程中所涉及的生產要素以及資源要素進行有效整合，將其集中于以信息技術與互聯網技術為核心的平臺上。工業4.0的主要目標為建設智能工廠，實現智能制造，包括工業互聯網、工業大數據、工業機器人、云計算、3D打印、工業網絡安全、知識工作自動化、人工智能和虛擬現實技術為工業4.O的九大支柱技術。

2工業4.0在智能制造中的應用

“工業4.0”是智能時代下，工業領域的新一輪革命，即借助工業相關的信息化技術與智能技術促進工業的智能化變革?；谥悄芗夹g在制造業中的應用，將企業的信息化從車間伸長延伸至整個工廠的生產運營乃至整條供應鏈，能夠較好的實現智能制造。以下對“工業4.0”在智能制造中的應用進行分析。

2.1信息化體系的集成

在“工業4.0”概念下，生產過程中所涉及的資源要素以及生產要素都將集成于信息化體系中。通過信息化體系的集成，借助相應的集成化軟件或者集成化系統實現，能夠將制造企業生產運營的各個環節進行有效整合，串聯價值創造鏈，以達到優化生產過程的目的。在應用集成化軟件系統后，制造相關的各個環節將得到緊密聯系。與此同時，各個制造企業之間合作與交流也將得到加強。在“工業4.0”背景下，實現生產要素與資源要素的整合存在一定的難度，尤其是集成化軟件系統的實現，受到系統不一致性等因素的影響，極易出現技術框架不一致或者代碼版本不同等問題。

在實施決策環節中，“智能物流”是“工業4.0”項目的第一大主題，即通過物聯網、物流網以及互聯網對物流資源進行整合，建立一體化的信息體系，從而充分發揮現有物流資源供應方效率，快速匹配需求方的服務需求并給予物流支持。基于“工業4.0”的集成化理念，在系統設計與實現上，應當考慮到一體化設計理念，以及系統所使用的終端設備，實現全業務流程、信息數據、全天候和全員參與的高效連接與協同辦公。另一方面，在系統的設計上，還需要考慮數據的安全性與可靠性、硬件的兼容性與終端設備的兼容性、移動互聯網網絡架構等因素，充分滿足制造企業智能化、多元化和供應鏈互聯互通的發展趨勢。

2.2工廠生產的智能化

在“工業4.0”概念下，生產制造自動化的發展趨勢為智能化制造，即在現有自動化生產的基礎上，結合人工智能相關技術，實現“智能工廠”的構建。智慧型工廠建設的研究重點是生產過程與生產系統的智能化以及生產設備、設施的網絡化分布。與此同時，在預測與決策過程中，還需要給予智能制造一定的數據支持。因此，還需要對生產涉及的各個環節的生產數據等進行有效整合，建立相應的數據鏈。

在實施決策環節中，“智能工廠”為“工業4.0”項目中的第二大主題。就“智能工廠”的實現來看，數據的系統整理有著極為重要的作用。數據的分類應當結合制造生產的實際情況，以多維形式進行，其劃分的主要依據為用途的差異。此外，在數據的搜集過程中，應當保證數據的準確性與真實性。在做好數據搜集的基礎上，建立數據鏈能夠對具體實施環節中數據的有效應用起到積極作用。結合數據的實際用途直接鏈接各個相關數據并形成新的數據，能夠為科學合理的預測與決策分析提供重要的數據支持。

2.3智能化管理模式

在“工業4.0”概念下，生產過程的智能化涉及到整個企業的生產制造管理、物流管理以及人機互動等諸多方面。智能制造管理模式中，知識的價值地位較為重要，而知識經濟作為繼工業經濟后的主體經濟形式，在制造業的未來經濟發展過程中具有極為重要的意義。因此，在智慧型制造工程的建設中，應當結合智能制造的發展趨勢，建立相應的智能化管理模式，以匹配新的生產經營模式。在生產周期管理中，對產品生產的整個周期進行有效管理，即從產品需求開始，直至產品被淘汰為止，完成這一周期的有效管理，能夠幫助制造企業及時了解產品生產制造的現狀，以及產品制造各個環節中存在的問題。在此基礎上，完成生產制造的相關決策與預測，采取最為有效的方式，降低整個生產制造過程的成本，增加企業的經濟效益。受到科技迅速發展與數據交互技術的推廣應用等因素的影響，企業在智能制造的實現過程中，更加傾向于長久的生命周期，這也在一定程度上導致了產品生命周期向系統生命周期的演變。就優秀生命周期模型的實現方法而言，需要在進行多層次解析的基礎上進行系統建模，確保層次劃分依據的合理性，以及最終所獲得的生命周期模型，能夠較好的滲透到生命周期管理的各個環節和各個階段中。

在實施決策環節中，“智能生產”為“工業4.0”項目的第三大主題。基于當前日益激烈的市場競爭環境，新一代智能化生產技術的受益者與使用者逐漸成為制造企業的發展方向。與此同時，成為先進工業生產制造技術的創造者以及供應者也是制造企業奮斗的目標。就“智能生產”中智能化平臺的開發與應用來看，在資源集成的背景下通過智能化技術實現產品的一體化生產，能夠在降低生產成本的同時，對產品的種類以及功能等進行科學、合理的擴充，以滿足客戶的多樣化需求。工業4.0時代下要提高智能裝備制造商的生產力，首要任務是為“智能生產”的實現鋪好路，即在現有制造技術與制造流程的基礎上，結合企業自身的特色進行優化與升級，不斷提升制造的自動化程度與智能化水平，完善整個供應鏈。在智能管理方面，應當重視信息化系統、信息化軟件的開發，結合智能制造下管理的復雜性等特點，綜合嵌入式軟件與管理軟件的作用，以實現科學合理的問題分析、預測與決策等。

3結束語

當前我國工業發展仍然面臨一些問題，在德國“工業4.0”以及美國“再工業化”等戰略計劃提出的同時，智能制造技術逐漸成為各國工業發展的重心。傳統的、封閉的生產制造系統將被取代，在下一輪工業革命來臨之際，制造企業要站穩腳跟，就必須做好準備，建立更為完善的信息化體系，對生產流程、生產技術與管理模式進行優化升級，迎接智能制造的到來。