工業4.0

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　　德國的製造業是世界上最具競爭力的產業部門之一。這歸功於德國製造業能夠管理複雜的工業生產過程，不同任務由位於不同地點的合作伙伴完成。近二三十年來，德國製造業已成功地利用信息通信技術(ICT)實現對工業生產過程的管理——如今，大約90%的工業生產過程已應用ICT技術。在過去三十年甚至更早以前，IT革命使我們生活和工作的世界發生了徹底改變，其影響力可媲美分別成就前兩次工業革命的機械和電力。

　　隨著個人電腦向智能設備演變，一種新的趨勢開始顯現：越來越多的IT基礎設施和服務通過智能網路(雲計算)來提供。伴隨微型化和互聯網的持續發展，這一趨勢宣告了人們期盼的普適計算已成為現實。

　　通過無線，越來越多功能強大的、自主的微型電腦(嵌入式系統)實現了與其他微型電腦和互聯網的互聯。這意味著物理世界和虛擬世界(網路空間)以信息-物理系統(CPS)的形式實現了融合。

　　新的互聯網協議IPv6於2012年推出後，目前已經有足夠多的IP地址可供智能設備通過互聯網實現直接聯網。於是，網路資源、信息、物體和人之間能實現物聯網及服務互聯網。這也將擴展至工業領域：在製造業中，這種技術演化可以描述為“第四階段的工業化”或“工業4.0”。

　　工業4.0一詞最早是在2011年的漢諾威工業博覽會提出。在2012年10月由羅伯特·博世有限公司的SiegfriedDais及德國科學院的HenningKagermann組成的工業4.0工作小組，向德國政府提出了工業4.0的實施建議。

　　這一概念在德國學術界和產業界推動下形成，現在，它已經成為了德國的國家戰略。而工業4.0也有了先期模板，德國的企業正在開展一系列生產實驗。

　　德國製造業是世界最具競爭力的製造業之一，尤其是裝備製造業在全球處於領先地位。這在很大程度上源於德國在創新性製造技術方面的研究、開發和生產，以及複雜工業過程管理的專業性。德國擁有強大的機器和設備製造業，在信息技術領域表現出很高的水平和能力，在嵌入式系統和自動化工程方面也頗有建樹，這些因素共同奠定了德國在製造工程行業中的領軍地位。因此，德國能以其得天獨厚的優勢開拓新型工業化的潛能：工業4.0。

　　前三次工業革命的發生，分別源於機械化、電力和信息技術。如今，將物聯網及服務引入製造業正迎來第四次工業革命。不久的將來，企業能以CPS(Cyber-PhysicalSystems，信息物理系統)的形式建立全球網路，整合其機器、倉儲系統和生產設施。

　　在製造業領域，這些CPS包括能自主交換信息的智能機器、存儲系統和生產設施，它們能獨立運行和相互控制。這有利於從根本上改善工業過程，包括製造、工程、材料使用、供應鏈和生命周期管理。

　　智能工廠現在似乎已開始採用一種全新的方式來生產產品。智能產品有唯一的特征被識別，在任何時候都能被定位，我們知道它的發展歷程，瞭解它當前狀況，以及實現其目標狀態的方式。從通過出口物流下訂單的那一刻起，縱向與工廠和公司業務流程聯網，橫向連接則可實時管理衍生價值體系，這二者共同構建了嵌入式製造系統。此外，這些指令都要求啟用終端間工程(模式)流經整個價值鏈。

　　工業4.0擁有巨大的潛力。智能工廠讓客戶個性化的定製需求得以滿足，這也意味著，即使產品只生產一次，也能通過頗具收益的方式製造出來。在工業4.0中，以供應商為例，動態業務和工程流程能幫他們根據生產需要最終做出相應改變，並靈活應對生產中斷和故障。

　　現在，製造過程中已經能夠提供端到端的透明化，以促進決策優化。工業4.0將會開發出創造價值的新方法和新的商業模式。特別是，它將給初創公司和小企業的發展帶來機會，下游服務也能從中受益。

　　此外，工業4.0將正視和解決某些當今世界面臨的挑戰，如資源能源利用效率、城鎮化、人口結構變化等。工業4.0能持續帶來覆蓋整個價值網路的資源生產率和效率的增益。它能將人口結構變化和社會因素考慮在內，以適合的方式組織生產。智能輔助系統讓工人從單調、程式化的工作中解放出來，能把精力集中在創新和增值業務上。

　　鑒於熟練工短缺的問題，工業4.0允許老工人延長職業生涯，從而長久地保持生產力。靈活的工作組織形式使工人們能夠更好地整合自己的工作，私人生活和持續的職業生涯發展變得更有效率，在工作和生活之間找到了更好的平衡點。

　　製造工程領域的全球競爭變得愈加激烈，德國不是唯一一個認識到在製造業部署物聯網及服務是大勢所趨的國家。而且，並非只有亞洲的競爭對手對德國工業造成威脅，美國也在採取措施，通過推進“高端製造業”計劃反對“去工業化”。

　　為了實現工業生產向工業4.0的轉變，德國需要採取雙重策略。德國裝備製造業應尋求穩固在全球市場的領導地位，一如既往地把信息通信技術與其傳統的高科技戰略進行整合，使自己成為智能製造技術的主要供應商。與此同時，還有必要為CPS技術和產品創建新的領先市場，併為之服務。要實現上述CPS雙重策略的目標，以下工業4.0的基本特征應該得到落實：

　　(1)通過價值網路實現橫向集成

　　(2)工程端到端數字集成橫跨整個價值鏈

　　(3)垂直集成和網路化的製造系統

　　這些特征是製造商在面對變幻莫測的市場能夠取得穩固地位的重要因素，同時使它們的價值創造活動適應變化的市場需求。雙重物理網路系統戰略中提到的特征將允許製造企業在高度動態的市場中達到快速的、準時的、無故障的生產。

　　德國工業4.0戰略將更具靈活性，也更強勁，在工程、規劃、製造、運營和物流流程中實施最高標準。這將催生動態的、實時優化、自我組織的價值鏈，並可通過一系列標準(如成本、可用性和資源消耗)進行優化.這一價值鏈還需要適當的監管框架、標準化介面和統一的業務流程。

　　以下是德國工業4.0戰略的願景：

　　(1)它的最大特點是製造業中所有參與者及資源的高度社會技術互動。互動主要圍繞製造資源網路(製造機械、機器人、輸送機和倉儲系統及生產設施)進行，這些網路獨立自主，在不同情況下能自我管理，自我配置，還裝備了感測器，分散安裝，並融入了相關規劃及管理系統。作為這一願景的關鍵組成部分，智能工廠將被納入公司內部價值網路，它的特點是包括製造過程和製造產品的端對端工程，實現數字和物理世界的無縫銜接。智能工廠將使不斷複雜的製造流程便於管理，並能同時確保生產過程的吸引力、生產效益以及工廠在市區環境的可持續性發展。

　　(2)德國工業4.0戰略中的智能產品可明確識別，並有可能隨處可見。即使還在生產環節，其自身製造流程的所有細節均可被控。這意味著，在某些領域，智能產品可以控制各生產階段，進行半自主生產。此外，這還能確保成品瞭解自身發揮最優性能的參數，並辨別生命周期中發生磨損和毀壞的標記。這些數據可集合使用，以便優化智能工廠的物流、佈局、維護以及與業務管理應用程式的整合。

　　(3)德國工業4.0戰略實施後，將有可能把個人客戶和產品的獨特特性融入到設計、配置、訂購、計劃、生產、運營和回收階段。它甚至可以在製造和運營之前最後一分鐘或進行中提出改變的請求，這將使生產一件定製產品和小批量產品也能產生利潤。

　　(4)德國工業4.0戰略的實施，將使員工能根據具體情況進行控制、監管和配置智能製造資源網路和製造步驟。員工再也無需完成例行任務，他們可以更多地關註創新和具有附加值的活動。因此，他們在確保產品質量方面將起到關鍵作用。同時，靈活的工作條件也將他們的工作和個人需求更好地結合起來。

　　(5)德國工業4.0戰略的實施，需要進一步擴展相關的網路基礎設施，並通過服務水平協議進一步規範網路服務質量。這將有望滿足大流量數據應用程式和服務供應商的高帶寬需求，以保證關鍵應用程式的運行時間。

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