从德国工业4.0看未来智能制造-新万博客户端

2009到2012年欧洲身陷债务危机，德国经济却一枝独秀，仍然结实，它快速增长的动力来自其基础产业——制造业所保持的国际竞争力。对于德国而言，制造业是传统的经济快速增长动力，制造业的发展是德国工业经济快速增长的不可或缺因素。

基于这一共识，德国政府倾力推展更进一步的技术创新，其关键词是“工业4.0”。德国2010年发布的《高科技战略2020》中，明确提出了一系列增进制造业发展的创意政策。为使该战略获得明确实施，2012年德国政府发布为题《十大未来项目》的跨政府部门的联合行动计划，并要求在2012～2015年间向十大项目资助84亿欧元。被称作“工业4.0”的未来项目，与能源供给结构改革、可持续发展等项目实时发布。

“工业4.0”未来项目，主要是通过深度应用于ICT（信息通信技术），总体掌控从消费市场需求到生产生产的所有过程，由此构建高效生产管理。工业4.0演化过程工业革命1.0：18世纪末期始自英国的第一次工业革命，19世纪中叶完结。

这次工业革命的结果是机械生产替换了手工劳动，经济社会从以农业、手工业为基础转型到了以工业以及机械制造造就经济发展的模式。工业革命2.0：第二次工业领域大变革再次发生在20世纪初期，转入了生产线生产的阶段，通过零部件生产与产品组装的顺利分离出来，首创了产品批量生产的新模式。20世纪70年代以后，电子工程和信息技术的重新加入构建了生产的线性规划和自动化。

工业革命3.0：第三次工业革命始自第二次工业革命过程中再次发生的生产过程高度自动化。自此，机械需要逐步替代人类作业。工业革命4.0：未来10年，第四次工业革命将步入“分散化”生产的新时代。工业4.0通过要求生产生产过程等的网络技术，构建动态管理。

信息物理融合系统（CPS）通过通信网络，将工厂内所有设备网络的“智能工厂”就是其中最差的一个反映。德国制造业中的所有行业正在实行该项目有关的研究，并计划为此投放2亿欧元。智能工厂或者“工业4.0”，就是指嵌入式系统向信息物理融合系统（CPS）发展的技术演化。作为未来第四次工业革命的代表，工业4.0大大向构建物体、数据以及服务等无缝连接的互联网（物联网、数据网和服务互联网）的方向发展。

工业4.0反映了生产模式从“集中型”到“分散型”的范式改变，正是因为有了让传统生产过程理论再次发生政治宣传的技术变革，这一切才沦为有可能。同时，分散型智能利用，代表了生产生产过程的虚拟世界与现实世界之间的交互关系，在建构智能物体网络中充分发挥最重要起到。

未来，工业生产机械仍然只是“加工”产品，取而代之的是，产品通过通信向机械表达如何采行准确操作者的信息与指令。CPS相连了虚拟空间与物理现实世界，使智能物体通信以及相互作用，建构一个确实的网络世界，它反映了当前嵌入式系统的更进一步演化。

与互联网或者网上可收集的数据、服务一起，嵌入式系统也是包含CPS的要素之一。CPS可获取建构物联网的基础部分，并且与“服务互联网”一体化，构建工业4.0。这些技术被称作“构建技术”，培育更为普遍的、基于创新型应用于或过程的新现实空间，淡化现实世界与虚拟空间的界限。

构建技术就像互联网使得个人通信以及相互作用的关系再次发生变革一样，将给我们与物理现实世界之间的相互作用关系带给根本性变化。基于高性能软件的嵌入式系统与融合在数字网络中的专业用户模块之间再次发生的相互作用，将问世全新的系统功能性世界。荐一个非常简单的例子，智能手机涵盖许多应用于和服务，早已相比之下远超过设备本身通话功能。

由于全新的划时代应用于和服务的提供商将不断涌现，慢慢构成新的价值链，所以，CPS也将对现有业务与市场模式带给范式改变。汽车工业、能源经济，还有还包括诸如工业4.0的生产技术的各个工业部门，将实时因这些新的价值链发生巨变。未来智能制造业在未来的智能制造业中，CPS对涵括自动化、生产技术、汽车、机械工程、能源、运输以及远程医疗等众多工业部门、应用领域，具备十分最重要的意义。

因CPS而构建的许多应用于，将产生新的可选价值链和业务模式。CPS不仅可以减少实际成本，提升能源、时间等的效率，还能减少CO2废气水平，在保护环境上充分发挥根本性起到。因为CPS的不存在，智能工厂的生产系统、产品、资源及处理过程都将具备十分高水平的实时性，同时在资源、成本节约中极具优势。

智能工厂将按照推崇可持续性的中心原则来设计，因此，服从性、灵活性、自适应性、自学能力、容错能力甚至风险管理都是其中不可或缺的要素。智能工厂设备的高级自动化，主要是由基于自动仔细观察生产过程中CPS生产系统的灵活性网络来构建的。

通过可动态应付的灵活性的生产系统，需要构建生产工程的完全优化。同时，生产优势某种程度是在特定生产条件下的重复使用反映，还可以构建多家工厂、多个生产单元所构成的世界级网络的线性规划。相对于传统生产工业，以智能工厂为代表的未来智能制造业是一种理想的生产系统，需要智能编辑产品特性、成本、物流管理、安全性、信赖性、时间以及可持续性等要素，从而为各个顾客展开线性规划的产品生产。这样一种“自下而上”型的生产模式革命，不但能节约创意技术、成本与时间，还享有培育新的市场机会的网络容量。

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