Industry 4．0 新工業(yè)革命與工業(yè)自動化轉(zhuǎn)型升級

繆學(xué)勤

(上海工業(yè)自動化儀表研究院，上海 200233)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，世界經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)了新的局面，增速緩慢、波瀾起伏、競爭加劇。為了擺脫危機(jī)和取得可持續(xù)發(fā)展，世界各國都在加快新的技術(shù)和工業(yè)革命的變革。德國是高度工業(yè)化的，以制造業(yè)為導(dǎo)向的出口型經(jīng)濟(jì)技術(shù)強(qiáng)國，為了保持在重要關(guān)鍵技術(shù)上的國際領(lǐng)先地位，提出了繼蒸汽機(jī)的發(fā)明、大規(guī)模生產(chǎn)和自動化之后的第四次工業(yè)革命——Industry 4．0高科技戰(zhàn)略計劃。其基本設(shè)想是制造的產(chǎn)品集成有動態(tài)數(shù)字存儲、感知和通信能力，承載著在其整個供應(yīng)鏈和生命周期中所需的各種必需的信息；整個生產(chǎn)價值鏈中所集成的生產(chǎn)設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)自組織，能夠根據(jù)當(dāng)前的狀況靈活地決定生產(chǎn)過程。目標(biāo)是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的活動領(lǐng)域和合作形式。

1 Industry 4．0 產(chǎn)生的背景

1．1 信息與通信技術(shù)的突破

最近十年，信息技術(shù)不斷取得新的突破，產(chǎn)生了新一代的信息技術(shù)。按照美國ARC顧問集團(tuán)的觀點，推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的新一代信息技術(shù)主要包括社交媒體技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)以及大數(shù)據(jù)與先進(jìn)分析技術(shù)。

1) 社交媒體技術(shù)。在國內(nèi)微博和微信得到廣泛使用，已深刻改變了社會領(lǐng)域的各個方面。而在美國，社交網(wǎng)站的發(fā)展驅(qū)動了人們對于社交媒體技術(shù)在制造領(lǐng)域應(yīng)用的探索。今天的制造業(yè)正面臨著巨大的挑戰(zhàn)，各個工廠工程師需要擁有非常廣泛的工程技術(shù)知識，而設(shè)計、建設(shè)、運營并且優(yōu)化生產(chǎn)流程是難度很高的任務(wù)。為此，如何快速查找工作所急需的專業(yè)知識，如何快捷地找到正確的能幫助你的人，如何在設(shè)計過程中實現(xiàn)全球協(xié)同等，都可以借助于社交媒體技術(shù)來實現(xiàn)。同時社交媒體可以有利于工廠企業(yè)市場營銷的品牌建立與提升，獲得潛在客戶信息等需求。社交媒體技術(shù)的應(yīng)用還可以拓展到員工、客戶或者商業(yè)伙伴之間的協(xié)同工作領(lǐng)域，并能提高企業(yè)的運營效率[1]。

2) 移動互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。移動互聯(lián)網(wǎng)是移動和互聯(lián)網(wǎng)融合的產(chǎn)物，繼承了移動隨時、隨地、隨身和互聯(lián)網(wǎng)分享、開放、互動的優(yōu)勢，即運營商提供無線接入，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提供各種成熟的應(yīng)用，移動互聯(lián)網(wǎng)被稱為下一代的互聯(lián)網(wǎng)Web3．0。

a) 互聯(lián)網(wǎng)將計算機(jī)進(jìn)行互聯(lián)互通，實現(xiàn)了人與人的聯(lián)網(wǎng)，徹底改變了人與人的互動方式。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，進(jìn)一步希望物理世界也聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而實現(xiàn)信息世界與物理世界的交融，于是產(chǎn)生了物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識別(RFID) 裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任意物品與互聯(lián)網(wǎng)相連，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

b) 在物聯(lián)網(wǎng)中，物品通過計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。在很多應(yīng)用中，接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備對其計算能力的要求遠(yuǎn)非RFID能比。因為物聯(lián)網(wǎng)中的物品不具備控制和自治能力，通信也大都發(fā)生在物品與服務(wù)器之間，所以物品之間無法協(xié)同控制。為了將控制技術(shù)融入互聯(lián)網(wǎng)，2006年美國國家基金會(NSF)科學(xué)家Helen Gill提出了信息物理融合系統(tǒng)CPS(Cyber Physical System)的概念，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展推向了一個新的高度。CPS把計算與通信深深地嵌入實物過程，使之與實物過程密切互動。由此可見，CPS是將物理設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，讓物理設(shè)備具有計算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能。由于分布式應(yīng)用系統(tǒng)中物理設(shè)備之間的協(xié)調(diào)是通過通信完成的，因而CPS把通信與計算和控制放在同等的地位[2]。CPS本質(zhì)上是一個具有控制屬性的網(wǎng)絡(luò)，但又有別于處于封閉狀態(tài)的工業(yè)控制系統(tǒng)。

3) 云計算技術(shù)。云計算發(fā)源于搜索引擎平臺，是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)出于追求低成本高效能的考慮開發(fā)出的一種計算技術(shù)，目前已成為提供各種互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的重要平臺。云計算是以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，以按需付費為商業(yè)模式，具備彈性擴(kuò)展、動態(tài)分配和資源共享等特點的新型網(wǎng)絡(luò)化計算模式。在云計算模式下，軟件、硬件、平臺等IT資源將作為基礎(chǔ)設(shè)施，以服務(wù)的方式提供給使用者[3]。

4) 大數(shù)據(jù)與先進(jìn)分析技術(shù)。在制造業(yè)領(lǐng)域，很多機(jī)器上都安裝了一個或多個微處理器來采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，無處不在的傳感器和微處理器，形成了龐大的數(shù)據(jù)來源，其大小已經(jīng)超出了傳統(tǒng)意義上的規(guī)模，常規(guī)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)已難以完成捕捉、存儲、管理和分析這種大規(guī)模的數(shù)據(jù)集合。大數(shù)據(jù)技術(shù)是從各種類型的數(shù)據(jù)中，采用新處理模式快速獲得有價值信息，從而實現(xiàn)深度理解、洞察發(fā)現(xiàn)與精準(zhǔn)決策。其給制造業(yè)帶來的益處包括優(yōu)化流程、降低成本與提升營運效率。

1．2 新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命是解決經(jīng)濟(jì)危機(jī)的最佳手段

2008年以來，世界各國開始認(rèn)識到，用新一代信息技術(shù)轉(zhuǎn)型升級傳統(tǒng)工業(yè)是解決經(jīng)濟(jì)危機(jī)的最佳手段。在這種背景下，各國從不同角度，提出了新工業(yè)革命的不同版本。最具代表性的是美國著名未來學(xué)家杰里米·里夫金在其暢銷書《第三次工業(yè)革命》中提出的第三次工業(yè)革命的概念。作者認(rèn)為在蒸汽機(jī)和信息技術(shù)兩次工業(yè)革命之后,第三次工業(yè)革命時代已經(jīng)開始到來,它的重要標(biāo)志是分布式發(fā)電與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的緊密結(jié)合。數(shù)億計的人們在自己的工廠里、辦公場所、甚至家中就可以生產(chǎn)出綠色能源，不僅如此，還可在“能源互聯(lián)網(wǎng)”(The Internet of Energy)上與大家進(jìn)行能源共享，就像今天大家在網(wǎng)絡(luò)上分享信息一樣地簡單便利。綠色能源、互聯(lián)網(wǎng)、個體創(chuàng)新和生產(chǎn)全球化代表著未來技術(shù)的發(fā)展方向，被稱作“第三次工業(yè)革命”[4]。

2 Industry 4．0戰(zhàn)略

由于文化、政治和經(jīng)濟(jì)的不同，德國認(rèn)為不需要跟隨模式。于是，從實際國情出發(fā)，德國于2012年首先提出將CPS的技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用于制造工業(yè)，提出了基于CPS的Industry 4．0第四次工業(yè)革命戰(zhàn)略[5]。工業(yè)革命的具體劃分如圖1所示。

圖1 工業(yè)革命的劃分

1) Industry 1．0。第一次工業(yè)革命大約產(chǎn)生于1780年，18世紀(jì)中期英國發(fā)明了“蒸汽機(jī)”，隨之創(chuàng)造出制造蒸汽機(jī)的生產(chǎn)工具“手動機(jī)床、刀具”。1784年第一臺機(jī)械紡織機(jī)誕生，使人類由“手工勞動”向“機(jī)械化”變化，由“家庭手工業(yè)”向“大機(jī)器工業(yè)生產(chǎn)方式”轉(zhuǎn)變，生存率和勞動生產(chǎn)率大幅提高，推動了世界由“農(nóng)業(yè)國”向“工業(yè)國”轉(zhuǎn)變。

2) Industry 2．0。第二次工業(yè)革命產(chǎn)生于20世紀(jì)初，當(dāng)時美國的福特發(fā)明了汽車與大批量生產(chǎn)流水線，同時電力技術(shù)開始推廣應(yīng)用，隨之而來創(chuàng)造出“自動化機(jī)床”、“自動線”。人類由“機(jī)械化零星生產(chǎn)”向“大批量自動化生產(chǎn)”轉(zhuǎn)變，提高了勞動生產(chǎn)率，加速了現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展。

3) Industry 3．0。20世紀(jì)70年代初，第一臺可編程邏輯控制器(PLC)Modicon 084問世，在微電子、微型計算機(jī)與IT技術(shù)的推動下，產(chǎn)生了第三次工業(yè)革命。特別是進(jìn)入20世紀(jì)80年代，發(fā)達(dá)國家經(jīng)過幾十年大工業(yè)生產(chǎn)的積累，為了適應(yīng)人們?nèi)找娑鄻踊男枨?，綜合運用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)以及計算機(jī)軟硬件，形成了計算機(jī)集成制造(CIM)技術(shù)，實現(xiàn)了企業(yè)全部生產(chǎn)系統(tǒng)和企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)的綜合自動化和高效化，使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益持續(xù)穩(wěn)步地增長。

4) Industry 4．0。從現(xiàn)在開始，由于數(shù)字化、智能化、信息化與網(wǎng)絡(luò)化等新技術(shù)不斷取得突破，催生了第四次工業(yè)革命的到來。在Industry 4．0 時代，每個工廠企業(yè)都將建立 “數(shù)字企業(yè)平臺“，通過開放接口將虛擬環(huán)境與基礎(chǔ)架構(gòu)融為一體，從而構(gòu)成CPS,生產(chǎn)自動化系統(tǒng)將升級為信息物理融合生產(chǎn)系統(tǒng)(CPPS)。Industry 4．0將由集中式控制向分散式、增強(qiáng)型控制基本模式轉(zhuǎn)變，創(chuàng)造新價值的過程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組，將使人類從“自動化生產(chǎn)”進(jìn)入“智能化生產(chǎn)、綠色生產(chǎn)、都市化(Urban)生產(chǎn)”。

3 Industry 4．0戰(zhàn)略計劃愿景與目標(biāo)

Industry 4．0戰(zhàn)略愿景是成為智能網(wǎng)絡(luò)化世界的一部分[5]。物聯(lián)網(wǎng)及其服務(wù)推動這些領(lǐng)域產(chǎn)生重大變革，從而產(chǎn)生了能源領(lǐng)域的智能電網(wǎng)，可持續(xù)的移動策略(智能汽車、智能倉儲)以及健康領(lǐng)域的智能健康。在制造環(huán)境中，實現(xiàn)價值網(wǎng)絡(luò)上的產(chǎn)品和系統(tǒng)日益智能化、橫跨整個價值網(wǎng)絡(luò)的垂直網(wǎng)絡(luò)化、端到端工程和水平集成。

Industry 4．0集中于創(chuàng)建智能產(chǎn)品、規(guī)范和方法，其中智能工廠(Smart Factory)制訂Industry 4．0的主要細(xì)節(jié)內(nèi)容。智能工廠能夠管控各種復(fù)雜情況，很少發(fā)生停車，并能更有效地制造產(chǎn)品。智能工廠與智能汽車、智能物流和智能電網(wǎng)的接口，將使得智能工廠成為未來智能基礎(chǔ)設(shè)施的主要部分，如圖2所示。這將導(dǎo)致產(chǎn)生常規(guī)價值鏈的變革，并出現(xiàn)新的業(yè)務(wù)模式。

圖2 智能基礎(chǔ)設(shè)施組成示意

Industry 4．0戰(zhàn)略愿景與目標(biāo)具體描述為以下幾個方面：

1) 在制造企業(yè)中，所有執(zhí)行者與資源之間將采用新的、高水平的社交媒體技術(shù)交互方式。一切都圍繞制造資源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行考慮，該網(wǎng)絡(luò)包括制造機(jī)器、機(jī)器人、運輸和倉儲系統(tǒng)以及各類生產(chǎn)設(shè)施。制造資源網(wǎng)絡(luò)基于知識是自治的、能夠響應(yīng)各種情況完成自身控制、具有自組織能力、并配備有分布廣泛的傳感器，同時與相關(guān)的規(guī)劃和管理系統(tǒng)緊密結(jié)合。作為愿景的關(guān)鍵部分，智能工廠將被嵌入到企業(yè)內(nèi)部的價值網(wǎng)絡(luò)中，并具有包括制造過程和制造產(chǎn)品的端到端的工程特征，從而實現(xiàn)數(shù)字和物理世界的無縫融合。

2) Industry 4．0 智能產(chǎn)品都將能唯一地被識別，任何時間都能確定其位置，甚至在智能產(chǎn)品加工期間，也能知道其制造過程的詳細(xì)情況。這就意味著在某些領(lǐng)域，智能產(chǎn)品將能控制半自治生產(chǎn)的個別階段。此外，還將能確保了解制成品的各種參數(shù)，從而做到功能最滿意，同時還能分辨在其生命周期期間磨損與損傷情況。共享上述信息可以從物流、調(diào)度和維護(hù)方面優(yōu)化智能工廠，同時實現(xiàn)與業(yè)務(wù)管理應(yīng)用的整合。

3) 在Industry 4．0的未來，工廠還能將單個用戶指定的產(chǎn)品性能結(jié)合進(jìn)設(shè)計、配置、定制、規(guī)劃、生產(chǎn)、運行和再周轉(zhuǎn)中；工廠在制造之前或制造期間，甚至也有可能在運行期間直接響應(yīng)最后一分鐘提出的變更需求。這將使得智能工廠能夠制造單個，甚至極少數(shù)量的產(chǎn)品。

4) Industry 4．0愿景的實現(xiàn)將使得企業(yè)員工能夠控制、調(diào)整和配置智能制造資源網(wǎng)絡(luò)以及建立在所處環(huán)境和與上下文有關(guān)的目標(biāo)基礎(chǔ)上的制造步驟。企業(yè)員工將能從執(zhí)行任務(wù)的路徑中解放出來，集中精力從事創(chuàng)新和增加附加值活動。但是，他們?nèi)詫⑻幱陉P(guān)鍵角色地位，特別是在保證質(zhì)量方面。

4 Industry 4．0的主要特征

為了確保德國在制造業(yè)市場和裝備制造業(yè)供應(yīng)商兩個方面的領(lǐng)導(dǎo)地位，Industry 4．0采用在制造業(yè)布局CPS以及加速CPS技術(shù)和產(chǎn)品市場化雙戰(zhàn)略。Industry 4．0在戰(zhàn)略層面能夠創(chuàng)建水平價值網(wǎng)絡(luò)，在業(yè)務(wù)流程層面(包括工程)提供跨越整個價值鏈的端到端集成，同時能夠?qū)崿F(xiàn)垂直集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)。具體表現(xiàn)為以下三方面特征：

1) 水平集成。在生產(chǎn)、自動化工程和工廠領(lǐng)域，水平集成是指用于制造和業(yè)務(wù)規(guī)劃流程不同階段的各種工廠系統(tǒng)的集成，其中包括在公司內(nèi)部(例如入庫、生產(chǎn)、出庫、市場)和幾個不同公司之間(價值網(wǎng)絡(luò))的集成。該集成的目標(biāo)是提供端到端的解決方案，通過水平集成開發(fā)公司內(nèi)部的價值鏈和網(wǎng)絡(luò)。

2) 端到端系統(tǒng)工程?？缭秸麄€價值鏈的端到端系統(tǒng)工程包括產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)實施以及服務(wù)五個階段。這就需要采用跨越不同技術(shù)學(xué)科的整體性系統(tǒng)工程方法。貫穿工程流程的端到端數(shù)字集成，橫跨不同的公司和整個產(chǎn)品價值鏈，同時考慮用戶需求，將數(shù)字世界和真實世界進(jìn)行集成。端到端數(shù)字系統(tǒng)工程和由此產(chǎn)生的價值鏈最優(yōu)化，將意味著用戶不再選擇由制造商指定的預(yù)先定義了性能范圍的產(chǎn)品，取而代之的是將單個功能和部件配合，以滿足指定的要求。通過CPS實現(xiàn)的基于模型的開發(fā)，允許采用一種端到端、模型化的數(shù)字方法，它包括從用戶需求到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，直至最終產(chǎn)品生產(chǎn)。這就使得在一個端到端系統(tǒng)工程工具鏈中就能識別和描述所有的依賴關(guān)系?；谕荒Ｐ湍軌蚱叫械亻_發(fā)制造系統(tǒng)，意味著它與產(chǎn)品的開發(fā)始終保持并駕齊驅(qū)，使制造單個產(chǎn)品成為可能。目前，國內(nèi)已著手開展這方面的工作[6]。

3) 垂直集成。垂直集成是指為了能夠?qū)崿F(xiàn)端到端解決方案在不同層級(例如執(zhí)行器和傳感器、控制、生產(chǎn)、管理、制造和執(zhí)行以及公司規(guī)劃級)的各種工廠系統(tǒng)的集成。

5 “智能工廠”是Industry 4．0 的核心

目前，Industry 4．0 已處在德國高科技戰(zhàn)略計劃的首要位置。該計劃主要分為兩大主題：

1) “智能工廠”重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程、網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)。

2) “智能生產(chǎn)”主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動、3D打印以及增材制造等技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。

在智能工廠中，人員、機(jī)器和資源相互之間進(jìn)行通信，就像在社交網(wǎng)絡(luò)一樣。智能產(chǎn)品能夠知道其被制造和打算被使用的詳細(xì)情況，主動支持制造過程，回答諸如“什么時候我被加工？”，“處理產(chǎn)品的哪一個參數(shù)？”，“產(chǎn)品被傳遞到何處？”等問題，從而能夠根據(jù)當(dāng)前的狀況靈活地決定生產(chǎn)過程。

為了實現(xiàn)Industry 4．0計劃，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)手，投入高達(dá)5億歐元支持該計劃，由德國人工智能研究中心(DFKI)牽頭，西門子公司、菲尼克斯電氣公司以及SAP公司等23家工業(yè)自動化企業(yè)參加，組成了“智能工廠創(chuàng)新聯(lián)盟”。該聯(lián)盟的目標(biāo)是研發(fā)、演示、應(yīng)用和分享創(chuàng)新的智能工廠技術(shù)，提出融合規(guī)劃、工程和生產(chǎn)工藝以及相關(guān)機(jī)電系統(tǒng)的全面解決方案，為該技術(shù)廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造條件[7]。

6 智能工廠的體系架構(gòu)

由于CPS進(jìn)入制造和物流的技術(shù)集成以及在工業(yè)流程中使用物聯(lián)網(wǎng)及其服務(wù)，從而產(chǎn)生了創(chuàng)新的工廠系統(tǒng)——智能工廠。完全不同于傳統(tǒng)的工廠自動化系統(tǒng)，智能工廠采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)，具體體系架構(gòu)如圖3所示。從中可以看出，對應(yīng)于傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場級使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；對應(yīng)于控制級采用CPPS；對應(yīng)的監(jiān)控管理級連接到安全可靠和可信的云網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)，采用服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)提供的服務(wù)。

圖3 智能工廠的體系架構(gòu)

1) 基于嵌入式Internet技術(shù)、無線自組織的機(jī)器對機(jī)器通信M2M(Machine-to-Machine)通信網(wǎng)絡(luò)。M2M是基于特定終端行業(yè)，以公共無線網(wǎng)絡(luò)為接入手段，為客戶提供機(jī)器到機(jī)器的通信解決方案，滿足客戶對生產(chǎn)過程監(jiān)控、指揮調(diào)度、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和測量、遠(yuǎn)程診斷等方面的信息化需求。M2M不是簡單的數(shù)據(jù)在機(jī)器和機(jī)器之間的傳輸，它是機(jī)器之間的一種智能化、交互式通信，即使人們沒有實時發(fā)信號，機(jī)器也會根據(jù)既定程序主動進(jìn)行通信，并根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)智能化地作出選擇，對相關(guān)設(shè)備發(fā)出正確的指令。工業(yè)控制需要實現(xiàn)智能化、遠(yuǎn)程化和實時化，隨著無線寬帶的突破，具有高數(shù)據(jù)傳輸速率、低占空比、IP網(wǎng)絡(luò)支持以及泛在移動性的M2M將提供更佳的承載基礎(chǔ)[8]。

2) CPPS。由于工業(yè)控制的可靠性要求非常高，因而生產(chǎn)流程控制采用靠近工廠機(jī)器設(shè)備的CPPS。按照文獻(xiàn)[9]： CPS是計算過程和物理過程的集成系統(tǒng)，利用嵌入式計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)對物理過程進(jìn)行監(jiān)測和控制，并通過反饋環(huán)實現(xiàn)計算過程和物理過程的相互影響。CPPS是一種網(wǎng)絡(luò)型嵌入式系統(tǒng)，它將打破在PC機(jī)時代建立的傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)的體系架構(gòu)，從而全面實現(xiàn)分布式智能。

3) 安全可靠和可信的云網(wǎng)絡(luò)。智能工廠的IT設(shè)施建立在云計算網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，云計算的本質(zhì)是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)模式，它類似于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心?？刂剖铱梢岳斫鉃樗接性疲紤]到控制的可靠性要求非常高，為CPPS提供服務(wù)的App平臺建立在工廠企業(yè)的私有云上。但是一些營運和生產(chǎn)管理,例如PLM，SCM，CRM，QMS，ERP以及MES的一些功能可以通過云計算網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)，從而可以降低創(chuàng)建和優(yōu)化基礎(chǔ)架構(gòu)的成本、提升生產(chǎn)管理的智能化水平、高效地跨地域協(xié)同以及提高快速響應(yīng)市場需求的能力等。

4) 基于CPS的高級工廠輔助系統(tǒng)?！爸悄芄S創(chuàng)新聯(lián)盟”十分重視將各種無線技術(shù)、平板電腦、智能手機(jī)以及室內(nèi)精確定位等多種IT領(lǐng)域成熟的最新技術(shù)，創(chuàng)新地引入新一代工廠系統(tǒng)，制成高級工廠輔助系統(tǒng)。2012年4月，谷歌公司發(fā)布了 “谷歌眼鏡“ 新產(chǎn)品，這是一款可穿戴移動終端產(chǎn)品?！肮雀柩坨R“采用了“擴(kuò)增實境”(Augmented Reality)又稱增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，在“實境”現(xiàn)實基礎(chǔ)上，將圖像、聲音和其他感官增強(qiáng)功能實時添加到真實世界的環(huán)境中，以虛擬現(xiàn)實把它擴(kuò)增，把真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到同一個畫面或空間，可以使用戶充分感知和操控虛擬的立體圖像。為此，“智能工廠創(chuàng)新聯(lián)盟”專門成立了項目組，經(jīng)過研究試驗，打算將該技術(shù)用于工業(yè)維護(hù)系統(tǒng)： 通過頭盔式顯示器將多種輔助信息顯示給用戶，包括虛擬儀表的面板、被維修設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及被維修設(shè)備零件圖等，從而大幅提高維護(hù)效率。利用這些高級工廠輔助系統(tǒng)還可以支持、幫助和培訓(xùn)新一代工作人員。

7 結(jié)束語

當(dāng)前，中國的制造業(yè)面臨十分嚴(yán)峻的考驗。長期以來，高投入、高消耗、高污染的生產(chǎn)模式已無法延續(xù)。為了提升競爭力，保持可持續(xù)發(fā)展，必須采用CPS、物聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)網(wǎng)技術(shù)，向智能、綠色和高效的智能工廠轉(zhuǎn)型升級。新一代智能工廠系統(tǒng)要求傳統(tǒng)的工業(yè)自動化技術(shù)必須向新一代信息與通信技術(shù)開放。自動化技術(shù)應(yīng)該轉(zhuǎn)換其研究聚焦點，從在各個獨立的學(xué)科(如分散系統(tǒng)或通信)開展?jié)u近的局部改善性研究，走向整體系統(tǒng)功能的再工程化研究。國內(nèi)同行應(yīng)該借鑒德國提出的新工業(yè)革命理念、目標(biāo)和制訂的路線圖，打破傳統(tǒng)理念，堅持進(jìn)行持續(xù)地技術(shù)轉(zhuǎn)型，重視將IT領(lǐng)域成熟的最新技術(shù)引入工業(yè)自動化領(lǐng)域，勇于創(chuàng)新，打造中國工業(yè)自動化升級版。

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