工業(yè)4.0及其對(duì)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的影響

肖忠云

摘要：本文詳細(xì)闡述了工業(yè)4.0的由來(lái)、含義、內(nèi)容及其表現(xiàn)形式。并針對(duì)中國(guó)目前的國(guó)情，提出了要想實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0，中國(guó)加工制造業(yè)仍需努力和改進(jìn)的地方。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0；智能物聯(lián)；信息化

【中圖分類(lèi)號(hào)】F426.4

德國(guó)政府在《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》一文中指出，將工業(yè)4.0作為德國(guó)十大未來(lái)項(xiàng)目之一，并于2013年4月在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式推出，目的就是為了在工業(yè)領(lǐng)域引領(lǐng)新一輪的革命性技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新。

一、工業(yè)4.0由來(lái)及含義

德國(guó)詳盡的分析了工業(yè) 4.0 所具備的內(nèi)涵、前景以及技術(shù)內(nèi)容，并提出了相應(yīng)的戰(zhàn)略實(shí)施建議。本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它沒(méi)有引入更新的技術(shù)，但是它的重點(diǎn)在于，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，如何提高計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，并使之與物理設(shè)備更緊密地融合，形成信息物理融合系統(tǒng)，從而建立起一種協(xié)同度高、利用率高的互聯(lián)互通關(guān)系。具體表現(xiàn)為：在新工廠內(nèi)的生產(chǎn)系統(tǒng)中，所需的產(chǎn)品組件直接與生產(chǎn)系統(tǒng)相溝通，發(fā)出相應(yīng)指令，指導(dǎo)接下來(lái)的生產(chǎn)過(guò)程。這將會(huì)徹底改變整個(gè)傳統(tǒng)制造過(guò)程，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)智能化程度更高，物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更加緊密。不同的生產(chǎn)組件之間可以相互溝通，反應(yīng)也更加迅速。

在這樣的互聯(lián)互通關(guān)系下，生產(chǎn)設(shè)備可以互相溝通，交換信息，互相控制，同時(shí)又可以獨(dú)立自主地運(yùn)作。德國(guó)的人工智能研究中心和西門(mén)子等其他20多個(gè)研究、工業(yè)伙伴共同在德國(guó)建了一家示范智能工廠，在實(shí)際生產(chǎn)中闡釋了信息物理融合系統(tǒng)—CPS 的運(yùn)轉(zhuǎn)方式。在該家示范工廠內(nèi)，通過(guò)肥皂瓶的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行展示產(chǎn)品與制造機(jī)器之間的通信方式。將無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）標(biāo)簽貼在空的肥皂瓶上面，這些RFID標(biāo)簽將指導(dǎo)生產(chǎn)機(jī)器該為瓶子套上黑色瓶蓋或者白色瓶蓋。這和傳統(tǒng)意義的生產(chǎn)線顯然不同：傳統(tǒng)意義的生產(chǎn)線可以隨機(jī)地給肥皂瓶套上黑色或白色的瓶蓋，卻不能根據(jù)加在瓶身上的信息有選擇性的套某種顏色的瓶蓋。也就是說(shuō)，對(duì)于目標(biāo)產(chǎn)品，在生產(chǎn)之初，從原材料、零部件開(kāi)始就攜帶有數(shù)字信號(hào)的標(biāo)簽，通過(guò)RFID無(wú)線訊號(hào)與周?chē)h(huán)境、加工設(shè)備相互交流。此時(shí)，連接真實(shí)世界與虛擬世界的信息物理融合系統(tǒng)—在該產(chǎn)品身上得到了很好的體現(xiàn)。CPS的涵蓋面很廣，從機(jī)械加工制造業(yè)中的存儲(chǔ)系統(tǒng)、智能機(jī)器到生產(chǎn)設(shè)備都可以成為 CPS。這將會(huì)從根本上改變包括工程、制造、供應(yīng)鏈、材料使用和生命周期管理在內(nèi)的整個(gè)工業(yè)過(guò)程。德國(guó)的電子電氣工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布預(yù)測(cè)：不同生產(chǎn)部件之間可以相互溝通，將使生產(chǎn)效率提高30%左右?？梢钥闯觯谔岢?jié)能、環(huán)保、高效生產(chǎn)的今天，工業(yè)4.0將會(huì)在未來(lái)影響或決定著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展速度[1]。

回顧人類(lèi)歷史上經(jīng)歷的三次工業(yè)革命，工業(yè)1.0：18世紀(jì)末由機(jī)械制造設(shè)備引起；工業(yè)2.0：、20世紀(jì)初以電氣化技術(shù)為基礎(chǔ)的大規(guī)模生產(chǎn)方式；工業(yè)3.0：20世紀(jì)70年代以IT技術(shù)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)。而對(duì)于今天的工業(yè)4.0，支撐技術(shù)必然是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和制造業(yè)向服務(wù)化轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。

工業(yè) 4.0項(xiàng)目主要包括兩個(gè)方面，第一是指“智能工廠”，這包括工業(yè)智能傳感器系統(tǒng)、過(guò)程和分布式的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施，以此來(lái)滿足智能化生產(chǎn)所需；第二是指“智能生產(chǎn)”，包括整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃、內(nèi)外物流、現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)交互界面以及3D打印技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中的具體應(yīng)用等。在工業(yè) 4.0的指導(dǎo)下，中小型企業(yè)都可以低門(mén)檻、方便、便捷地參與其中，并搖身轉(zhuǎn)變成為智能化制造技術(shù)的實(shí)踐者和受益者，同時(shí)還是先進(jìn)工業(yè)制造技術(shù)的創(chuàng)造者、供應(yīng)商[2]。

二、工業(yè)4.0對(duì)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的影響

作為東方大國(guó)的中國(guó)，憑借其巨大的制造業(yè)總量被稱(chēng)為：“世界工廠”。但事實(shí)情況是，中國(guó)的制造業(yè)水平在全球價(jià)值鏈中仍處在低附加值的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，高強(qiáng)度、高消耗、高密集化的使用資源，給環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力。此外，人口老齡化是中國(guó)的制造業(yè)正在面臨的另一大嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。如果“世界工廠”化的生產(chǎn)模式不加以轉(zhuǎn)變，中國(guó)的制造業(yè)將很難實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，這將會(huì)給中國(guó)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生帶來(lái)巨大的沖擊和損失。工業(yè) 4.0 實(shí)施戰(zhàn)略，重點(diǎn)關(guān)注加工制造過(guò)程中的信息化，以信息技術(shù)推動(dòng)加工制造業(yè)，實(shí)現(xiàn)其持續(xù)發(fā)展。這對(duì)我國(guó)加工制造業(yè)的發(fā)展有一定的啟示作用[3]。

1. 在政策導(dǎo)向上，要看準(zhǔn)“智能聯(lián)動(dòng)”，將其作為信息采集和信息智能化處理相融合的戰(zhàn)略支點(diǎn)。我國(guó)要努力將制造業(yè)的中心由傳統(tǒng)方式轉(zhuǎn)變到物聯(lián)網(wǎng)和智能聯(lián)動(dòng)上來(lái)。將傳統(tǒng)的信息化和單純的自動(dòng)化升級(jí)為智能化。注重政府與企業(yè)之間的共同合作，形成有效的政企聯(lián)盟，協(xié)同創(chuàng)新，使資源的利用效率最大化。

2. 在技術(shù)方面，智能聯(lián)動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)是信息的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，只有相關(guān)約定、協(xié)議格式統(tǒng)一，信息溝通才能有效進(jìn)行。此外，信息技術(shù)服務(wù)的平臺(tái)化也是另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)以上的目標(biāo)，必須做到硬件通用化，在彼此獨(dú)立的子系統(tǒng)中，硬件必須滿足通用化才能保障智能聯(lián)動(dòng)的順利進(jìn)行；軟件信息化，充分利用重復(fù)資源，例如相關(guān)的軟件等。軟件可重復(fù)利用，是實(shí)現(xiàn)高效率、低投入、高產(chǎn)出的基礎(chǔ)。

3. 資金投入更大。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、信息通道系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、機(jī)器人等不但要增加設(shè)施設(shè)備，而且還要進(jìn)行整合。這就要求企業(yè)開(kāi)辟更加廣闊的融資來(lái)源，以解決建設(shè)智能生產(chǎn)系統(tǒng)之需。

4. 人員要分流。傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)人員密集型的特點(diǎn)顯著，而智能機(jī)械制造系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)業(yè)工人數(shù)量需求更少但綜合素質(zhì)要求更高，實(shí)施產(chǎn)業(yè)升級(jí)富余出來(lái)的工人，將分流到其它行業(yè)中去，其中，自主再創(chuàng)業(yè)和服務(wù)業(yè)應(yīng)有很大的包容能力。政府和企業(yè)都應(yīng)為安置好這部分人員發(fā)揮作用。

中國(guó)要想實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0，目前的道路還任重道遠(yuǎn)。本文也提出了對(duì)中國(guó)制造業(yè)的幾點(diǎn)建議：1.師夷長(zhǎng)技，要深入了解加工制造過(guò)程，學(xué)習(xí)先進(jìn)國(guó)家是如何設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的；2.要了解加工裝備，尋求裝備之間的差異化，找到實(shí)現(xiàn)更大單位產(chǎn)出的方法；3.要認(rèn)真思考，以提高產(chǎn)品已有價(jià)值、發(fā)現(xiàn)新的潛在價(jià)值為目的；4.從管理層抓起，以規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化兩化融合的方面為落腳點(diǎn)。5、要抓基礎(chǔ)科學(xué)研究。我國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)落后，所以不能及時(shí)把一些高新技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。要通過(guò)政策導(dǎo)向和增加投入，夯實(shí)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)。6、加強(qiáng)人才培養(yǎng)。要通過(guò)知識(shí)教育和技能培訓(xùn)，提高從業(yè)人員的綜合素質(zhì)。加強(qiáng)系統(tǒng)集成工程研發(fā)，行業(yè)要發(fā)揮協(xié)調(diào)作用，集中優(yōu)勢(shì)力量，研究系統(tǒng)集成規(guī)律，提高整合質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]董鵬. “工業(yè)4.0”之思考[J]. 機(jī)械制造文摘（焊接分冊(cè)），2014，06：30-33.

[2]李云志. “工業(yè)4.0”時(shí)代的管理架構(gòu)研究[J]. 管理觀察，2014，24：95-96.

[3]陳智呈，鄭松. 工業(yè)4.0與智能聯(lián)動(dòng)戰(zhàn)略[J]. 信息技術(shù)與信息化，2014，06：76-78+89.