工業4.0項目是全球制造業最具競爭力的國家之一—德國于2013年4月在漢諾威工業博覽會上正式推出的項目,是2010年7月德國政府在《高技術戰略2020》確定的十大未來項目之一,旨在支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新。中國首套工業4.0流水線也已經亮相第十六屆中國工業博覽會,工業4.0業已進入中德合作新時代,中德雙方簽署的《中德合作行動綱要》中也存在有關工業4.0合作的內容。

　　以智能制造為主導的

　　第四次工業革命

　　“工業4.0”是以智能制造為主導的第四次工業革命,或革命性的生產方法,包含了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變,目標是建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式,旨在通過充分利用信息通信技術和網絡空間虛擬系統—信息物理系統相結合的手段,將制造業向智能化轉型。在這種模式中,傳統的行業界限將消失,并會產生各種新的活動領域和合作形式。創造新價值的過程正在發生改變,產業鏈分工將被重組。

　　“工業4.0”項目主要分為三大主題,一是“智能工廠”,重點研究智能化生產系統及過程,以及網絡化分布式生產設施的實現。二是“智能生產”,主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。該計劃將特別注重吸引中小企業參與,力圖使中小企業成為新一代智能化生產技術的使用者和受益者,同時也成為先進工業生產技術的創造者和供應者。三是“智能物流”,主要通過互聯網、物聯網、務聯網,整合物流資源,充分發揮現有物流資源供應方的效率,而需求方則能夠快速獲得服務匹配,得到物流支持。

　　多管齊下解決

　　“德國制造”危機

　　德國工業4.0戰略的要點可以概括為:建設一個網絡、研究兩大主題、實現三項集成、實施八項計劃。

　　建設一個網絡:信息物理系統網絡。信息物理系統就是將物理設備連接到互聯網上,讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協調和自治等五大功能,從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的融合。CPS可以將資源、信息、物體以及人緊密聯系在一起,從而創造物聯網及相關服務,并將生產工廠轉變為一個智能環境。這是實現工業4.0的基礎。

　　研究兩大主題:智能工廠和智能生產。“智能工廠”是未來智能基礎設施的關鍵組成部分,重點研究智能化生產系統及過程以及網絡化分布生產設施的實現。“智能生產”的側重點在于將人機互動、智能物流管理、3D打印等先進技術應用于整個工業生產過程,從而形成高度靈活、個性化、網絡化的產業鏈。生產流程智能化是實現工業4.0的關鍵。

　　實現三項集成:橫向集成、縱向集成與端對端的集成。工業4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通信設施通過CPS形成一個智能網絡,使人與人、人與機器、機器與機器以及服務與服務之間能夠互聯,從而實現橫向、縱向和端對端的高度集成。

　　實施八項計劃:工業4.0得以實現的基本保障。一是標準化和參考架構。需要開發出一套單一的共同標準,不同公司間的網絡連接和集成才會成為可能。二是管理復雜系統。適當的計劃和解釋性模型可以為管理日趨復雜的產品與制造系統提供基礎。三是一套綜合的工業寬帶基礎設施。可靠、全面、高品質的通信網絡是工業4.0的一個關鍵要求。四是安全和保障。在確保生產設施和產品本身不能對人與環境構成威脅的同時,要防止生產設施和產品濫用及未經授權的獲取。五是工作的組織和設計。隨著工作內容、流程和環境的變化,對管理工作提出了新的要求。六是培訓和持續的職業發展。有必要通過建立終身學習和持續職業發展計劃,幫助工人應對來自工作和技能的新要求。七是監管框架。創新帶來的諸如企業數據、責任、個人數據以及貿易限制等新問題,需要包括準則、示范合同、協議、審計等適當手段加以監管。八是資源利用效率。需要考慮和權衡在原材料與能源上的大量消耗給環境及安全供應帶來的諸多風險。