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1、智能制造与工业4.0 摘要： “工业 4.0”概念最早出现于德国政府2011 年 11 月公布的高技术战略2020，2013 年德国汉诺威工业博览会上，工业 4.0 再度亮相，并迅速上升为德国国家战略。“工业4.0”是利用信息化技术促进产业变革的时代，即智能化时代，其要求企业信息化从车间延伸到整个工厂乃至整条供应链，将物联网及服务全面引入制造业，实现智能制造、智能经营。关键词： 工业 4.0；智能制造；工业革命一、工业 4.0 “工业 4.0”是德国率先实施的全球市场运动，对全球未来工业走向有着深远影响。“工业4.0”这一概念为全球产业界展现了一幅全新的工业蓝图：在一个智能、网络化的世界里，信
2、息物理系统（Cyber-Physical System ，简称 CPS ）将渗透到所有的关键领域，涵盖自动化、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和应用领域，在 CPS 的不断推动下， 工业创造新价值的过程将逐步发生改变， 产业链分工重组， 传统行业界限消失， 并衍生出新活动领域和合作形式，最终实现全面灵活的智能制造。工业生产过程更加灵活坚强。“工业4.0”使动态的、适时优化的和自我组织的价值链成为现实， 并带来诸如成本、 可利用性和资源消耗等不同标准的最优化选择。包括在制造领域的所有因素和资源间形成全新的循环网络、智能产品独特的可识别性、个性化产品定制以及高度灵活的
3、工作环境。全新商业模式和合作模式。 这些模式将力争确保潜在的商业利润在整个价值链、所有利益相关人之间公平地共享， 包括那些新进入的利益相关人。 同时， “工业 4.0”、“网络化制造”、“自我组织适应性强的物流”和“集成客户的制造工程”等特征，使它追求新的商业模式，从而率先满足动态的商业网络，这将引发一系列融资、发展、可靠性、风险、责任和知识产权、技术安全问题。工作方式和环境全新变化。 全新的协作工作方式使工作可以脱离工厂，通过虚拟的、移动的方式开展。 员工将拥有高度的管理自主权，可以更加积极地投入和调节自己的工作。 同时，随着工作环境和工作方式的巨大改变，可以大幅度提升老年人和妇女的就业比例
4、， 确保人口结构的变化不影响当前的生活水平。促进形成全新的信息物理系统平台。 全新的信息物理系统平台能够联系到所有参与人员、物体和系统，将提供全面、快捷、安全可靠的服务和应用业务流程，支持移动终端设备和业务网络中的协同制造、服务、分析和预测流程等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 二、智能制造工厂工业 4.0 是一个产业的技术转型，是产业的变革。工业4.0 提出的智能制造是面向产品全生命周期， 实现泛在感知条件下的
5、信息化制造。智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术以及人工智能的基础上，通过感知、人机交互、决策、执行和反馈，实现产品设计过程、制造过程和企业管理及服务的智能化，是信息技术与制造技术的深度融合与集成。智能化和自动化的最大区别在于知识的含量。智能制造是基于科学而非仅凭经验的制造， 科学知识是智能化的基础。 因此，智能制造包含物质的和非物质的处理过程，不仅具有完善和快捷响应的物料供应链，还需要有稳定且强有力的知识供应链和产学研联盟， 源源不断地提供高素质人才和工业需要的创新成果，发展高附加值的新产品，促进产业不断转型升级。智能制造是可持续发展的制造模式， 它借助计算机建模仿真和信息通信
6、技术的巨大潜力， 优化产品的设计和制造过程， 大幅度减少物质资源和能源的消耗以及各种废弃物的产生，同时实现循环再用，减少排放，保护环境。基于工业4. 0 构思的智能工厂将由物理系统和虚拟的信息系统组成，称之为信息物理生产系统(Cyber Physics Production System ，CPPS) ，是为明天制造业勾画的蓝图，对应于进行物质生产的系统有一个虚拟的信息系统，它是物理系统的“灵魂”，控制和管理物理系统的生产和运作。 物理系统与信息系统通过移动互联网和物联网协同交互。因此，这样的工厂不一定是在一个围墙里的实体车间。它可以借助网络利用分散在各地的社会闲置设备，无需“关心”设备的确切
7、所在地，只要关心设备可用与否，它是“全球本地化”的工厂。就好像在淘宝网上购物，并不需要知道实体商店在哪里，下了订单，宝贝就会快递到家。这种新的生产模式， 必将导致新的商业模式、 管理模式、 企业组织模式以及人才需求的巨大变化。首先是产品设计与生产的分离。今天，大到飞机、小到手机大多已经是异地设计和生产的。 关键是如何借助信息技术和网络将其进一步组织得更有效、更节约资源。工业4.0 提出以通信和服务为基础构建网络化智能工厂的设想。智能工厂的生产环境由智能产品、智能设备、宜人的工作环境、高素质的劳动者和智能能源供应组成，他们相互之间进行企业内的通信，包括生产数据采集、工况分析、制造决策等。若干智能
8、工厂通过中间件、云计算和服务连接成庞大的制造网络，借助基于物流网的智能物流构建完整的制造体系。因此，生产优势不仅是在特定生产条件下一次性体现，也以实现多家工厂、 多个生产单名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 元所形成的全球网络环境下的生产集合体的最优化为目标。智能工厂和物流之间的所有活动需要实时通信、交互和确认， 即共同遵守规则环境，共同完成由顶层下达的任务。建立这样分散的、 网络化的智能工厂体系需要有一定的基础，
9、应具有以下5 个要素条件 :(1)智能生产和产品， 以先进的信息物理融合的设备生产高附加值的软硬结合的智能产品。(2)真实的企业环境，当前企业转型升级的途径和规划。(3)宏观和微观经济环境，主要是产业政策和市场需求。 (4)人的因素，体现为新一代的管理人员、市场营销人员、技术人员和工人。 (5) 技术因素，主要体现为网络和通信基础设施的安全性和可靠性，智能生产技术等。不同信息物理融合系统之间能够协同运作的决定性因素如下:(1)不同应用程序的信息必须在语义上是兼容的，才有可能进行相互通信。(2)具有实时传感器和执行器嵌入式系统的物理环境。(3)通过网络嵌入不同的 “系统中的系统” 。(4)所有的
10、系统具有自适应性和局部的自主权以及合作与分布式控制系统。(5) 广泛的人机合作和协同。三、智能制造的应用工业 4. 0 项目建立了一个智能工厂的示范项目。它以液体产品(如洗涤液 ) 生产为例，包括液体制备和液体灌装两部分，不同的液体产品由不同组分混合配制而成，灌装后需要用不同颜色的瓶盖和标签，表明是谁的订货，发送到哪里，整个生产系统有无线网络覆盖， 广泛采用射频识别。 智能装备的控制模式和人机界面将会有很大的变化，Wi Fi 宽带、蓝牙近距通信等网络性能的提高，基于平板电脑、 手机和穿戴设备等基于网络的移动控制方式会越来越普及。与时俱进的触摸屏和多点触控的图形化人机界面将逐步取代按钮、开关、鼠
11、标和键盘。人们， 特别是年轻人已经习惯智能电子消费产品的操作方式，能够快速做出反应，切换屏幕， 上传或下载数据， 从而大大丰富了人机交互的内容，同时明显降低误操作率。在智能工厂运行中， 以比特表征的信息比原子组成的物质更加重要。机器不仅是生产工具和设备， 更是工厂信息网络的节点。 机器不仅延伸人的体力， 也延伸了人的脑力，能够识别工件、与人交互，按照人编制的控制程序工作。机器与机器(物与物 )之间也能够相互进行通信，感知相关设备和环境的变化，协同完成加工任务，构成基于物联网的智能化车间。智能工厂远在天边， 近在眼前。 大家都争先恐后抢占制高点。一切并非天方名师资料总结 - - -精品资料欢迎下
12、载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 夜谭，今天已经开始。智能工厂将改变制造业的工作环境，使操作者远离危险。 智能管理和智能服务是智能制造的重要组成部分。 工厂不仅是在围墙和大楼里， 而且是 “空中在线”，不管你身处何处，都好像在办公室和车间一样， 与你的同事和客户保持密切联系，调阅各种文件和档案，处理各种生产问题。智能服务不仅局限于远程故障诊断、互联网技术服务和支持， 还引发了新的商业模式。 例如，德国大众汽车公司在总部附近有山有水风景秀丽的地方建了一个
13、汽车综合城(Autostadt)，这是包括新车展示和交付、汽车博物馆和生产线参观、五星级酒店、培训等集4S 服务、休闲和旅游为一体的智能服务新模式。参考文献1 张曙. 智能制造与未来制造 J. 现代制造， 2014(1):24 252 张曙. 工业 4_0 和智能制造 . 机械设计与制造工程2014(8):43 8. 3 陈渊源 . 工业 4_0_智能制造决胜未来 . 上海信息化 . 4 工业 4.0 工作组德国工业4.0 战略计划实施建议 J机械工程导报，2014(1):31 45名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -