工業4.0：制造業未來？
http://www.moduwu.com 2013-04-27 14:21 來源：今日自動化
“工業4.0”是2013漢諾威國際工業博覽會上的最大熱詞。這項由德國聯盟教研部與聯邦經濟技術部聯手推動的戰略性項目，被看作是提振德國制造業的有力催化劑，也被認為將是全球制造業未來發展的方向。
德國制造工業是世界上最具競爭力的制造工業之一，在全球制造裝備領域擁有領頭羊的地位。這在很大程度上源于德國專注于創新工業科技產品的科研和開發，以及對復雜工業過程的管理。德國擁有強大的設備和車間制造工業，在世界信息技術領域擁有很高的能力水平，在嵌入式系統和自動化工程方面也有很專業的技術，這些因素共同奠定了德國在制造工程工業上的領軍地位。在挖掘新型工業化的潛能方面，德國將獨一無二地開啟一個新的工業時代：工業4.0。
前三次工業革命的到來造就了機械、電氣和信息技術。如今，物聯網和制造業服務正宣告著第四次工業革命——工業4.0的到來。在未來，廠商們將以“信息物理系統”（Cyber-Physical Systems：CPS）為框架建立包含其設備、倉儲系統和工業產品的全球性網絡。在制造業領域，CPS包含能夠獨立交換信息的小型智能機械、存儲系統和高效的產品設備，他們能夠獨立地完成運作和互相控制。隨著CPS的設備基礎改進到涉及制造、工程、材料使用和供應鏈以及生命周期管理的工業工序，智慧工廠似乎已經開始使用一種全新的途徑來生產產品了。智能產品的特征十分明顯，它們總是被投以關注的目光，我們都知曉它的發展歷程，也了解它的當前狀況，同時我們也了解它實現的方式。當指令經過CPS系統時，縱向需要經過工廠和公司的商業流程，橫向則連接了可以實時管理的衍生價值體系，這兩方面共同構建了嵌入式制造的系統網絡。此外，每一條指令都需要流經過程鏈條中的每一個環節。
工業4.0擁有巨大的潛力。智慧工廠讓用戶的個性定制化需求得以滿足，這就意味著，即使是一次性的產品也可以通過頗具收益的方式制造出來。在工業4.0中，對供應商而言，動態商業模式和工程流程使生產和交付變得更加靈活，而且對于生產中斷和故障可以靈活反應。現在工業制造在制造流程中已經能夠提供端到端的透明化，以促進選擇決策的制定。工業4.0將會發掘出創造價值的新方法，開發出商業新模型。特別需要說明是，工業4.0還將給新興公司和小型投資者的發展帶來契機，下游的服務也將從中受益。
此外，工業4.0將致力于解決當今世界遇到的一些挑戰，比如資源效率、城鎮化和人才結構調整等。工業4.0能夠持續帶來覆蓋整個價值網絡的資源生產率和效率的增益。同時能夠將人口結構變動和社會因素考慮在內，并設定合適的方式來組織生產。智能輔助系統可以把工人從單調、程式化的工作中解放出來，使其能夠將精力集中在創新和增值業務上。在關于熟練工短缺的問題上，工業4.0允許高齡的工人延長他們的工作生涯，使他們能夠長時間地保持生產力。靈活的工作組織形式使得工人們能夠更好地整合他們自己的工作，私人生活和持續的職業生涯發展將變得更有效率，可以說，工業4.0為工作和生活找到了一個更好的平衡點。
制造業工程領域的全球化競爭變得愈加激烈，德國并不是唯一一個在制造業部署物聯網和行業服務的國家。而且，并不是只有亞洲的很多競爭對手對德國造成了威脅，遠在大洋彼岸的美國也在通過程序提升“先進制造業”來采取措施反對“限制工業化”。
為了實現工業制造到工業4.0的轉變，德國需要實現一項雙重策略。不僅應該一如既往地把“信息和通訊科技”和“自身的傳統高科技策略”進行整合，以努力成為智能制造科技的主要供應商，尋求穩固自身在全球市場的領導地位。同時，還應創造并服務于CPS科技和產品。
為了達成這個雙重要求，以下幾個工業4.0的特征應該被執行：
⑴ 橫向集成需要通過價值網絡
⑵ 端到端的工程立體集成橫跨整個價值鏈
⑶ 垂直集成和網絡化的制造系統
通向工業4.0之路將會要求德國在研發上投入巨大的精力，為了實現雙重策略，所進行的研究首先必須實現“制造系統的水平和垂直集成”和“工程上端到端的集成”。此外，出于對工業4.0系統的要求和CPS科技持續發展的目的，在工作場所中新的社會基礎設施應該得到更多關注。
如果工業4.0被成功實現，研發也需要與之適應的工業化政策的支持。為此，以下8個領域需要進一步改進：
標準化和參考架構
工業4.0將會涉及網絡技術的設計并通過價值網絡集成幾家不同的公司。如果一攬子共同標準得以實現，這種合作伙伴關系將成為可能，而且需要一個參照架構來為這些標準提供描述并促進標準的實現。
復雜系統的管理
制造系統正在日益變得復雜，適當的計劃、描述和說明模型可以為這些復雜系統提供管理基礎。工程師們應該為了發展這些模型而進行更多的方法創新和工具應用。
一套綜合的工業基礎寬帶設施
毋庸置疑，綜合并高質量的通訊網絡是工業4.0的關鍵要求。無論是在德國國內，還是在德國與其他合作國家之間，寬帶網絡基礎設施也因此需要進一步的、大規模的拓展。
安全和安保
安全和安保是智能制造系統成功的關鍵。保障設備和產品自身不會引起使用者的危險，也不會對環境造成污染十分重要。同時，設備和產品中包含的信息特別需要被保護，以防止這些信息被濫用或者在未被授權的情況下使用。這將對安全和安保的架構和特殊識別碼的集成調用產生更高的要求，同時相關的培訓和職業生涯的持續發展規劃也要得到加強。
工作的組織和設計
在智慧工廠里，雇員的角色將會發生引人注目的改變。越來越多的實時導向性控制將會讓工作內容、工作流程和工作環境發生轉變。針對組織工作的社會科技的實現將會給工人提供承擔重大責任和加強個人發展的機會。當上述內容成為現實，進行合作的工作設計和職業生涯的學習途徑對于啟動參照模型課題將變尤為必要。
培訓和持續性的職業發展
工業4.0將從根本上改變工人們的工作和職業訴求。實施適合的培訓策略并用培養學習的方式組織工作也因此而變得非常必要，可以借此實現“活到老學到老”和基于工作地點的廣泛的個人發展。為了達成這項目標，模型課題和“最好的實用網絡”應該被進一步開發和提升，立體學習技術也應該投入研究。
規章制度
在工業4.0下建立新的制造流程和水平的商業網絡架構時必須遵守法律，而已存在的立法也同樣需要在必要時考慮創新對法律帶來的影響。面臨的挑戰包括合作信息的保護、責任議題、管理私人信息和貿易限制等。這將不僅對立法，也對其他代表商務行為的活動提出了要求——制度將作為一個涵蓋面廣泛的適用工具而存在，其中的內容條款包括指導方針、標準合同和公司集體協議，或者如審計類型的自律行為。
資源效率
除高花費以外，僅是制造工業在原材料和能源上的消費便已足夠引起一系列關于環境與安全的探討。工業4.0將會使得從原材料變為產品的過程更加多產和高效。企業將會權衡“投資在智慧工廠中的額外資源”與“帶來的潛在節約”之間的利弊，這對企業將非常必要。
通向工業4.0的路將會是一段革命性的進展。現有的基礎科技和經驗將不得不為了適應制造工業中的特殊設備而進行改變和革新，而且對于新地域和新市場的創新解決方案將不得不重新探索。一旦這些革新被成功實現，工業4.0將會使德國在繼續保持國內制造工業發展的前提下再次提升它的全球競爭力。(譯/王寶陽)
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