如果有人說“工廠會解決當前全球面臨的問題”赫裂，您可能會覺得這是在說大話摊唇。但現(xiàn)在真有一個國家正在努力實現(xiàn)這一宏偉概念左医，這個國家就是德國。

現(xiàn)在垄惧，德國政府提出了高技術(shù)戰(zhàn)略“工業(yè)4.0”刁愿，并開始推進這個產(chǎn)官學一體項目。如果用一個詞來概括這個概念搜计，那就是“互聯(lián)工廠”。就是通過互聯(lián)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡將工廠與工廠內(nèi)外的事物和服務連接起來娘介，創(chuàng)造前所未有的價值杉藐、構(gòu)建新的商業(yè)模式，甚至還能解決很多社會問題用载。本文將簡述從工業(yè)革命1.0到工業(yè)革命4.0攒置，并結(jié)合在 2013 漢諾威工業(yè)博覽會上所了解到的一些關于第四次工業(yè)革命的探討。

受中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會委托披蚕，筆者觀摩參與了德國漢諾威 2013 工業(yè)博覽會尖坦。這次漢諾威博覽會的熱議話題是“第四次工業(yè)革命”《锟剩“第四次工業(yè)革命”(Industrie 4.0)最早是在 2011 年漢諾威博覽會上装屈，由三位大學教授提出來的。

制造業(yè)在德國的國民經(jīng)濟中(創(chuàng)造的價值)占26%擒欢。作為提升傳統(tǒng)制造業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展方向路学，112頁的實施建議由項目研究組在2012年10月2日提交給德國聯(lián)邦政府此項目牽頭的教育科研部(BMBF)、經(jīng)濟部(BMWi)和內(nèi)政部(BMI)盒件。已撥款2億歐元(約16億人民幣)作為第一步的研發(fā)經(jīng)費蹬碧。

這是一場有組織的革命。德國的機械設備制造協(xié)會(VDMA)、電子工業(yè)中央聯(lián)盟(ZVEI)和信息通訊新媒體協(xié)會(BITKOM)有史以來第一次搭建了一個聯(lián)合工作平臺恩沽，2013年4月開始工作誊稚，任務之一就是協(xié)調(diào)已有的和要開始的研究項目。

在德國罗心，工業(yè)革命是如此認定劃分的：

第一次里伯，機械化。從18世紀末開始协屡，蒸汽機逐步取代人力俏脊。

當時，機器采用集中動力驅(qū)動肤晓，動力從上空的動力軸通過皮帶傳給機器爷贫。機械制造，之前已開始有分工补憾，但直到采用新動力方式惯篇，才開始如今天的形態(tài)。

機床制造忱厨，作為一個行業(yè)辱囤，最早從英國開始±鸬桑“Made in Germany”就是當年英國人在德國人造的機床上貼的(作為劣質(zhì)品的)警告標志牢介。

第二次，流水線生產(chǎn)揉拯。始于1913年美國人福特采用流水線制造汽車泳厌，規(guī)格化生產(chǎn)，成本大大下降液斩，價格從850US$降到370US$起驱。但同時也大大地放棄了個性化。機器和流水線開始逐步由電驅(qū)動谤赛，更易控制鹊获。

第三次，自動化追城。始于1974年刹碾。當時在德國一個小地方(Neuhausen im Enzkreis)的一個小企業(yè)(Klaschka GmbH)研發(fā)出了由集成電路制成的PLC(可編程邏輯控制器)±旄蹋控制邏輯教硫，相對繼電器組成的控制器，可以更方便更靈活地更換修改辆布，邁出了微處理器控制工業(yè)應用的第一步瞬矩。但當時正值冷戰(zhàn)茶鉴，沒有人想到這個小東西會對工業(yè)生產(chǎn)帶來如此大的變化，以致值得稱之為革命景用。以后涵叮，硬件水平、集成度不斷提高伞插，采用了C語言和更高級的編程語言割粮，不僅可以描述簡單的與或邏輯關系，還可以描述各種復雜的控制策略(PID媚污、自適應舀瓢、自學習等等)，現(xiàn)在已被廣泛使用皿掂，幾乎無處不在瓣车。

一個典型的例子是汽車工業(yè)。在上世紀八十年代末般供，美國麻省理工學院完成的一項耗資500萬US$的調(diào)研報告“改變了世界的機器”說菠贡，日本汽車工業(yè)之所以能在20年里搶占世界三分之一市場，除了“苗條”(零庫存)工廠外栅告，最重要的一點是因為廣泛實現(xiàn)了裝配自動化睛至，機器人輔助的裝配大幅度地提高了質(zhì)量與生產(chǎn)率，因此域抚，今后美國和歐洲的汽車工業(yè)很難與之競爭治部。但是，德國的汽車工業(yè)挺住了涵蔓，其中一個原因就是抡悼，德國的機器人中都裝有PLC，程序可以靈活地不斷更換改進鬓预。

而第四次工業(yè)革命的目標則是工廠智能化，Intelligente Fabrik(Smart Factory)颜说。

中心：讓網(wǎng)絡技術(shù)進入制造業(yè)购岗。

背景：今后制造業(yè)將面臨的形勢——緊缺的資源、能源轉(zhuǎn)變门粪、員工年齡結(jié)構(gòu)改變喊积、全球化。

技術(shù)基礎：網(wǎng)絡和空間分布系統(tǒng)玄妈、順暢的通訊乾吻，寬帶速度達7000Mbit/s。

特點：靈活易變拟蜻、高資源效率绎签、考慮人類工程學枯饿、以及使企業(yè)與顧客、業(yè)務伙伴最緊密地結(jié)合诡必。

設想的變革大致在以下幾個方面奢方。

1) 生產(chǎn)工藝與信息技術(shù)融合

目前所說的數(shù)字化工廠，首先強調(diào)的是生產(chǎn)計劃數(shù)字化和大量使用各種計算機輔助技術(shù)：CAD爸舒、CAM蟋字、CIM、PPS(生產(chǎn)計劃控制系統(tǒng))材又、PDM枫须、DMU(數(shù)字試驗模型)、PLM(產(chǎn)品生命周期管理)药屠，等等新俗，較多地是基于一個相對固定、由上而下的生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)人杜。而新的革命強調(diào)的則是分散动荚，降低集中控制度，增加生產(chǎn)設備的自主控制皱蝙，把分散的自主的智能化的制造設備悉通，通過網(wǎng)絡的形式緊密地聯(lián)接在一起，具有更開放矮层，更積極通訊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)滤填，更具動態(tài)性和靈活性，從而能發(fā)掘出更多優(yōu)化的可能晓言，估計可以提高生產(chǎn)效率 30%认扼。

其中，CPS 將起一個核心的作用重贺。CPS——Cyber-Physical System骑祟，網(wǎng)絡實體融合控制系統(tǒng)是一個由傳感器、控制電腦气笙、執(zhí)行器以及網(wǎng)絡組合的控制系統(tǒng)次企。

目前在某些領域，例如航空潜圃、汽車缸棵、化工生產(chǎn)、基礎建設谭期、能源堵第、健康、制造隧出、交通控制踏志、娛樂和消費性電子產(chǎn)品等等阀捅，已出現(xiàn)了類似于 CPS 的電子組合控制系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)目前通常都是嵌入式系統(tǒng)狰贯，比較強調(diào)其運算控制能力张鸟，CPS 則更強調(diào)實體裝置和電腦網(wǎng)絡的連結(jié)。

CPS 是借用技術(shù)手段實現(xiàn)人的控制在時間吼闽、空間等方面的延伸牌度，本質(zhì)就是人、機驱香、物的融合揖蜒。所以，也被稱為人機物融合系統(tǒng)示奉。

2)產(chǎn)品個性化

生產(chǎn)高度靈活的工廠可以迎合顧客對產(chǎn)品個性化升诡、多樣化、不斷改變的要求皇铝，可以通過現(xiàn)代化的手段页函，以大批量生產(chǎn)的成本，制造批產(chǎn)量 1 的產(chǎn)品锡胡。從某種意義上說庭四，回到了第一次工業(yè)革命之前。顧客與工廠頻繁交流溝通绘雁，不僅在訂合同前橡疼，而且在下訂單后、設計庐舟、加工欣除、裝配、調(diào)試階段挪略。因此历帚，顧客甚至可以在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中改動他的訂單細節(jié)。

舉個例子杠娱，力士樂泵廠抹缕，雖說年產(chǎn) 100 萬臺以上，但十幾個大類墨辛，每類有十幾個規(guī)格，每個規(guī)格的變量功能有十幾種趴俘，不同的限壓睹簇、恒功率值等等要設定。因此寥闪，最終產(chǎn)品好幾萬種太惠，每批量并不很多钮药。靈活多變的管理是極其重要的。

3)生產(chǎn)人性化

通過工廠智能化逼读，更多的員工可以有靈活的工作時間尺果，因此工作更安心了。

利用網(wǎng)絡青先，生產(chǎn)可以分散捌秩，從而可以分散能量供應。

利用網(wǎng)絡委鸯，員工可以就近脓大，甚至在家里上班。他們問道菲国，如果大量員工每天長途開車上班过桌，到廠里再花很大力氣節(jié)能減排，又有多大實際意義呢

一個設想的網(wǎng)絡化工廠

A. 所有加工設備射屿、待加工部件(運輸小車)诚摹、裝料機器手都裝有 CPS，都具有無線上網(wǎng)功能殴胧。

B. 待加工部件不通過中央控制器渗稍，直接與加工設備聯(lián)系確定，到哪臺設備進行哪些加工溃肪。工件控制工廠免胃。

C. 負責下道工序的加工設備直接調(diào)用待加工件，獨立自主的運輸小車根據(jù)地下鋪設的感應線路惫撰，把工件送給裝料機器手羔沙。

D. 所有后續(xù)工序需要的產(chǎn)品信息，包括生產(chǎn)銷售文件都由各工件自己攜帶厨钻。

E. 如果出現(xiàn)差錯扼雏，或顧客的特別要求與現(xiàn)有的 CAM 數(shù)據(jù)不符，研發(fā)部的工程師會立刻得到報警夯膀。補充改進措施會立刻在一個虛擬的試驗環(huán)境下檢查诗充，然后發(fā)給工件。德國應用技術(shù)研究院的制造設備與生產(chǎn)技術(shù)研究所(IPK)與柏林工大的機床與工廠管理研究所合作诱建，自 2008 年起就建立了一個名為 Sopro(生產(chǎn)自我組織)的示范性車間蝴蜓，以筆記本電腦模擬產(chǎn)品，自我安排加工武骆，起中心領導作用榛舍。在 Kaiserlautern 市的人工智能研究中心已經(jīng)建立了一個示范工廠，20 個企業(yè)參與了工廠的運營硝锨。

說一個示范工廠

德國 Wittenstein 公司在斯圖加特市內(nèi)新建了一個所謂“住宅區(qū)工廠”耽慌，機床卢圈、生產(chǎn)工具和半成品都已聯(lián)網(wǎng)，產(chǎn)品細節(jié)在最后一分鐘還可以更改辅任。制造的精密齒輪被用于方程式 I 的賽車借衅、航空與航天等設備中。

力士樂公司推出了開放核心立漏，即工程師可以用各種高級編程語言鹊属，通過各種編程工具，從各類硬件的各種操作系統(tǒng)出發(fā)旱婚，調(diào)用核心的控制功能婉劲，完成各種應用。演示模型是一個平板電腦针执，通過無線網(wǎng)絡(W-LAN)便锨，控制一個六自由度的平臺，隨平板電腦擺動我碟。

力士樂推出的開放核心

為力士樂設想的將來的工廠放案，全自動車間，技師帶著平板電腦矫俺，利用無線網(wǎng)絡吱殉，與各設備聯(lián)絡，了解情況厘托，調(diào)整狀況“第四次工業(yè)革命”在 2013 漢諾威工業(yè)博覽會上也被廣泛地討論了友雳。較普遍的意見是：

1)德國在機械制造、自動化及信息技術(shù)方面已經(jīng)很強大铅匹，德國經(jīng)濟就是依靠 know-how(技能)押赊、高質(zhì)量和首創(chuàng)的產(chǎn)品生存，所以包斑，有最好的前提條件流礁，在第四次工業(yè)革命中起領導作用，以保持并擴大德國制造業(yè)的傳統(tǒng)核心和國際領先地位罗丰。

2)第四次工業(yè)革命不會是一個從今天到明天神帅，一下子拋棄全部已有設備的突變，而是一個漸進的過程(2020-2030年)腊囤。前幾次工業(yè)革命中几菲，每個階段也都延續(xù)幾十年。因為韭展，在進行實質(zhì)性的工程技術(shù)改造之前购畴，首先需要的是，在參與者的腦子里發(fā)生改變，要進行跨技術(shù)領域的思考∠巢牛現(xiàn)在，經(jīng)濟界牡增、法律界旱樊、工會都已參與進來。

3)很重要的是要注重實效柑耙，不斷改進述茂、不停創(chuàng)新。

4)最終要贏得的是商業(yè)伙伴和員工雷鸟。如果做不到這點的話雇寇，所有閉門思考出來的方案都是沒有用的。

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