工业4.0 ：开启工厂可视未来

　　随着工业制造的飞速发展，工业化和信息化的“两化融合”——中国版工业4.0概念首次被正式提出，人机融合、物联网实际应用及未来工厂等为工业开启一个可视的未来。

　　十八世纪蒸汽机的诞生，标志着机器代替人类手工劳作的开始。那是一场机械化的革命，也开启了工业史的革新之路：从机械化到电气化再到自动化，三轮工业革命的到来让制造业不断升级换代。

　　在德国国家科学工程院院士和IPV6委员会的主席梅内尔眼中，人类即将迎来又一次产业升级。“从工业1.0蒸汽机问世到工业2.0电力诞生，大规模的生产日趋成型，到工业3.0有了电脑的介入，再到如今步入工业4.0的门槛。”

　　三年前的德国汉诺威工业博览会上，“工业4.0”的概念首次被提出时，它还略显陌生。但在近日上海举行的第十六届中国国际工业博览会上，这已经成为一大热门话题。工业化和信息化的“两化融合”——中国版工业4.0概念首次被正式提出，人机融合、物联网实际应用及未来工厂等为工业开启一个可视的未来。当人脑的活动被嵌入了机器中，工业史即将迎来最受瞩目的变革。

　　第一次工业革命是18世纪60年代至19世纪中期掀起的通过水力和蒸汽机实现的工厂机械化;第二次工业革命是19世纪后半期至20世纪初的电力广泛应用;第三次工业革命是20世纪后半期出现的、基于可编程逻辑控制器(PLC)的生产工艺自动化。工业4.0的定位是可与这些工业革命比肩的技术革新，这一名称的含义是人类历史上的第四次工业革命。

　　迎接“智造”时代

　　2011年的德国汉诺威工博会上，工业4.0的大体概念首次被提出。两三年后，这已经成为产学界的热门话题。在开山鼻祖德国，除了政府组织，不少企业都设立了相关项目，其中就包括戴姆勒、博世、西门子及SAP等德国代表性企业。

　　通用电气(GE)2012年秋季提出了“工业互联网”的概念，将产业设备与信息技术(IT)相融合，通过高功能设备、低成本传感器、互联网、大数据收集及分析等技术的融合来提高产业效率。根据GE的估算，工业互联网技术到2025年可应用于换算成GDP约为82万亿美元的产业，可使GDP至少提高10万亿至15万亿美元。

　　这成为工业4.0的范例之一。西门子中国执行副总裁吴和乐这样定义这个全新的工业时代，“我们正在目睹的是一场深刻的工业生产变革。在工业4.0时代，现实世界中的制造与虚拟世界中的制造相融合。人、机器和数据因为计算、自动化和网络所互相联结。”

　　在工业4.0中，最关键的技术之一是信息通信技术(ICT)，包括可以自动协调工作的物联网设备等。第三次工业革命的自动化只是在生产工艺中运用ICT，而工业4.0将大幅扩大应用对象。

　　而ABB中国区高级副总裁亚文霖对上证报记者表示，提到工业4.0，我们最常听到的就是物联网。“把生产过程中各个环节的资讯收集来加以分析处理。未来的发展取决于如何处理资讯，提取对生产制造过程有帮助信息。我们提供的服务可以将设备连接到网络，通过远端的信息，在设备坏掉之前我们及时提供服务。”

　　4.0应用让工厂变聪明

　　智能、联网及技术集成，一些4.0版的应用已经开始出现在现代工厂生产过程中。

　　记者在第十六届中国国际工业博览会上看到，各种各样的机器人已经能够和人类友好协作，共同参与生产任务。当它们出现在客厅里，它可以帮你倒咖啡，用托盘运送食物或者打扫屋子。

　　自首台工业机器人应用已经有40年，如今它开始走向与人类的融合。ABB中国区副总裁李刚介绍称，第一代机器人基本按照所编的程序工作，第二代机器人是带有传感器的智能机器人，可以完成协作式的工作。第三代机器人将是那些可以完全自主行动，像人类一样根据环境作出调整的机器人，目前还没有出现。

　　西门子曾这样描述“未来工厂”，“你会看到传送带安静而迅速地将工件运送到整洁的机器旁边。身形小巧、动作敏捷的运输机器魔幻般地在车间过道上穿梭往来，搬运物料，运送零件到仓库，焊接机器人快速做者焊接的工作。”

　　除了机器人，量身定制模式成为这种智能化应用的特征之一。德国的“工业4.0”国家项目的宗旨便是利用互联网和传感器，在最佳的时间点生产最佳的产品。在未来的智能工厂中，产品信息都将被输入到产品零部件本身，它们会根据自身生产需求，直接与生产系统和设备沟通，发出下一道生产工序指令。这种自主生产模式能够满足每位用户的“定制”需求。

　　工业4.0还预示着工业正在向着使用最新科技和创新理念的智能工厂转变。工厂智能设备的数量以及这些设备所提供的信息正在急剧增加。其一个重要焦点是个性化产品的市场趋势。SAP便提供自ERP企业数据到车间数据的离散制造业流线型解决方案，纵向集成从企业业务层到车间机器的所有相关流程。

　　让未来工业解决现实问题

　　随着工业4.0时代的到来，传感技术以及能量采集技术即将迎来蓬勃发展。中国科学院物联网研究发展中心项目经理邵海浪在工博会现场对上证报记者介绍说，和去年相比，今年许多物联网技术已经实现落地，由理论走向应用层面。其中，基于传感器的物联网应用进展较大，例如电子标签等。

　　邵海浪介绍称，应用方面的例子包括半导体热分析显微镜，去年的时候只能展示相当于微观级、科研级的东西，今年已经成为一个实际应用的产品。通过这个显微镜，通电以后可以用热的方式来感应电路板哪些地方过热或是热量不均匀，从而帮助技术人员改善电路板。

　　而亮相工博会的德国库卡LBRiiwa机器人在所有7个轴上都集成乐敏感的扭矩传感器，从而使得轻型机器人具有触感探测能力和可编程的随动性。

　　此外，推进工厂智能化，不仅能够大幅提高生产效率，还能够解决当前社会面临的许多问题，其中包括能源消耗问题。制造企业消耗大量的能源，但其中一半是以热能和动能的形式在生产过程中损耗掉的，世界各地的研发部门都在想方设法通过能量回收来终结这一浪费现象。在汽车车身的装配线上，机器人的能耗往往占据能量消耗总量的一半以上。为此，西门子、大众和德国弗劳恩霍夫协会联合开发了可大幅降低机器人能耗的新技术。

　　一些跨国的合作已经展开。中德双方便在第三轮中德政府磋商后发表的《中德合作行动纲要》中宣布，两国将开展“工业4.0”合作，该领域合作有望成为中德未来产业合作的新方向。