“工業(yè)正在前進，這絕不是什么遙遠的未來” 。
工業(yè)4.0：智能工廠的黎明 實體物理和虛擬網(wǎng)絡世界融合是未來的大趨勢。
整潔、光亮的未來工廠在靜悄悄地高效運轉，智能機器彼此協(xié)作，并與一支技術嫻熟的全球工作團隊相配合，他們不僅可以與工業(yè)生產鏈上下游的每一個環(huán)節(jié)智能互聯(lián)，還能與客戶直接溝通，滿足各種多元化、個性化的產品需求;如果需要，所有生產過程中的數(shù)據(jù)都將被搜集，情報分析系統(tǒng)和各種動態(tài)系統(tǒng)也將完美結合，信息與生產的互聯(lián)網(wǎng)絡在這里實現(xiàn)真正的價值。
“這個夢想盡管令人驚奇，但與現(xiàn)實的距離卻比我們想象得要近得多。”關注國外科技戰(zhàn)略的中國科學信息技術研究所戰(zhàn)略研究中心副研究員劉潤生說。據(jù)他介紹，位于德國安貝格的西門子電子制造廠恰似這個夢境，深刻地展現(xiàn)數(shù)字化的魔力：這座完美的高技術工廠占地1萬多平方米，以數(shù)字方式高效奇妙地運轉。其照單生產的定制生產過程涉及16億個零部件，每年生產5萬多種型號的產品。西門子公司向250家供應商采購大約1萬種材料，在這家工廠生產出950種不同產品。
“事實上早在2011年，以西門子為代表的德國先進制造廠商便聯(lián)合德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會等學界倡導了‘工業(yè)4.0’(Industry 4.0)概念。”劉潤生告訴科技日報記者，“他們認為，18世紀引入機械制造設備的工業(yè)是1.0時代，20世紀初的電氣化大規(guī)模生產是2.0時代，20世紀70年代開始的信息化是3.0時代，現(xiàn)在正在進入工業(yè)4.0時代，即以信息物理融合系統(tǒng)為基礎的智能化、網(wǎng)絡化的工業(yè)時代。”
“這個概念描述了由集中式控制向分布式增強型控制的基本范式轉變，目標是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化產品與服務的生產模式。”劉潤生說。
接下來的一段時間里，來自產業(yè)界和學界的聲音愈加強烈，直至2012年，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術部聯(lián)合將“工業(yè)4.0”列入《高技術戰(zhàn)略2020》的十大未來項目之一，以支持工業(yè)技術領域新一代關鍵技術的研發(fā)與創(chuàng)新。他們堅信，創(chuàng)造新價值的過程會由此發(fā)生改變，產業(yè)鏈分工將被重組。
為推動“工業(yè)4.0”的實現(xiàn)，德國機械及制造商協(xié)會、德國信息技術、通訊與新媒體協(xié)會、德國電子電氣制造商協(xié)會合作設立了“工業(yè)4.0平臺”。2013年4月，德國工程院向德國政府提交了工業(yè)4.0工作組的最終報告——《保障德國制造業(yè)的未來——關于實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》。“這份報告明確提出了德國向工業(yè)4.0轉變需要采取雙重策略，即德國要成為智能制造技術的主要供應商和CPS技術及產品的領先市場。”劉潤生說。
“所謂CPS，是Cyber-Physical Systems的縮寫，意為信息物理融合系統(tǒng)，也是實現(xiàn)工業(yè)4.0最核心的技術，它是把計算與通信深深地嵌入實物過程、與實物過程密切互動，從而給實物系統(tǒng)添加新的能力。”劉潤生說，“基于這項技術，生產和服務方式將得到進一步‘進化’，通過傳感網(wǎng)，虛擬空間的高級計算能力將與現(xiàn)實世界緊密相連，從而在生產制造過程中，采集并分析與設計、開發(fā)、生產有關的所有數(shù)據(jù)，形成可自律操作的智能生產系統(tǒng)——這就是工業(yè)4.0時代下的智能工廠。”
不過，CPS技術并非只受到德國人的青睞，據(jù)劉潤生介紹，美國早在2006年2月發(fā)布的《美國競爭力計劃》就將CPS列為重要的研究項目，而近年來CPS一直是美國政府先進制造領域和信息技術領域的研發(fā)重點。“企業(yè)方面，美國工業(yè)巨頭通用電氣公司力推其所謂的‘工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)’，其實質也是注重數(shù)字網(wǎng)絡世界與機器世界的深度融合。該公司于2012年還發(fā)布報告《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：突破智慧和機器的界限》，大舉開展概念和品牌營銷攻勢。”劉潤生說，“而今年3月，AT&T、思科、通用電氣、IBM和英特爾五家業(yè)界巨頭還創(chuàng)建了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，目前其成員已經(jīng)發(fā)展到了90個。”
“生產率增長的時代遠未過去。”通用電氣公司首席執(zhí)行官杰夫·伊梅爾特(Jeff Immelt)如是評價日益升溫的智能生產時代，“所有工業(yè)公司都不再等同于‘大鐵箱’，嶄新的制造方式將緊緊圍繞著我們的產品，數(shù)據(jù)和軟件相連，實時做出分析與判斷。工業(yè)正在前進，這絕不是什么遙遠的未來，這已經(jīng)是今日的現(xiàn)實。”
數(shù)字世界與現(xiàn)實世界的融合真的可以使經(jīng)濟發(fā)展進入新的階段?這聽上去足以讓工業(yè)4.0值得期待。劉潤生說：“它不僅為制造業(yè)提供了巨大機遇，還為工業(yè)流程和工業(yè)服務創(chuàng)造了新機遇;而工業(yè)4.0的概念從傳統(tǒng)的制造強國——德國起步，某種意義上來說也進一步強化了‘德國制造’這個品牌。”
“不過，工業(yè)4.0最深層的內涵依然在于對未來制造領域的深遠影響，我們必須深刻地理解和抓牢信息技術對工業(yè)轉型的巨大變革力量，實體物理世界和虛擬網(wǎng)絡世界的廣泛深度融合無疑是未來不可逆轉的大趨勢。”劉潤生說。
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