溫故2016︱工業(yè)4.0六大技術(shù)關(guān)鍵詞，智慧工廠離我們有多遠？

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被稱為第四次工業(yè)革命的工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略于 2011 年誕生于德國，是德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部在 2013 年漢諾威工業(yè)博覽會上提出的概念，于 2013 被德國政府納入國家戰(zhàn)略?？梢哉f工業(yè) 4.0 是對傳統(tǒng)制造的一種挑戰(zhàn)，從而達到智能制造。

任何革命的推動都離不開底層的技術(shù)，那關(guān)乎于工業(yè) 4.0 的技術(shù)都有哪些呢？今天與非網(wǎng)小編就給大伙盤點一下，那些關(guān)于工業(yè) 4.0 的技術(shù)關(guān)鍵詞。

工業(yè)機器人
說到機器人，對于大眾來講，這是一個存在于電影小說的詞匯。暖心的大白，掏寶貝的哆啦 A 夢，還有探究迷宮終點的德洛麗絲……然而這現(xiàn)實中與工業(yè) 4.0 搭邊的機器人又是一番怎樣的景象？

首先是國際市場，2013 年，全球機器人銷量增加 12%，達 1781132 臺，其中約 70%銷往日本、中國、美國、韓國和德國。汽車行業(yè)、化工行業(yè)、塑膠行業(yè)及食品行業(yè)的工業(yè)機器人銷量持續(xù)增加，電氣 / 電子行業(yè)機器人的安裝量也有所增加。2008-2013 年期間，機器人安裝量年平均增長率約為 9.5%。2015 年，全球工業(yè)機器人的供應(yīng)量首次突破 24 萬臺，高達 24.8 萬臺，同比增長 12.22%。

2011-2015 年全球工業(yè)機器人銷售量變化情況

在中國市場，中國的工業(yè)機器人 2015 年全年銷量累計 7.5 萬臺，占全球工業(yè)機器人市場份額超過四分之一，中國自 2013 年起連續(xù)三年成為全球最大的工業(yè)機器人消費市場。目前，中國正在服役的機器人已經(jīng)占比全球總量的 10%左右，2016 年 1-9 月我國工業(yè)機器人產(chǎn)量達到 50925 套，同比增長 30.8%。9 月產(chǎn)量 5728 套，同比增長 35.1%。

根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，2020 年、2025 年和 2030 年，工業(yè)機器人銷量分別是 15 萬臺、26 萬臺和 40 萬臺。預計未來 10 年中國機器人市場規(guī)模將達 6000 億元。

2012-2015 年全球工業(yè)機器人保有量變化情況

那工業(yè)機器人都有啥呢？全球工業(yè)機器人主要種類有：移動機器人、點焊機器人、弧焊機器人、激光加工機器人、真空機器人、潔凈機器人。

然而大伙更關(guān)心的可能是，機器人在工廠的普及對工人會有啥影響？

據(jù)了解，蘋果的中國代工廠富士康已部署超過 4 萬臺機器人意圖取代廉價勞動力。富士康昆山工廠也已裁員 6 萬人?！皺C器換人”造成了大量工廠失業(yè)，廉潔勞動力的時代是否會就此終結(jié)？就目前看來，隨著我國人口紅利逐步消失，生產(chǎn)力成本上升，以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，“機器換人”將成為制造行業(yè)的一大趨勢。

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智慧工廠
談及智慧工廠，還有兩次詞與之共存，一個是數(shù)字工廠，一個是智能制造。

數(shù)字化工廠是在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產(chǎn)過程進行仿真、評估和優(yōu)化，并進一步擴展到整個產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。

智慧工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強信息管理、服務(wù)；提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預，以及合理計劃排程。

智能制造系統(tǒng)在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。

這一切都是和工業(yè) 4.0 直接掛鉤，德國工業(yè) 4.0 的發(fā)展最終目的也就是智慧工廠。其中最重要的就是網(wǎng)宇實體系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems，CPS）的導入。CPS 為一整合運算、網(wǎng)路通訊與實體環(huán)境于一體的多維度復雜智慧系統(tǒng)，也就是利用結(jié)合后端運算平臺、現(xiàn)場感測器與致動器，在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)架構(gòu)下進行實時（Real-Time）的動態(tài)控制與服務(wù)。

說通俗點就是，該技術(shù)讓實體設(shè)備得以更智慧化，機器與機器（M2M）間可進行獨立交換訊息、觸發(fā)行動與相互控制，不但大幅改善制造過程、材料用生產(chǎn)過程、工業(yè)用工程，也讓供應(yīng)鏈與生命周期管理更加有效率。

然而目前國內(nèi)在智能制造上的現(xiàn)狀是——炒作，但是絕大多數(shù)企業(yè)還處在部分使用應(yīng)用軟件的階段，少數(shù)企業(yè)也只是實現(xiàn)了信息集成，也就是可以達到數(shù)字化工廠的水平；極少數(shù)企業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)人機的有效交互，也就是達到智慧工廠的水平。

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工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)（IOT）是連接數(shù)字世界和物理世界的橋梁，把實物聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)，最終實現(xiàn)物品與物品之間、人與物品之間全面的信息交互。而工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)只是這波潮流中的很火的一支。

波士頓的數(shù)據(jù)分析公司在今年 1 月發(fā)布了一份物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)報告，模型數(shù)據(jù)顯示，截止 2020 年，全球工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值將達到 1510 億美元。

這些都得益于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)非常廣闊的應(yīng)用場景，比如水電公用設(shè)施的數(shù)據(jù)、汽車行駛數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)灌溉數(shù)據(jù)，以及其他種種各行各業(yè)的數(shù)據(jù)，都要被記錄下來。為了支撐這些數(shù)據(jù)的傳輸和存儲，你可能需要各種服務(wù)器、衛(wèi)星、超低功耗無線局域網(wǎng)、流量傳輸服務(wù)等等，這些加起來可能每天都會產(chǎn)生數(shù)十億的費用。

在中國，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)又是怎樣一番景象？

2014 年我國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模達到 1157.3 億元，在整體物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中的占比約為 18%，2015 年我國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模接近 1500 億元，增長率達到 29%。中投顧問發(fā)布的《“十三五”數(shù)據(jù)中國建設(shè)下物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)深度調(diào)研及投資前景預測報告》預測在政策推動以及需求帶動下，到 2020 年，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在整體物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中的占比將達到 25%，規(guī)模將突破 4500 億元。

預測，未來 15 年中國將在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域受益約 1.8 萬億美元，其體量巨大，極具發(fā)展空間。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對 GDP 的累積影響

大數(shù)據(jù)
“大數(shù)據(jù)”是近年來 IT 行業(yè)的熱詞，大數(shù)據(jù)在各個行業(yè)的應(yīng)用逐漸變得廣泛起來。又稱巨量資料，指的是所涉及的數(shù)據(jù)資料量規(guī)模巨大到無法通過人腦甚至主流軟件工具，在合理時間內(nèi)達到擷取、管理、處理、并整理成為幫助企業(yè)經(jīng)營決策更積極目的的資訊。

大數(shù)據(jù)還可以把零碎的信息整合起來，發(fā)現(xiàn)大家最關(guān)心的話題。在即將過去的 2016 年，大數(shù)據(jù)分析出人們最關(guān)心的十大話題，前幾位分別是：供給側(cè)改革，全面二孩，工匠精神，人工智能等。

在工業(yè)領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)分析還是新鮮事物，但它已經(jīng)能幫助企業(yè)改進產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省能源并提高設(shè)備的性能。在工業(yè) 4.0 的環(huán)境下，對不同數(shù)據(jù)源（設(shè)備、系統(tǒng)和企業(yè)）進行收集和分析將成為未來企業(yè)進行實時決策的標準配備。

一般意義上，大數(shù)據(jù)有具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)種類多、商業(yè)價值高、處理速度高，在此基礎(chǔ)上，工業(yè)大數(shù)據(jù)還有兩大特點。分別為：準確率高和實時性強。

但是工業(yè)大數(shù)據(jù)到底有啥用呢？工業(yè)大數(shù)據(jù)是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的一次重大變革，對于工業(yè)化、信息化都還沒有完成的工業(yè)企業(yè)而言，數(shù)據(jù)化時代又到來了，挑戰(zhàn)很大。工業(yè)大數(shù)據(jù)不僅可以進行思維變革，而且可以梳理工業(yè)產(chǎn)品的競爭力在哪，繼續(xù)深挖下面數(shù)據(jù)的價值，抓住工業(yè)企業(yè)發(fā)展的痛點，尋求更多機遇。

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云計算
云計算是分布式計算技術(shù)的一種，其最基本的概念是透過網(wǎng)絡(luò)將龐大的計算處理程序自動分拆成無數(shù)個較小的子程序，再交由多部服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)經(jīng)搜尋、計算分析之后將處理結(jié)果回傳給用戶。透過這項技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以在數(shù)秒之內(nèi)，達成處理數(shù)以千萬計甚至億計的信息，達到和“超級計算機”同樣強大效能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

正如其名稱一樣，這是一個讓人暈的概念。那先不著急暈，關(guān)于工業(yè) 4.0 上的云計算又是怎樣的呢？

工業(yè)云通常指基于云計算架構(gòu)的工業(yè)云平臺和基于工業(yè)云平臺提供的工業(yè)云服務(wù)，涉及產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計、實驗和仿真、工程計算、工藝設(shè)計、加工制造及運營管理等諸多環(huán)節(jié)。工業(yè)云服務(wù)常見的方式有工業(yè) SaaS(Software as a Service)云服務(wù)、工業(yè) IaaS(Infrastructure as a Service)云服務(wù)、工業(yè) PaaS(Platform as a Service)云服務(wù)等方式。工業(yè)云基于云計算技術(shù)架構(gòu)，使工業(yè)設(shè)計和制造、生產(chǎn)運營管理等工具大眾化、簡潔化、透明化，通過工業(yè)云計算服務(wù)，可大幅提升工業(yè)企業(yè)全要素勞動生產(chǎn)率。

下面這張圖解釋了云計算和物聯(lián)網(wǎng)等等之間的關(guān)系。

下面了解一下工業(yè)云計算在中國的情況。

2013 年以來，國家出臺了一系列政策鼓勵工業(yè)云的發(fā)展，《國務(wù)院關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》、《國務(wù)院關(guān)于大力推進大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新若干政策措施的意見》、《中國制造 2025》、《信息化和工業(yè)化深度融合專項行動計劃(2013-2018 年)》等文件均把推動工業(yè)云的發(fā)展作為推動兩化深度融合和“互聯(lián)網(wǎng)+”的重要抓手。

據(jù)不完全統(tǒng)計，16 個工業(yè)云平臺注冊用戶數(shù)超過 1500 萬，企業(yè)用戶數(shù)超過 20 萬，提供軟件工具和軟件服務(wù)超過 3000 個，模型、圖紙、手冊等技術(shù)資源超過 4 萬個，培訓視頻超過 7500 部。

無論是互聯(lián)網(wǎng)影響傳統(tǒng)制造業(yè)，還是制造業(yè)受到互聯(lián)網(wǎng)浪潮的沖擊，都是需要云計算的支撐，未來傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型，更加離不開云計算的發(fā)展。

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虛擬制造
虛擬制造就是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的制造技術(shù)。它是 20 世紀 80 年代后期美國首先提出來的一種新思想，它是利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計算機技術(shù)等對現(xiàn)實制造活動中的人、物、信息及產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工制造等生產(chǎn)過程進行全面的仿真，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問題，預測、檢測、評價產(chǎn)品性能和產(chǎn)品的可制造性等，在產(chǎn)品實際生產(chǎn)前就采取預防措施，確保產(chǎn)品一次性開發(fā)成功，以達到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、增強企業(yè)競爭力的目的。典型的虛擬制造技術(shù)分為：虛擬裝配，多學科協(xié)同仿真，虛擬車間布局設(shè)計。

現(xiàn)如今，虛擬制造在工業(yè)發(fā)達國家，如美國、德國、日本等已得到了不同程度的研究和應(yīng)用。在這一領(lǐng)域，美國處于國際研究的前沿。福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司在新型汽車的開發(fā)中已經(jīng)應(yīng)用了虛擬制造技術(shù)，大大縮短了產(chǎn)品的發(fā)布時間。

在我國，清華大學、北京航空航天大學、哈爾濱工業(yè)大學等科研教學單位也已經(jīng)開展了這一領(lǐng)域的研究工作。當前我國虛擬制造應(yīng)用的重點研究方向是基于我國國情，進行產(chǎn)品的三維虛擬設(shè)計、加工過程仿真和產(chǎn)品裝配仿真，主要是研究如何生成可信度高的產(chǎn)品虛擬樣機，在產(chǎn)品設(shè)計階段能夠以較高的置信度預測所設(shè)計產(chǎn)品的最終性能和可制造性。

總之，虛擬制造技術(shù)的發(fā)展應(yīng)結(jié)合我國制造業(yè)自身的特點，在吸收國外成熟經(jīng)驗的基礎(chǔ)上大膽創(chuàng)新，形成特色發(fā)展?？梢灶A言，隨著我國對虛擬制造技術(shù)研究的深入，其應(yīng)用已為期不遠。

在工業(yè) 4.0 的影響下，傳統(tǒng)工業(yè)制造方式必將迎來一次大變革，這些技術(shù)則是智慧工廠實現(xiàn)的基礎(chǔ)，在深層次的技術(shù)上又是相通的。早早就提出的工業(yè) 4.0 概念也必定是一步一步遵循著技術(shù)發(fā)展，去滿足現(xiàn)實中生產(chǎn)的需要，來徹底革傳統(tǒng)制造的命。

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