名词解释--德国工业4.0

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【名词解释】德国工业4.0：德国欲掀起第四次工业革命

如果有人说“工厂会解决当前全球面临的问题”，您可能会觉得这是在说大话。但现在真有一个国家正在努力实现这一宏伟概念，这个国家就是德国。现在，德国政府提出了高技术战略“工业4.0”（Industry 4.0），并开始推进这个产官学一体项目。
如果用一个词来概括这个概念，那就是“互联工厂”。就是通过互联网等通信网络将工厂与工厂内外的事物和服务连接起来，创造前所未有的价值、构建新的商业模式，甚至还能解决很多社会问题。
工业4.0的大体概念是在2011年于德国举行的工业设备展会“Hannover Messe 2011”上提出的。在2年后的“Hannover Messe 2013”上，由产官学专家组成的工作小组（WG）发表了最终报告（有德语版和英文版）＊。下面，笔者就根据该最终报告来解读一下工业4.0。
＊工业4.0工作组内不仅有能够代表德国的企业、研究机构和大学，还从政府机构聘请了观察员。主要企业有ABB、巴斯夫、宝马、博世、戴姆勒、英飞凌、思爱普（SAP）、西门子、蒂森克虏伯（ThyssenKrupp）及通快（TRUMPF）等。
关键是灵活运用ICT
“工业4.0”这一名称的含义是人类历史上的第四次工业革命（图1）。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。

图1：工业4.0的定位
定位于继机械化（第一次工业革命）、电气化（第二次工业革命）、自动化（第三次工业革命）之后的第四次工业革命。
本文图表均摘自《Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0》
其中的关键技术是信息通信技术（ICT），具体包括联网设备之间自动协调工作的M2M（Machine to Machine）、通过网络获得的大数据的运用、与生产系统以外的开发/销售/ERP（企业资源计划）/PLM（产品生命周期管理）/SCM（供应链管理）等业务系统联动，等等。
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。最终报告将这种升级后的工厂称做“智能工厂”（图2）。基于ICT的“智能化”本来就是在智能手机、智能仪表、智慧城市、智能电网等所有事物和服务中出现的动向。要实现工厂智能化的工业4.0也可以说是一个必然趋势。除工业4.0以外，通用电气也提出了与之基本相同的概念——“工业互联网”（Industrial Internet）。日本的各企业也在推进M2M和大数据应用。

图2：“智能工厂”构想
智能工厂的定位是构成物联网（IoT）和服务互联网（IoS）的一个要素。
可解决能源消耗和工作生活平衡问题
通过推进工厂智能化，不仅能够创造前所未有的产品、大幅提高生产效率，还能够解决当前社会面临的许多问题。比如能源消耗问题。现在，工厂在不开工时也要保持立刻就能重新开工的状态，这会消耗很多能源。而如果能够根据工厂的开工情况实时调整能源供应，就能大幅削减总体的能源消耗量（图3）。

图3：通过工厂智能化削减能源消耗量
通过根据开工情况调整能源供应，能够削减能源消耗量。
另外，工作组的最终报告还指出，工厂智能化能解决工作生活平衡问题。现在，在工厂工人的工作模式是到工厂上班，现场操作机械设备等，到了下班时间下班回家。但是，如果能通过ICT实现机械设备的远程操作，就不需要在工厂和家之间奔波，可以在安全的场所舒服地工作。工厂智能化还有利于提高工人的生活质量。
四大课题
虽然工业4.0展现了美好的未来，但实现这一概念却面临着四大课题，分别是标准化、复杂系统的管理、通信基础设施的建设、安全和保密。
标准化方面，随着工厂与工厂内外的很多事物和服务连接起来，通信手段及数据格式等很多事物必须制定标准。关于复杂系统的管理，随着生产系统与其他系统连接起来，整个系统变得复杂，管理变得越来越困难。通信基础设施问题指的是可用于工业用途的、可靠性（SLA：服务水平协议）高的通信基础设施。安全和保密方面，随着工厂与外部网络连接起来，遭到恶意软件入侵等网络攻击的风险也越来越大，因此急需采取安全和保密措施。

万花筒宇智波鼬

中国目前只有工业2.0的水平，相信总有一天可以实现工业4.0.