智能工厂与装备制造业转型升级

3 信息物理融合系统开启了Industry 4. 0 工业革命

　　德国是高度工业化的、以制造业为导向的出口型经济技术强国。为了确保制造业世界领先地位,从实际国情出发,德国于2012 年首先将CPS 技术创新性地应用于制造工业,提出了基于信息物理融合系统的Industry 4. 0 第四次工业革命战略计划。

　　在Industry 4. 0 时代,每个工厂企业都将建立“数字企业平台”,通过开放接口将虚拟环境与基础架构融为一体,从而构成信息物理融合系统(CPS),生产自动化系统将升级为信息物理融合生产系统(cyber physical production system,CPPS)。Industry 4. 0将由集中式控制向分散式增强型控制基本模式转变。在这种模式中,传统的行业界限将消失,并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变,产业链分工将被重组,将使人类从“自动化生产”进入“智能化生产、绿色生产、都市化生产”。

　　Industry 4. 0 将成为智能的网络世界的一部分。在一个智能的网络世界,所有主要工业领域都将感受到它的存在。物联网及其服务推动这些领域产生重大变革,从而产生了能源领域的智能电网,可持续的移动策略(智能汽车、智能仓储) 以及健康领域的智能健康。在制造环境中,实现横跨整个价值网络的垂直网络化、端到端工程和水平集成,价值网络上的产品和系统日益智能化。

　　Industry 4. 0 集中于创建智能产品、规范和方法。智能工厂制定Industry 4. 0 的主要细节内容。智能工厂能够管控各种复杂情况,很少发生停车,并能更有效地制造产品。在智能工厂中,人员、机器和资源相互之间进行通信,就像在社交网络一样。智能产品能够知道它们被制造和打算被使用的详细情况。它们主动支持制造过程,回答诸如“什么时候我被加工?”“处理产品的哪一个参数?”“产品被传递到何处?”等问题。智能产品与智能汽车、智能物流和智能电网相对接,将使得智能工厂成为将来智能基础设施的主要部分。这将使常规价值链发生变革,并出现新的业务模式。智能工厂———新的业务模式示意图如图2 所示。

图2　智能工厂———新的业务模式图

　　在实现Industry 4. 0 过程中,目的是通过建立在德国劳动力技能、特长和知识专利基础上的系统创新进程,通过影响现有技术和经济潜能的手段,创建一个最佳的、全面的一揽子解决方案。Industry 4. 0 将能够为工程、规划、制造、运行和物流整个过程,提供整套具有更强的灵活性、可靠性以及高质量的标准,从而能够有效创建动态的、实时最佳的、自组织的价值链。该价值链可以按照诸如成本、可用性和资源消耗等各种准则实现最佳化。