工業4.0在傳統制造業中的應用

江爽

（湖北工程職業學院，湖北 黃石 435000）

工業4.0在傳統制造業中的應用

江爽

（湖北工程職業學院，湖北 黃石 435000）

工業4.0的技術基礎是網絡實體系統及物聯網。中國的制造產業應根據中國國情，推出中國企業的應對策略，充分利用現有的信息技術基礎設施，不斷創新，加快信息技術在產品制造中的應用。

網絡實體；物聯網；制造業；應用

1 工業4.0的興起

2011年，在德國漢諾威工業博覽會上，首次提出了“工業4.0”的概念。隨后，德國政府、產業界和科學技術研究所不斷加大投入精力，并于2013年4月發布了《實施“工業4.0”戰略建議書》，12月，德國又發布了“工業4.0”標準化路線圖，德國工業4.0成為德國政府確定面向2020年的國家戰略。德國學術界和產業界認為，未來10年，基于信息物理系統（Cyber-Physical System,CPS）的智能化，將使人類進入以智能制造為主導的第四次工業革命。產品全制造流程和生命周期的數字化以及信息通信技術的模塊集成，將形成一個高度靈活性、個性化、數字化的產品與服務的生產模式。

德國提出“工業4.0”是以大數據和互聯網為基礎，而大數據、互聯網等技術已面向全球的各個產業的發展，不再局限于某個領域或行業。我國改革開放已有30多年，國內市場已經成為全球化市場很重要的一部分，我國的制造業在國際上也處于重要地位。在全球化浪潮中，我國互聯網及信息技術已經在各行各業鋪展開來，信息科技的發展也處在國際前列，為了應對全球化發展，提高國際競爭力，必須在傳統制造業中發展智能化。

2 工業4.0的主要內容

“工業4.0”被認為是利用基于信息物理融合系統的智能化來促進產業變革的第四次工業技術革命。前三次技術革命分別定義為機械化、電力化和信息化技術革命。從生產力的角度來說，前三次工業革命都改變了原來的生產方式，將人逐漸從原有的生產方式中解放出來，推動社會的不斷進步。從這個方面來說，德國提出的“工業4.0”將大大提高生產效率，在以信息技術為核心的第三次工業革命的基礎上進一步擴張和發展。

現代化的智能工廠采用了一種全新的生產方式，智能產品通過獨特的形式加以識別、可以在任何時候被定位、并能知道它們自己的歷史、當前狀態和為了實現其目標狀態的替代路線。嵌入式制造系統在工廠和企業之間的業務流程上實現縱向網絡連接，在分散的價值網絡上實現橫向連接，并可進行實時管理——從下訂單開始，直到外運物流。此外，他們形成的且要求的端到端工程貫穿整個價值鏈。智能化生產的核心為CPS，將制造智能化，大量功能強大、自主控制的微芯片可以互聯互通，實現機器之間的對話，自動完成各項原來人為控制的生產活動。在信息物理系統（Cyber-Physical System,CPS）發展足夠完善時，它可以自行完成生產安排、倉儲物流、搬運堆垛和加工裝配。

除了制造之外，市場也是整個產業鏈不可或缺的部分。“工業4.0”從供給和需求方面也做了安排，實施“領先的供應商戰略”+“主導市場戰略”。領先的供應商戰略強調裝備供應商通過技術創新，為制造企業提供領先的技術解決方案，這樣就要求供應商加強研發，保持在CPS科研及應用領域的領先優勢，創建新型價值網絡，實施推廣應用。

在主導市場的方面，地處不同地方的商務活動需要建立緊密的網絡聯系，企業間也需建立更加密切的合作關系。這將反過來要求對處于不同價值創造階段和產品全生命周期、產品不同生產階段及相應的制造系統進行邏輯的、端對端數字集成。一項最特殊的挑戰在于能夠同時將全球化運作的大型公司和基本在地區范圍運行的中小企業集成到正在形成的新價值鏈網絡中。這樣，制造業的優勢一定程度上在于其保持了工業系統中大批中小企業和少數大型企業的結構平衡。

3 工業4.0在生產上的應用

（1）減少能源消耗。傳統工業，生產線或者它們的一部分，因生產間歇、周末或者輪班而沒有從事生產的時候仍然持續地運行，并消耗大量的能源。例如，使用激光焊接技術的汽車車身裝配線在生產間歇時所消耗的能源占據了其全部能源消耗總量的12%。這些生產線每周工作5天，實行3班倒。雖然這些復雜的機器在周末并不生產，但它們仍然保持工作狀態以便周末結束后迅速投入生產。

生產間隙大部分能源消耗來自于機器人、通風設備和激光源及其冷卻系統。未來，機器人即便在很短的時間內也可以關閉，在比較長的時間段，它們將保持“網絡喚醒模式”的待命狀態；通風設備可以控制速度滿足不同的需求；激光源則需要全心的系統以適應節能需要。這些措施可以減少總能源消耗的12%，大大改善了能源利用效率。

（2）全價值鏈端到端系統工程。端到端的數據系統工程和價值鏈優化將意味著，顧客不用再從供應商預先制作的產品系列中挑選產品；取而代之的是通過個性化功能和組件的混合或重置，來滿足自己的特殊需求。

當前的價值鏈，即從客戶提出需求到產品設計和投入生產，往往是相對靜態的，且需要多年時間完成。IT支撐系統通過各種接口來交換信息，但是只能在具體個案中應用這些信息。這樣無法催生產品制造的全球化視野。結果，盡管從技術角度來說可以實現，但顧客仍無法自由地選到滿足其所有需求的功能和特性的產品。例如，你可以為一輛汽車訂購后擋風玻璃刮水器，但刮水器卻不能用在由同一家公司生產的豪華轎車上。而且，目前IT系統的維護費用仍相當高昂。

通過CPS應用到基于模型的開發，可以完成端到端、模擬、數值方法等涵蓋了從客戶需求到產品結構、加工制造、成品完成等各個方面的配置。它可在端到端的工程工具鏈中，對各環節的相互依存關系進行確定和描述。這種制造業系統是打包開發模式，意味著它總能跟上產品開發的腳步。結果是，它開啟了個性化定制產品的可行性。在保存現有裝備價值的基礎上，可以通過多個階段逐漸轉移到這個工具鏈。

（3）3D打印的應用。3D打印，即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印可以快速的打印出高質量的復雜結構件，這樣就可以孕育出新的生產模式和服務方式。終端客戶可以近距離參與到生產中來，客戶可以自行設計創作三維圖形，然后以e-mail的形式發給生產方，或者客戶可以掃描出結構件的三維圖形，再發送給生產方，通過3D打印技術生產出一樣的產品，免去了傳統生產的開模等復雜環節。

4 我國制造業的展望

工業4.0作為引領未來工業生產的全新概念，將使產品組件與生產系統直接溝通，發出下一步生產指令，生產系統更加靈活，更加智能化。不同工序聯網更加緊密，不同組件之間可以相互溝通。工業4.0應用到生產中，將會大大提高生產效率，大大降低能源消耗，為未來工業的快速發展提供保障。

目前，我國正大力推動信息化與工業化的深度融合、促進制造業轉型升級的關鍵時期，德國推出的“工業4.0”戰略與我國提出的“兩化”，即信息化和工業化，深度融合有很大的相同之處，與我國制造強國的戰略不謀而合。因此，學習借鑒德國推行的“工業4.0”戰略，對破解我國制造業面臨發展的階段性和結構性矛盾，推動制造業轉型升級與提質增效，重建我國制造業新優勢具有重大的意義。

4.0 An Analysis On the Application of Industry 4.0 in Traditional Manufacturing Industry

JIANG Shuang
（Hubei Engineering Vocational College,Huangshi，hubei 435000，China)

Industry 4.0 is based on network entity system and the Internet of things.The man ufacturing industry in China should be based on the national conditions and put forward strategies for enterprises,make full use of existing information technology infrastructure,and make continuous innovations,speed up the application of information technology in manufacturing.

network entity;Internet of things;manufacturing industry;application

F414

A

2095-980X（2015）02-0079-02

2015-01-14

江爽（1985-）,女,湖北黃石人,大學本科,助理講師，主要從事模具設計與制造方面的工作。