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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(guó)，是德國(guó)聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部在 2013 年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上提出的概念，于 2013 被德國(guó)政府納入國(guó)家戰(zhàn)略?？梢哉f(shuō)工業(yè) 4.0 是對(duì)傳統(tǒng)制造的一種挑戰(zhàn)，從而達(dá)到智能制造。
任何革命的推動(dòng)都離不開(kāi)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(pán)點(diǎn)一下，那些關(guān)于工業(yè) 4.0 的技術(shù)關(guān)鍵詞。
工業(yè)機(jī)器人
說(shuō)到機(jī)器人，對(duì)于大眾來(lái)講，這是一個(gè)存在于電影小說(shuō)的詞匯。暖心的大白，掏寶貝的哆啦 A 夢(mèng)，還有探究迷宮終點(diǎn)的德洛麗絲……然而這現(xiàn)實(shí)中與工業(yè) 4.0 搭邊的機(jī)器人又是一番怎樣的景象？
首先是國(guó)際市場(chǎng)，2013 年，全球機(jī)器人銷(xiāo)量增加 12%，達(dá) 1781132 臺(tái)，其中約 70%銷(xiāo)往日本、中國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)和德國(guó)。汽車(chē)行業(yè)、化工行業(yè)、塑膠行業(yè)及食品行業(yè)的工業(yè)機(jī)器人銷(xiāo)量持續(xù)增加，電氣 / 電子行業(yè)機(jī)器人的安裝量也有所增加。2008-2013 年期間，機(jī)器人安裝量年平均增長(zhǎng)率約為 9.5%。2015 年，全球工業(yè)機(jī)器人的供應(yīng)量首次突破 24 萬(wàn)臺(tái)，高達(dá) 24.8 萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng) 12.22%。
2011-2015 年全球工業(yè)機(jī)器人銷(xiāo)售量變化情況
在中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人 2015 年全年銷(xiāo)量累計(jì) 7.5 萬(wàn)臺(tái)，占全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)份額超過(guò)四分之一，中國(guó)自 2013 年起連續(xù)三年成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)市場(chǎng)。目前，中國(guó)正在服役的機(jī)器人已經(jīng)占比全球總量的 10%左右，2016 年 1-9 月我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量達(dá)到 50925 套，同比增長(zhǎng) 30.8%。9 月產(chǎn)量 5728 套，同比增長(zhǎng) 35.1%。
根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，2020 年、2025 年和 2030 年，工業(yè)機(jī)器人銷(xiāo)量分別是 15 萬(wàn)臺(tái)、26 萬(wàn)臺(tái)和 40 萬(wàn)臺(tái)。預(yù)計(jì)未來(lái) 10 年中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 6000 億元。
2012-2015 年全球工業(yè)機(jī)器人保有量變化情況
那工業(yè)機(jī)器人都有啥呢？全球工業(yè)機(jī)器人主要種類(lèi)有：移動(dòng)機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、激光加工機(jī)器人、真空機(jī)器人、潔凈機(jī)器人。
然而大伙更關(guān)心的可能是，機(jī)器人在工廠的普及對(duì)工人會(huì)有啥影響？
據(jù)了解，蘋(píng)果的中國(guó)代工廠富士康已部署超過(guò) 4 萬(wàn)臺(tái)機(jī)器人意圖取代廉價(jià)勞動(dòng)力。富士康昆山工廠也已裁員 6 萬(wàn)人?！皺C(jī)器換人”造成了大量工廠失業(yè)，廉潔勞動(dòng)力的時(shí)代是否會(huì)就此終結(jié)？就目前看來(lái)，隨著我國(guó)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(jí)，“機(jī)器換人”將成為制造行業(yè)的一大趨勢(shì)。
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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(gè)是數(shù)字工廠，一個(gè)是智能制造。
數(shù)字化工廠是在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)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(qiáng)信息管理、服務(wù)；提高生產(chǎn)過(guò)程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，以及合理計(jì)劃排程。
智能制造系統(tǒng)在制造過(guò)程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，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(guó)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(shí)體系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems，CPS）的導(dǎo)入。CPS 為一整合運(yùn)算、網(wǎng)路通訊與實(shí)體環(huán)境于一體的多維度復(fù)雜智慧系統(tǒng)，也就是利用結(jié)合后端運(yùn)算平臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)感測(cè)器與致動(dòng)器，在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)架構(gòu)下進(jìn)行實(shí)時(shí)（Real-Time）的動(dòng)態(tài)控制與服務(wù)。
說(shuō)通俗點(diǎn)就是，該技術(shù)讓實(shí)體設(shè)備得以更智慧化，機(jī)器與機(jī)器（M2M）間可進(jìn)行獨(dú)立交換訊息、觸發(fā)行動(dòng)與相互控制，不但大幅改善制造過(guò)程、材料用生產(chǎn)過(guò)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(guó)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(shí)現(xiàn)了信息集成，也就是可以達(dá)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(jī)的有效交互，也就是達(dá)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(shí)物聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)，最終實(shí)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(bào)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(dá)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(chǎng)景，比如水電公用設(shè)施的數(shù)據(jù)、汽車(chē)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(lái)。為了支撐這些數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)，你可能需要各種服務(wù)器、衛(wèi)星、超低功耗無(wú)線局域網(wǎng)、流量傳輸服務(wù)等等，這些加起來(lái)可能每天都會(huì)產(chǎn)生數(shù)十億的費(fèi)用。
在中國(guó)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)又是怎樣一番景象？
2014 年我國(guó)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模達(dá)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(guó)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模接近 1500 億元，增長(zhǎng)率達(dá)到 29%。中投顧問(wèn)發(fā)布的《“十三五”數(shù)據(jù)中國(guó)建設(shè)下物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》預(yù)測(cè)在政策推動(dòng)以及需求帶動(dòng)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(dá)到 25%，規(guī)模將突破 4500 億元。
預(yù)測(cè)，未來(lái) 15 年中國(guó)將在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域受益約 1.8 萬(wàn)億美元，其體量巨大，極具發(fā)展空間。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對(duì) GDP 的累積影響
大數(shù)據(jù)
“大數(shù)據(jù)”是近年來(lái) IT 行業(yè)的熱詞，大數(shù)據(jù)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用逐漸變得廣泛起來(lái)。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(wú)法通過(guò)人腦甚至主流軟件工具，在合理時(shí)間內(nèi)達(dá)到擷取、管理、處理、并整理成為幫助企業(yè)經(jīng)營(yíng)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(lái)，發(fā)現(xiàn)大家最關(guān)心的話題。在即將過(guò)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(jìn)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(duì)不同數(shù)據(jù)源（設(shè)備、系統(tǒng)和企業(yè)）進(jìn)行收集和分析將成為未來(lái)企業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)決策的標(biāo)準(zhǔn)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(lèi)多、商業(yè)價(jià)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(diǎn)。分別為：準(zhǔn)確率高和實(shí)時(shí)性強(qiáng)。
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(yíng)的一次重大變革，對(duì)于工業(yè)化、信息化都還沒(méi)有完成的工業(yè)企業(yè)而言，數(shù)據(jù)化時(shí)代又到來(lái)了，挑戰(zhàn)很大。工業(yè)大數(shù)據(jù)不僅可以進(jìn)行思維變革，而且可以梳理工業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力在哪，繼續(xù)深挖下面數(shù)據(jù)的價(jià)值，抓住工業(yè)企業(yè)發(fā)展的痛點(diǎn)，尋求更多機(jī)遇。
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云計(jì)算
云計(jì)算是分布式計(jì)算技術(shù)的一種，其最基本的概念是透過(guò)網(wǎng)絡(luò)將龐大的計(jì)算處理程序自動(dòng)分拆成無(wú)數(shù)個(gè)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(jì)算分析之后將處理結(jié)果回傳給用戶。透過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以在數(shù)秒之內(nèi)，達(dá)成處理數(shù)以千萬(wàn)計(jì)甚至億計(jì)的信息，達(dá)到和“超級(jí)計(jì)算機(jī)”同樣強(qiáng)大效能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
正如其名稱一樣，這是一個(gè)讓人暈的概念。那先不著急暈，關(guān)于工業(yè) 4.0 上的云計(jì)算又是怎樣的呢？
工業(yè)云通常指基于云計(jì)算架構(gòu)的工業(yè)云平臺(tái)和基于工業(yè)云平臺(tái)提供的工業(yè)云服務(wù)，涉及產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和仿真、工程計(jì)算、工藝設(shè)計(jì)、加工制造及運(yùn)營(yíng)管理等諸多環(huán)節(jié)。工業(yè)云服務(wù)常見(jiàn)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(jì)算技術(shù)架構(gòu)，使工業(yè)設(shè)計(jì)和制造、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理等工具大眾化、簡(jiǎn)潔化、透明化，通過(guò)工業(yè)云計(jì)算服務(wù)，可大幅提升工業(yè)企業(yè)全要素勞動(dòng)生產(chǎn)率。
下面這張圖解釋了云計(jì)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(jì)算在中國(guó)的情況。
2013 年以來(lái)，國(guó)家出臺(tái)了一系列政策鼓勵(lì)工業(yè)云的發(fā)展，《國(guó)務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》、《國(guó)務(wù)院關(guān)于大力推進(jìn)大眾創(chuàng)業(yè)萬(wàn)眾創(chuàng)新若干政策措施的意見(jiàn)》、《中國(guó)制造 2025》、《信息化和工業(yè)化深度融合專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃(2013-2018 年)》等文件均把推動(dòng)工業(yè)云的發(fā)展作為推動(dòng)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(jì)，16 個(gè)工業(yè)云平臺(tái)注冊(cè)用戶數(shù)超過(guò) 1500 萬(wàn)，企業(yè)用戶數(shù)超過(guò) 20 萬(wàn)，提供軟件工具和軟件服務(wù)超過(guò) 3000 個(gè)，模型、圖紙、手冊(cè)等技術(shù)資源超過(guò) 4 萬(wàn)個(gè)，培訓(xùn)視頻超過(guò) 7500 部。
無(wú)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(jì)算的支撐，未來(lái)傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型，更加離不開(kāi)云計(jì)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(shí)技術(shù)的制造技術(shù)。它是 20 世紀(jì) 80 年代后期美國(guó)首先提出來(lái)的一種新思想，它是利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等對(duì)現(xiàn)實(shí)制造活動(dòng)中的人、物、信息及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造等生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全面的仿真，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，預(yù)測(cè)、檢測(cè)、評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能和產(chǎn)品的可制造性等，在產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，確保產(chǎn)品一次性開(kāi)發(fā)成功，以達(dá)到降低成本、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。典型的虛擬制造技術(shù)分為：虛擬裝配，多學(xué)科協(xié)同仿真，虛擬車(chē)間布局設(shè)計(jì)。
現(xiàn)如今，虛擬制造在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、德國(guó)、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(guó)處于國(guó)際研究的前沿。福特汽車(chē)公司和克萊斯勒汽車(chē)公司在新型汽車(chē)的開(kāi)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(shí)間。
在我國(guó)，清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等科研教學(xué)單位也已經(jīng)開(kāi)展了這一領(lǐng)域的研究工作。當(dāng)前我國(guó)虛擬制造應(yīng)用的重點(diǎn)研究方向是基于我國(guó)國(guó)情，進(jìn)行產(chǎn)品的三維虛擬設(shè)計(jì)、加工過(guò)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(jī)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段能夠以較高的置信度預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)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(guó)制造業(yè)自身的特點(diǎn)，在吸收國(guó)外成熟經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上大膽創(chuàng)新，形成特色發(fā)展?？梢灶A(yù)言，隨著我國(guó)對(duì)虛擬制造技術(shù)研究的深入，其應(yīng)用已為期不遠(yuǎn)。
在工業(yè) 4.0 的影響下，傳統(tǒng)工業(yè)制造方式必將迎來(lái)一次大變革，這些技術(shù)則是智慧工廠實(shí)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(shí)中生產(chǎn)的需要，來(lái)徹底革傳統(tǒng)制造的命。
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