自动化技术迈向高端 工业4.0时代将加速到来

【编者按】前三次工业革命的到来造就了机械、电气和信息技术.如今,物联网和制造业服务正宣告着第四次工业革命——工业4.0的到来.在未来,厂商们将以"信息物理系统"为框架建立包含其设备、仓储系统和工业产品的全球性网络。

前三次工业革命的到来造就了机械、电气和信息技术。如今，物联网和制造业服务正宣告着第四次工业革命——工业4.0的到来。在未来，厂商们将以“信息物理系统”为框架建立包含其设备、仓储系统和工业产品的全球性网络。在制造业领域，CPS包含能够独立交换信息的小型智能机械、存储系统和高效的产品设备，他们能够独立地完成运作和互相控制。

随着CPS的设备基础改进到涉及制造、工程、材料使用和供应链以及生命周期管理的工业工序，智慧工厂似乎已经开始使用一种全新的途径来生产产品了。智能产品的特征十分明显，它们总是被投以关注的目光，我们都知晓它的发展历程，也了解它的当前状况，同时我们也了解它实现的方式。当指令经过CPS系统时，纵向需要经过工厂和公司的商业流程，横向则连接了可以实时管理的衍生价值体系，这两方面共同构建了嵌入式制造的系统网络。此外，每一条指令都需要流经过程链条中的每一个环节。

工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工控自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。

未来，“工业4.0”将首先从两个方向展开，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。

工业4.0将为制造业带来巨大的变化

工业4.0拥有巨大的潜力。智慧工厂让用户的个性定制化需求得以满足，这就意味着，即使是一次性的产品也可以通过颇具收益的方式制造出来。在工业4.0 中，对供应商而言，动态商业模式和工程流程使生产和交付变得更加灵活，而且对于生产中断和故障可以灵活反应。现在工业制造在制造流程中已经能够提供端到端的透明化，以促进选择决策的制定。工业4.0将会发掘出创造价值的新方法，开发出商业新模型。特别需要说明是，工业4.0还将给新兴公司和小型投资者的发展带来契机，下游的服务也将从中受益。

未来的工业生产、管理、经营过程中，将通过信息基础设施，在集成平台上，实现信息的采集、信息的传输、信息的处理以及信息的综合利用等。在“十五”期间，国家用信息化带动工业化的工作重点有三个方面：一是以电子信息技术应用为重点，提高传统产业生产过程自动化、控制智能化和管理信息化水平;二是以先进制造技术应用为重点，推进制造业领域的优质高效生产，振兴装备制造业;三是改造提升重点产业的关键技术、共性技术及其相关配套技术水平、工艺和装备水平。国家实施高技术产业化的主要目标有两个：一是发展高技术，形成新兴产业，培育新的增长点;二是利用先进技术改造和优化传统产业，提高经济增长的质量。

随着工业4.0时代的到来，许多沿用多年，占据主导地位的工业自动化技术，正面临的淘汰，面临的更新换代的命运，而一批以前认为是高端的工业自动化技术，也随着新时代的到来，快速的走入到了实际的应用中去，成为新时代的宠儿。

1.以工业PC为基础的低成本工控自动化将成为主流

2.PLC进入第六代——微型化、网络化、PC化和开放性

3.DCS系统走向测控管一体化设计

4.控制系统向现场总线(FCS)方向发展

5.仪器仪表向数字化、智能化、网络化、微型化发展

6.数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展

7.工业控制网络向有线和无线相结合的方向

8.工业控制软件向标准化、网络化、智能化和开放性方向发展

工业4.0是工业生产的一种全新思路，以前人们必须在生产前制定好生产程序，改变一个生产任务十分耗时费力。在新的系统中，产品的组件直接与生产系统沟通，发出接下来所需生产过程的指令。4.0时代的工业将改变整个生产技术的使用，整个系统将更加智能，联网更加紧密，不同组件之间可以相互沟通，工作更快、作出反应更加迅速。

以往大工厂为了保证生产，即使在闲置时大型设备也要一直保持运转，现在通过信息技术与硬件软件的结合，可以实现让闲置的设备休息，并在下一个任务来临前及时重新启动。通过这一技术，可以使整个生产过程节能15%。

现在工厂中员工的任务大多是操作机器，生产过程都是预先设计好的。未来的工人要将自己的经验存储到机械中，更加智能地与机器沟通互动。专业人才也可以在机器的帮助下在工作中学习。

德国联盟抢先推进“工业4.0”项目

德国制造工业是世界上最具竞争力的制造工业之一，在全球制造装备领域拥有领头羊的地位。这在很大程度上源于德国专注于创新工业科技产品的科研和开发，以及对复杂工业过程的管理。德国拥有强大的设备和车间制造工业，在世界信息技术领域拥有很高的能力水平，在嵌入式系统和自动化工程方面也有很专业的技术，这些因素共同奠定了德国在制造工程工业上的领军地位。

制造业工程领域的全球化竞争变得愈加激烈，德国并不是唯一一个在制造业部署物联网和行业服务的国家。而且，并不是只有亚洲的很多竞争对手对德国造成了威胁，远在大洋彼岸的美国也在通过程序提升“先进制造业”来采取措施反对“限制工业化”。

为了实现工业制造到工业4.0的转变，德国需要实现一项双重策略。不仅应该一如既往地把“信息和通讯科技”和“自身的传统高科技策略”进行整合，以努力成为智能制造科技的主要供应商，寻求稳固自身在全球市场的领导地位。同时，还应创造并服务于CPS科技和产品。

德国联邦政府制定的《高技术战略2020》旨在奠定德国在重要关键技术上的国际顶尖地位，继续加强德国作为技术经济强国的核心竞争力。其中信息通信技术显得尤为重要，它几乎是所有行业和应用领域的重要创新驱动器。在《高技术战略2020》的计划行动中，德国联盟政府为未来项目“工业4.0”设立了雄心勃勃的目标：德国要成为现今工业生产技术(即网络物理融合式生产系统)的供应国和主导市场。

“工业4.0”项目的概念描述了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。

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。

“工业4.0”项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，联盟政府投入达2亿欧元。该未来项目主要分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划将特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。

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