智慧工廠核心載體——工業(yè)4.0

 國務(wù)院正式頒發(fā)《中國制造2025》規(guī)劃。中國制造2025與工業(yè)4.0強(qiáng)調(diào)的智能化信息化方向與發(fā)展戰(zhàn)略基本一致，新一輪的制造業(yè)變革逐步來臨。

智慧工廠：工業(yè)4.0核心載體，制造業(yè)升級(jí)之路。

智慧工廠，也稱數(shù)字化工廠(DF)，是指以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(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。數(shù)字化工廠主要解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造之間的鴻溝，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中的設(shè)計(jì)，制造、裝配、物流等各個(gè)方面的功能，降低設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造之間的不確定性，在虛擬環(huán)境下將生產(chǎn)制造過程壓縮和提前，并得以評(píng)估與檢驗(yàn)，從而縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化的時(shí)間，并且提高產(chǎn)品的可靠性與成功率。與一般工廠相比，數(shù)字化工廠強(qiáng)調(diào)的是生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)字化，大量使用計(jì)算機(jī)各種輔助技術(shù)，如CAD、CAM、CIM等等，相對(duì)固定，由上而下。

智慧工廠的基本設(shè)想是制造的產(chǎn)品集成有動(dòng)態(tài)數(shù)字存儲(chǔ)器、感知和通信能力，承載著整個(gè)供應(yīng)鏈和生命周期中所需的各種信息;整個(gè)生產(chǎn)價(jià)值鏈中所集成的生產(chǎn)設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)自組織，以及能夠根據(jù)當(dāng)前的狀況靈活地決定生產(chǎn)過程。智慧工廠將建立數(shù)字企業(yè)平臺(tái)，通過開放接口將虛擬環(huán)境與基礎(chǔ)架構(gòu)融為一體，從而構(gòu)成信息物理融合系統(tǒng)(CPS)，生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)將升級(jí)為信息物理融合生產(chǎn)系統(tǒng)(cyberphysicalproductionsystem，CPPS)。

工業(yè)4.0將由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制基本模式轉(zhuǎn)變。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式。創(chuàng)造新價(jià)值的過程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組，將使人類從自動(dòng)化生產(chǎn)進(jìn)入智能化生產(chǎn)、綠色生產(chǎn)、都市化生產(chǎn)。信息物理融合系統(tǒng)(CPS)是集成計(jì)算、通信與控制于一體的下一代智能系統(tǒng)，是計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程的統(tǒng)一體，包含了無處不在的環(huán)境感知、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)控制等系統(tǒng)工程，使物理系統(tǒng)具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)作和自治功能。智能的網(wǎng)絡(luò)世界與物理世界融合產(chǎn)生的CPS亦稱工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。

從中國制造到中國智造，這是工業(yè)4.0的大時(shí)代!工業(yè)流程中使用物聯(lián)網(wǎng)及其服務(wù)，從而產(chǎn)生了創(chuàng)新的工廠系統(tǒng)智慧工廠。完全不同于傳統(tǒng)的工廠自動(dòng)化系統(tǒng)，智能工廠采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)，具體體系架構(gòu)如上圖所示。從圖中可以看出，對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場級(jí)，智慧工廠使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);對(duì)應(yīng)于控制級(jí)，智慧工廠采用CPPS信息物理融合生產(chǎn)系統(tǒng);對(duì)應(yīng)的監(jiān)控管理級(jí)連接到安全可靠和可信的云網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)，智慧工廠采用服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)提供的服務(wù)。

智能工廠：帶來制造業(yè)長期競爭力的提升。

互聯(lián)網(wǎng)激活傳統(tǒng)工業(yè)，保持制造業(yè)長期競爭力的必由之路：與前三次工業(yè)革命相比，我們認(rèn)為工業(yè)4.0最大的進(jìn)步在于利用互聯(lián)網(wǎng)激活了傳統(tǒng)工業(yè)過程，使工廠設(shè)備能說話、能思考，同時(shí)實(shí)現(xiàn)三大功能：最大程度地降低制造業(yè)對(duì)勞動(dòng)力的依賴、將流通成本降到最低、最大程度滿足用戶個(gè)性化需求。從長期來看，工業(yè)4.0時(shí)代，對(duì)于智能工廠的投入將遠(yuǎn)超過一般工業(yè)，但項(xiàng)目盈利能力也將顯著提高，并且資本投入越大、斜率越陡峭，即投資的邊際回報(bào)率越高。我們認(rèn)為，無論在何種經(jīng)濟(jì)體，工業(yè)4.0都將是制造業(yè)發(fā)展不可繞開的必由之路，是未來世界制造業(yè)最大的一波浪潮。