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工业40
“工业4.0”这一概念的提出者，它寓意人类将迎来以信息物理融合系统（CPS）为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。
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谈及制造业升级，“工业4.0”是时下的热词。
作为传统的制造业大国，德国是“工业4.0”这一概念的提出者，它寓意人类将迎来以信息物理融合系统（CPS）为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。
在上海社科院举办的新智库论坛上，德国国家科学工程院院士克里斯托夫•梅内尔表示，智能化工厂是未来制造业发展趋势，工业4.0通过将信息技术与生产整合，实现一个全新的智能商业模式。
以下是澎湃新闻（aaathepaperbbb）对梅内尔演讲内容的摘录：
物联网的发展
我们先来看看物联网。
物联网比我年轻，25年前，它开始为人们所知并改变我们的世界。
物联网不仅改变了我们沟通和互动的方式，也改变了管理城市和企业的方式。
应该说，我们现在还不能充分了解信息技术的发展会对我们未来的生活和社会组织产生什么影响，这些影响可能是超乎想象的。
有了物联网，我们可以做些什么？
它可以让我们畅想一个智慧城市——我们周遭的环境、家庭内部、城市的交通、街道都可以实现智能化，同时，生产流程，利用能源的方式，保护环境的方式等等都会因为信息技术而焕然一新。
数字世界带来了什么？
数字世界实际上和实体世界是相互了解的。
数字世界中有实体世界的影子，通过这些影子我们可以看到，有时他们是相互存在的，但有时只能从虚拟的数字世界中看到部分实体世界。
将来，我们会看到一个更加丰富的数字世界，它能够更加真实地反映出实体世界的变化。
我们知道，信息技术诞生之初是为了用于一些研究和发展项目，并不是用来改变我们的沟通方式，但是人们喜欢这项技术，所以后来它不仅用来连接机器，也应用于商业和银行体系中。
当然刚开始会存在很多缺陷，后来电脑科学家发明了新一代互联网协议——IPV6（互联网协议版本6）。
不管是版本4还是版本6，这样新的技术可以让我们的电脑和网络系统互动，产生一个智能电网，一切都可以通过这个电网连接起来，进行互动。
为了帮助大家进一步理解，我来举几个例子。
以“智能家居”为例，通过信息技术，我们日常的家庭生活的很多方面可以实现智能化。
例如供暖，目前供暖主要依靠机械装置，你需要手动来调节温度，但是如果利用了信息技术和感应器，供暖设备就可以实现自动控温。
如果你不在家，温度就会自动降低，如果系统知道你快要回家了，供暖设备会重新启动。
这只是一个方面，还有各种媒介的使用，比如电视，收音机等等，智能系统会记忆电视节目或是背景音乐并能自动找到你喜爱的内容。
根据你的喜好，早上和晚上播放的音乐是不一样的。
另外，照明系统也可以进行这样的智能控制。
再来看“智能城市”，“智能家居”模式也可以在城市街道实现。
比如交通系统，公交站点可以和公交公司总部连接起来，当公交车站有很多人等候的时候，总部可以自动派下一班车过去。
现在我们可能是每隔10分钟或者20分钟发一班车，未来可以完全按照人们的需要进行发车。
要实现这些，所需要做的就是将交通系统的各个环节都连接起来，完全靠智能系统掌握乘客的需求。
还有“智能工业”，工厂的生产流程也可以高度智能化。
智能化的工厂完全可以由物联网来加以控制，也就是说，生产流程完全由电脑来加以整合。
实时的生产监控程序知道需要怎样的新材料，怎样的工序来确保生产流程顺利进行。
这个不是简单的生产自动化的问题，而是实现智能的控制，如果系统监测到生产流程中突然出现故障的话，机器会自动暂停运作，自我修复，而不是继续运行，不断生产残次品。
所以通过信息技术，我们可以保证对能源最有效的利用，这些都是将来智能化工厂所应具备的特点。
物联网体现了一种全面的，整体性的发展观念，这种全局的发展观使我们生活的各个方面变得更有效，更高科技，更环保，同时在社会意义上也更包容。
我们可以在许多方面实现智能化，包括智能化经济，智能化生产、智能化工厂、智能化生活、智能化家居、智能化的交通、智能化物流、智能化供应链、智能化治理、智能化环境等等。
智能化工厂意味着什么呢？
首先各种数据需要进行整合。
比方说，一个小小的手机里很多感应器，这些感应器会产生出各种数据。
过去，这类数据都是要储存到数据库中并进行结构化处理，但是现在我们可以看到，所有的数据都是自动存储在大数据库当中，这个大数据库是没有加以结构化的，没有按照某种方式进行分类，这是大数据的一个方面，它和智能化技术密切相关。
所以首先要整合生产过程中产生的所有数据，然后对这些数据进行分析，这些数据分析能够确保整个生产流程正确运行，如果发生故障则自动发出警告。
智能化工厂需要做的是，它的生产流程要基于信息技术系统进行运作和控制，从而发现生产过程中的需求。
信息技术系统产生的是数字化数据，但这些数据能够影响生产流程，这个过程中又会产生新的数据，反馈到信息技术系统。
所以两者之间不断地进行相互反馈，这使得整个生产流程变得极其高效。
信息技术系统也可以把不同的工厂连接起来。
比如一家工厂在进行生产的时候，某种原料用完了，它的供应商会自动获取信息，及时提供原料，因此整个生产系统也不会因为原料不足而停止运作。
这种将信息技术和生产结合的方式，可以催生出一些新型的、智能化的商业模式。
从德国汽车制造看工业4.0
我们曾经经历过工业1.0时代，那个时候人们借助蒸汽机进行生产，这就是最初的工业化，近100年之后，到了1870年，原来零星的生产改变成为批量的生产。
在1960年代，我们又看到了一个新的起点，人们利用早期的电脑实现自动化，现在我们看到的是一个虚拟网络和物理网络整合的系统，这就是工业4.0时代，这个时代才刚刚开始，毫无疑问它会将我们引向更辉煌的未来。
我们以德国的汽车制造业为例，来进一步了解工业4.0。
我们知道，一台汽车有很多零部件，实际上在新的时代，每个零件都可以自动生成很多数据，这些数据可以告诉人们零部件是否在正常工作，汽车生产商可以通过监测这些数据来了解零部件的工作情况，如果发现异常，则可以提前进行替换，生厂商可会及时把相关的零部件送到某家汽修店。
因为厂商在实时捕捉数据，所以它知道汽车距离哪一家汽修厂最近。
我想，毫无疑问，这样的汽车厂能够让我们看到在未来的4.0时代，虚拟网络和物理网络的结合会怎样改善我们的生活。
关于工业4.0，在这里两个非常重要的方面，第一个方面我想很多社会科学研究者会很感兴趣，那就是我们劳动分工和专业化。
这不仅是针对劳动者而言，也针对企业。
这也是德国汽车业成功的原因，因为在这样一个大环境中，各个工厂往往都是高度专业化某些零部件的生产者，他们以非常高效的方式互动。
另一个方面就是数字化。
数字化使得笨拙的机器利用计算机进行智能化工作，这就是未来存在的潜力。
我们需要克服什么挑战呢？
首先，我们未来的水平整合将会进一步深化，也就是说在整个价值链上，生产商可以通过这种基于互联网技术的系统开展更好的协作。
另一方面，在生产系统内，我们看到更多的垂直整合（产业链整合），为什么呢？
因为每一个部分最后生成的数据，都可以使这些部分进行深度整合。
我们前面讲到汽车零部件随时生成数据、生成信号，这就使得产品一直处于一个不间断的生命周期。
以前，一个产品进入市场后几乎不在生产商的控制范围内，以后，产品会永远在生产商的控制过程当中，生产者可以随时得到反馈，知道该怎样进行设置，这对改善服务是非常有利的。
德国怎样发展工业4.0
为什么德国对这样的信息技术和实体生产结合感兴趣呢？
德国有非常发达的制造业，整个制造业的产值是非常大的，这是德国和其他经济体不同的地方，有一些国家更多依靠金融行业，他们整个生产的稳定性或者整个经济的稳定性不如我们。
而且我们走的是一个制造业大国的道路，现在中国和我们还是比较像的，也是高度重视制造业，很多经济的增值部分都是在制造业部门。
我们的制造业不能一成不变，我们需要提升制造业的效率，让成本更加低廉，所以需要对其进行信息化改造,这就是我们为什么重视工业4.0的原因。
德国的制造商和一些研发机构、大学的团队正在开展合作，我们专门建立了一个研究联合会，各方在这个平台进行分工，进行相关实验，模块制造，产品加工等。
比如戴姆勒公司就和一些大学在这个平台上开展合作。
联合会还会关注环境，研究有关环境保护的方案。
联合会还有一个小组专门研究新的技术、新的生产方式的改变会怎样影响人类的工作。
这一点非常重要，在德国，政府和学者非常谨慎，一开始就强调一定要让工会参与其中，为什么呢？
工业4.0用了很多信息科技技术，这毫无疑问会重塑整个生产流程，工人们就会受到影响。
大家都知道，在工业1.0时代发生过工人捣毁机械的事件，为什么呢？
因为他们觉得这些机械夺走了他们的饭碗。
现在的情况是类似的，信息技术可能会让员工丢掉工作，所以在这种担心下，他们会不配合甚至进行破坏。
我们需要和他们讨论，告诉他们未来整个工作环境是怎么组织的，希望他们来参与进去，最终让科技来改善他们的生活，而不是让他们的处境变得更糟。
随着个人电脑向智能设备演变，一种新的趋势开始显现：
越来越多的IT基础设施和服务通过智能网络（云计算）来提供。
伴随微型化和互联网的持续发展，这一趋势宣告了人们期盼的普适计算已成为现实。
德国的制造业是世界上最具竞争力的产业部门之一。
这归功于德国制造业能够管理复杂的工业生产过程，不同任务由位于不同地点的合作伙伴完成。
近二三十年来，德国制造业已成功地利用信息通信技术（ICT）实现对工业生产过程的管理——如今，大约90%的工业生产过程已应用ICT技术。
在过去三十年甚至更早以前，IT革命使我们生活和工作的世界发生了彻底改变，其影响力可媲美分别成就前两次工业革命的机械和电力。
随着个人电脑向智能设备演变，一种新的趋势开始显现：
越来越多的IT基础设施和服务通过智能网络（云计算）来提供。
伴随微型化和互联网的持续发展，这一趋势宣告了人们期盼的普适计算已成为现实。
通过无线，越来越多功能强大的、自主的微型电脑（嵌入式系统）实现了与其他微型电脑和互联网的互联。
这意味着物理世界和虚拟世界（网络空间）以信息-物理系统（CPS）的形式实现了融合。
新的互联网协议IPv6于2012年推出后，目前已经有足够多的IP位置可供智能设备通过互联网实现直接联网。
于是，网络资源、信息、物体和人之间能实现物联网及服务互联网。
这也将扩展至工业领域：
在制造业中，这种技术演化可以描述为“第四阶段的工业化”或“工业4.0”。
图1工业革命的四个阶段
18世纪工业化的进程，始于机械制造设备的出现。
那时候，纺织机一类的机器大大改变了生产产品的方式。
第一次工业革命之后，在劳动分工的基础上，20世纪的第二次工业革命实现了电力驱动的规模化生产。
之后，便是从20世纪70年代初直到现在的第三次工业革命。
第三次工业革命利用电子和信息技术（IT）提高了制造过程的自动化程度，机器取代了相当一大部分的“体力劳动”和一部分“脑力劳动”。
德国应充分利用其作为世界领先的制造设备供应商及在嵌入式系统领域的优势，通过利用物联网及服务互联网向制造领域扩展这一趋势，在向第四阶段工业化迈进的过程中先发制人。
工业4.0的部署不仅将增强德国的竞争地位，而且有助于应对全球挑战（如资源和能效）和国内挑战（如人口结构的变化）。
然而，在对技术创新进行考虑时，结合社会文化语境是至关重要的，因为文化和社会的变化同样也是在他们各自领域中创新的主要动力。
比如，人口结构的变化拥有改变我们社会所有关键领域的潜力，如组织学习的方式、工作的性质、健康（随着人们活的越来越长）和社区的基础设施。
这又将反过来对德国生产力造成显著的影响。
通过优化技术和社会创新过程的关系，我们能够为提升德国经济的竞争力和生产力做出重要贡献。
在制造业中利用物联网及服务互联网
物联网及服务互联网能够创造一个包含全部生产过程的网络，将工厂转变成为一个智能环境。
信息物理生产系统由智能机器、仓储系统、生产设备组成。
该生产系统是数字化的，基于ICT技术实现了端到端的整合——从运入物流到生产，再到营销、运出物流和服务（维修）。
信息物理生产系统不仅使生产能够得到更加灵活的配置，也能够充分利用差异化管理和流程控制所提供的机会。
除了优化现有基于IT的流程，工业4.0还将释放对具体流程和全球范围内整体效应进行更多差异化跟踪的潜力。
这些都是目前难以实现的。
工业4.0还将使商业伙伴（如供应商和客户）、员工之间的关系更加紧密，并提供更多互惠互利的新机遇。
作为世界领先的制造设备供应商，德国需要发掘新形式工业化的潜力，以与其独特的地位相匹配。
德国的全球市场领导者包括许多提供专业解决方案的“隐形冠军”（即小而强的公司）——德国前100名中小企业中有22家是机械和设备制造商，其中3家排名在前10位之内。
许多德国机械和设备制造领域的领军人物都认为，他们的主要竞争对手是国内厂商。
机械设备与汽车、化学品同为德国主要的出口产品之一。
此外，德国的机械和设备制造商都希望保持其在未来的领先地位：
60%的德国机械设备制造商都相信，他们的技术竞争优势在未来五年内会得到提高，只有不到40%的制造商希望维持当前的竞争地位。
然而，机械制造领域的全球竞争正在日趋激烈。
在亚洲同行日益威胁着德国制造商的同时，美国的对手也在采取措施，通过一系列方案对抗工业退化，大力推进“先进制造业”。
此外，制造业也在变得更加具有活力、也更加复杂。
比如，激光烧结技术的进步意味着目前在几小时内已经能够“打印”出高质量的、复杂的3D结构。
这引起了全新商业模型和服务的产生，终端消费者变得更为密切相关——消费者能够创造自己的设计，之后发送电子邮件到一家“复印店”，他们也可以让一些物品被扫描和“复印”。
“工业4.0”具有哪些核心特征？
--摘自《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》
发表时间：
2014/5/26 佚名 来源：
互联网
关键字：
工业4.0 德国制造业
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德国制造业是世界最具竞争力的制造业之一，尤其是装备制造业在全球处于领先地位。
这在很大程度上源于德国在创新性制造技术方面的研究、开发和生产，以及复杂工业过程管理的专业性。
德国拥有强大的机器和设备制造业，在信息技术领域表现出很高的水平和能力，在嵌入式系统和自动化工程方面也颇有建树，这些因素共同奠定了德国在制造工程行业中的领军地位。
因此，德国能以其得天独厚的优势开拓新型工业化的潜能：
工业4.0。
德国制造业是世界最具竞争力的制造业之一，尤其是装备制造业在全球处于领先地位。
这在很大程度上源于德国在创新性制造技术方面的研究、开发和生产，以及复杂工业过程管理的专业性。
德国拥有强大的机器和设备制造业，在信息技术领域表现出很高的水平和能力，在嵌入式系统和自动化工程方面也颇有建树，这些因素共同奠定了德国在制造工程行业中的领军地位。
因此，德国能以其得天独厚的优势开拓新型工业化的潜能：
工业4.0。
前三次工业革命的发生，分别源于机械化、电力和信息技术。
如今，将物联网及服务引入制造业正迎来第四次工业革命。
不久的将来，企业能以CPS（Cyber-PhysicalSystems，信息物理系统）的形式建立全球网络，整合其机器、仓储系统和生产设施。
在制造业领域，这些CPS包括能自主交换信息的智能机器、存储系统和生产设施，它们能独立运行和相互控制。
这有利于从根本上改善工业过程，包括制造、工程、材料使用、供应链和生命周期管理。
智能工厂现在似乎已开始采用一种全新的方式来生产产品。
智能产品有唯一的特征被识别，在任何时候都能被定位，我们知道它的发展历程，了解它当前状况，以及实现其目标状态的方式。
从通过出口物流下订单的那一刻起，纵向与工厂和公司业务流程联网，横向连接则可实时管理衍生价值体系，这二者共同构建了嵌入式制造系统。
此外，这些指令都要求启用终端间工程（模式）流经整个价值链。
工业4.0拥有巨大的潜力。
智能工厂让客户个性化的定制需求得以满足，这也意味着，即使产品只生产一次，也能通过颇具收益的方式制造出来。
在工业4.0中，以供应商为例，动态业务和工程流程能帮他们根据生产需要最终做出相应改变，并灵活应对生产中断和故障。
现在，制造过程中已经能够提供端到端的透明化，以促进决策优化。
工业4.0将会开发出创造价值的新方法和新的商业模式。
特别是，它将给初创公司和小企业的发展带来机会，下游服务也能从中受益。
此外，工业4.0将正视和解决某些当今世界面临的挑战，如资源能源利用效率、城镇化、人口结构变化等。
工业4.0能持续带来覆盖整个价值网络的资源生产率和效率的增益。
它能将人口结构变化和社会因素考虑在内，以适合的方式组织生产。
智能辅助系统让工人从单调、程序化的工作中解放出来，能把精力集中在创新和增值业务上。
鉴于熟练工短缺的问题，工业4.0允许老工人延长职业生涯，从而长久地保持生产力。
灵活的工作组织形式使工人们能够更好地整合自己的工作，私人生活和持续的职业生涯发展变得更有效率，在工作和生活之间找到了更好的平衡点。
制造工程领域的全球竞争变得愈加激烈，德国不是唯一一个认识到在制造业部署物联网及服务是大势所趋的国家。
而且，并非只有亚洲的竞争对手对德国工业造成威胁，美国也在采取措施，通过推进“高端制造业”计划反对“去工业化”。
为了实现工业生产向工业4.0的转变，德国需要采取双重策略。
德国装备制造业应寻求稳固在全球市场的领导地位，一如既往地把信息通信技术与其传统的高科技战略进行整合，使自己成为智能制造技术的主要供应商。
与此同时，还有必要为CPS技术和产品创建新的领先市场，并为之服务。
要实现上述CPS双重策略的目标，以下工业4.0的基本特征应该得到落实：
（1）通过价值网络实现横向集成
（2）工程端到端数字集成横跨整个价值链
（3）垂直集成和网络化的制造系统
这些特征是制造商在面对变幻莫测的市场能够取得稳固地位的重要因素，同时使它们的价值创造活动适应变化的市场需求。
双重物理网络系统战略中提到的特征将允许制造企业在高度动态的市场中达到快速的、准时的、无故障的生产。
通过价值网络进行横向整合
模型、设计以及通过价值网络的横向整合应该可以回答下面的问题：
物理网络系统如何支持企业的商务战略、新价值网络以及新商业模式？
这个问题同样适用于研究、开发和应用领域（图1）。
除了“商业模型”、“不同企业间的合作形式”，还有一些话题值得研究，比如“可持续性”、“技能保护”、“标准战略”，以及“中到长期训练和员工发展倡议”。
图1通过价值网络实现横向整合
横跨整个价值链的端对端工程
下面的关键问题是关于通过工程过程实现端对端数字整合，以达到产品整个价值链数字世界和真实世界的整合，同时满足客户的需求：
物理网络系统如何实现端对端的包括工程工作流的商业过程？
对于这一点，建模在管理越来越复杂的技术系统中起到了关键的作用（见5.2节）。
应该部署适当的信息技术系统，以便为整个价值链提供端对端的支持，从产品开发到制造系统工程、生产和服务（图2）。
需要一个涵盖不同技术领域的整体的工程方法系统。
为了实现这个目标，工程师们需要接受适当的培训。
图2横跨价值链的端对端工程
垂直整合与网络制造系统
就垂直整合来说，需要回答下面的问题：
物理网络系统如何创造灵活和可重构的制造系统？
垂直整合的地点是工厂。
在明天的智能工厂，制造结构将不是固定的和事先定义好的。
相反，一系列信息技术组合规则将被定义，这些信息技术组合规则可以被应用到不同的案例中，为不同情况自动形成特定的结构，包括模型、数据、通信和算法（图3）。
图3垂直整合与网络制造系统
为了完成垂直化整合，确保调节器和传感器信号在ERP不同层面的端对端的数字化整合非常重要。
开发模块化以及重新使用战略来完成点对点网络和制造系统重构，以及恰当的智能系统描述也很重要。
不仅如此，领班和操整理需要接受培训以便了解操作制造系统的方法所产生的影响。
“工业4.0”的愿景是怎样的？
发表时间：
2014/5/27 佚名 来源：
互联网
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工业4.0 德国制造业
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德国工业4.0战略将更具灵活性，也更强劲，在工程、规划、制造、运营和物流流程中实施最高标准。
这将催生动态的、实时优化、自我组织的价值链，并可通过一系列标准（如成本、可用性和资源消耗）进行优化.这一价值链还需要适当的监管框架、标准化接口和统一的业务流程。
德国工业4.0战略将更具灵活性，也更强劲，在工程、规划、制造、运营和物流流程中实施最高标准。
这将催生动态的、实时优化、自我组织的价值链，并可通过一系列标准（如成本、可用性和资源消耗）进行优化.这一价值链还需要适当的监管框架、标准化接口和统一的业务流程。
以下是德国工业4.0战略的愿景：
（1）它的最大特点是制造业中所有参与者及资源的高度社会技术互动。
互动主要围绕制造资源网络（制造机械、机器人、输送机和仓储系统及生产设施）进行，这些网络独立自主，在不同情况下能自我管理，自我配置，还装备了传感器，分散安装，并融入了相关规划及管理系统。
作为这一愿景的关键组成部分，智能工厂将被纳入公司内部价值网络，它的特点是包括制造过程和制造产品的端对端工程，实现数字和物理世界的无缝衔接。
智能工厂将使不断复杂的制造流程便于管理，并能同时确保生产过程的吸引力、生产效益以及工厂在市区环境的可持续性发展。
（2）德国工业4.0战略中的智能产品可明确识别，并有可能随处可见。
即使还在生产环节，其自身制造流程的所有细节均可被控。
这意味着，在某些领域，智能产品可以控制各生产阶段，进行半自主生产。
此外，这还能确保成品了解自身发挥最优性能的参数，并辨别生命周期中发生磨损和毁坏的标记。
这些数据可集合使用，以便优化智能工厂的物流、布局、维护以及与业务管理应用程序的整合。
（3）德国工业4.0战略实施后，将有可能把个人客户和产品的独特特性融入到设计、配置、订购、计划、生产、运营和回收阶段。
它甚至可以在制造和运营之前最后一分钟或进行中提出改变的请求，这将使生产一件定制产品和小批量产品也能产生利润。
（4）德国工业4.0战略的实施，将使员工能根据具体情况进行控制、监管和配置智能制造资源网络和制造步骤。
员工再也无需完成例行任务，他们可以更多地关注创新和具有附加值的活动。
因此，他们在确保产品质量方面将起到关键作用。
同时，灵活的工作条件也将他们的工作和个人需求更好地结合起来。
（5）德国工业4.0战略的实施，需要进一步扩展相关的网络基础设施，并通过服务水平协议进一步规范网络服务质量。
这将有望满足大流量数据应用程序和服务供应商的高带宽需求，以保证关键应用程序的运行时间。
若工业4.0得以成功实现，研发活动将需要与之适应的工业政策的支持。
工业4.0工作组认为，需要在以下8个关键领域采取行动：
（1）标准化和参考架构:
工业4.0会涉及联网，并通过价值网络集成几家不同的公司。
如果开发出一揽子共同标准，这种合作伙伴关系将成为可能。
由此，需要一个参考架构来描述这些标准，并促进它们的实现。
（2）复杂系统的管理:
生产
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