工業(yè)4.0在德國(guó)被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命，主要是指，在“智能工廠”利用“智能備”將“智能物料”生產(chǎn)成為“智能產(chǎn)品”，整個(gè)過(guò)程貫穿以“網(wǎng)絡(luò)協(xié)同”，從而提升生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。

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工業(yè)4.0在德國(guó)被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命，主要是指，在“智能工廠”利用“智能備”將“智能物料”生產(chǎn)成為“智能產(chǎn)品”，整個(gè)過(guò)程貫穿以“網(wǎng)絡(luò)協(xié)同”，從而提升生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。它的典型特征是：融合性與革命性，是新一代信息技術(shù)與工業(yè)化深度融合的產(chǎn)物，是一種新的生產(chǎn)方式，推動(dòng)傳統(tǒng)大規(guī)模批量生產(chǎn)向大規(guī)模定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。

一、智能工廠

“工業(yè)4.0”其實(shí)就是基于信息物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能工廠，最終實(shí)現(xiàn)的是制造模式的變革。

(一)智能工廠概念

“工業(yè) 4.0”從嵌入式系統(tǒng)向信息物理系統(tǒng)(CPS)進(jìn)化，形成智能工廠。智能工廠作為未來(lái)第四次工業(yè)革命的代表，不斷向?qū)崿F(xiàn)物體、數(shù)據(jù)以及服務(wù)等無(wú)縫連接的互聯(lián)網(wǎng)(物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng))的方向發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)分別位于智能工廠的三層信息技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)的底層和頂層。最頂層中，與生產(chǎn)計(jì)劃、物流、能耗和經(jīng)營(yíng)管理相關(guān)的ERP、SCM、CRM等，和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)相關(guān)的PLM處在最上層，與服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)緊緊相連。中間一層，通過(guò)CPS物理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線控制、調(diào)度等相關(guān)功能。從智能物料供應(yīng)，到智能產(chǎn)品的產(chǎn)出，貫通整個(gè)產(chǎn)品生命周期管理。最底層則通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制、執(zhí)行、傳感，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)(圖1)。

圖1 智能工廠的三層信息技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)

(二)智能工廠的三項(xiàng)集成

集成意味著以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為核心，是信息技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用發(fā)展的高級(jí)階段，支持制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)。高度集成化能夠極大地提高企業(yè)的生產(chǎn)效率、有效組織各方資源、鼓舞不同鏈條中的員工的生產(chǎn)積極性，將企業(yè)從不同個(gè)體變?yōu)榫邆涑瑥?qiáng)凝聚力的團(tuán)隊(duì)，使人員組織管理、任務(wù)分配、工作協(xié)調(diào)、信息交流、設(shè)計(jì)資料與資源共享等發(fā)生根本性變化。

“工業(yè)4.0”通過(guò)CPS，將生產(chǎn)設(shè)備、傳感器、嵌入式系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等融合成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，使得設(shè)備與設(shè)備以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對(duì)端的高度集成。

橫向集成是指網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的企業(yè)間通過(guò)價(jià)值鏈以及信息網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)的一種資源信息共享與資源整合，確保了各企業(yè)間的無(wú)縫合作，提供實(shí)時(shí)產(chǎn)品與服務(wù)的機(jī)制。橫向集成主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同合作上，主要是指從企業(yè)的集成到企業(yè)間的集成，走向企業(yè)間產(chǎn)業(yè)鏈、企業(yè)集團(tuán)甚至跨國(guó)集團(tuán)這種基于企業(yè)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的集成，產(chǎn)生新的價(jià)值鏈和商業(yè)模式的創(chuàng)新(圖2)。

圖2 智能工廠的橫向集成

縱向集成是指基于智能工廠中的網(wǎng)絡(luò)化的制造體系，實(shí)現(xiàn)分散式生產(chǎn)，替代傳統(tǒng)的集中式中央控制的生產(chǎn)流程。縱向集成主要體現(xiàn)在工廠內(nèi)的科學(xué)管理上，從側(cè)重于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，走到了產(chǎn)品全生命周期的集成過(guò)程，建立有效的縱向的生產(chǎn)體系(圖3)。

圖3 智能工廠的縱向集成

端對(duì)端集成是指貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的工程化信息系統(tǒng)集成，以保障大規(guī)模個(gè)性化定制的實(shí)施。端對(duì)端集成以價(jià)值鏈為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)端到端的生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)信息世界和物理世界的有效整合。端對(duì)端集成是從工藝流程角度來(lái)審視智能制造，主要體現(xiàn)在并行制造上，將由單元技術(shù)產(chǎn)品通過(guò)集成平臺(tái)，形成企業(yè)的集成平臺(tái)系統(tǒng)，并朝著工廠綜合能力平臺(tái)發(fā)展(圖4)。

圖4 智能工廠的端到端的集成

智能工廠的三項(xiàng)集成，從多年來(lái)以信息共享為集成的重點(diǎn)，走到了過(guò)程集成的階段，并不斷向智能發(fā)展的集成階段邁進(jìn)?！肮I(yè)4.0”推動(dòng)在現(xiàn)有高端水平上的縱向、橫向以及端到端的，包括企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同合作企業(yè)之間以及企業(yè)和顧客之間的全方位的整合。

從過(guò)去集成化思想在制造業(yè)中發(fā)展歷程以及給制造業(yè)帶來(lái)的效果評(píng)價(jià)來(lái)看，制造業(yè)已然越來(lái)越離不開(kāi)以先進(jìn)技術(shù)為支持的全方位整合?？梢哉f(shuō)，基于全方位整合的集成化思維是制造業(yè)新思維之一。而且，制造業(yè)今后的發(fā)展也必將以“借勢(shì)借力、整合資源”的全方位整合為基本思路。

二、智能設(shè)備

在未來(lái)的智能工廠，每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)清晰可見(jiàn)、高度透明，整個(gè)車(chē)間有序且高效地運(yùn)轉(zhuǎn)。“工業(yè)4.0”中，自動(dòng)化設(shè)備在原有的控制功能基礎(chǔ)上，附加一定新功能，就可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理、安全性、可追蹤性與節(jié)能性等智能化要求。這些為生產(chǎn)設(shè)備添加的新功能是指通過(guò)為生產(chǎn)線配置眾多傳感器，讓設(shè)備具有感知能力，將所感知的信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析決策進(jìn)一步使得自動(dòng)化設(shè)備具有自律管理的智能功能，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化。

“工業(yè)4.0”中，在生產(chǎn)線、生產(chǎn)設(shè)備中配備的傳感器，能夠?qū)崟r(shí)抓取數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)無(wú)線通信連接互聯(lián)網(wǎng)，傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)本身進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。設(shè)備傳感和控制層的數(shù)據(jù)與企業(yè)信息系統(tǒng)融合形成了信息物理系統(tǒng)(CPS)，使得生產(chǎn)大數(shù)據(jù)傳到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，形成決策并反過(guò)來(lái)指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)備的智能化直接決定了“工業(yè)4.0”所要求的智能生產(chǎn)水平。

生產(chǎn)效率是制造企業(yè)首先會(huì)考慮的問(wèn)題。在具體生產(chǎn)流程方面，“工業(yè)4.0”對(duì)企業(yè)的意義在于，它能夠?qū)⒏鞣N生產(chǎn)資源，包括生產(chǎn)設(shè)備、工廠工人、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施形成一個(gè)閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和系統(tǒng)服務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)貫穿整個(gè)智能產(chǎn)品和系統(tǒng)的價(jià)值鏈網(wǎng)絡(luò)的橫向、縱向的鏈接和端對(duì)端的數(shù)字化集成，從而提高生產(chǎn)效率, 最終實(shí)現(xiàn)智能工廠。通過(guò)智能工廠制造系統(tǒng)在分散價(jià)值網(wǎng)絡(luò)上的橫向連接，就可以在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、物流、服務(wù)的過(guò)程中，借助軟件和網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)、交流溝通，根據(jù)最新情況，靈活、實(shí)時(shí)地調(diào)整生產(chǎn)工藝，而不再是完全遵照幾個(gè)月或者幾年前的計(jì)劃。

“工業(yè)4.0”通過(guò)CPS系統(tǒng)將不同設(shè)備通過(guò)數(shù)據(jù)交互連接到一起，讓工廠內(nèi)部、外部構(gòu)成一個(gè)整體。而這種“一體化”其實(shí)是為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造的“分散化”。“工業(yè)4.0”中，生產(chǎn)模式將從“由集中式中央控制向分散式增強(qiáng)控制”轉(zhuǎn)變，“分散化”后的生產(chǎn)將變得比流水線的自動(dòng)化方式更加靈活。

流水線作業(yè)的主要特點(diǎn)是：物料通過(guò)流水線傳送，操作工人在工位上不動(dòng)，不斷地簡(jiǎn)單重復(fù)一個(gè)固定的動(dòng)作。好處是可以避免操作工人在車(chē)間內(nèi)來(lái)回走動(dòng)、更換工具等勞動(dòng)環(huán)節(jié)，從而顯著地提升工作效率(圖5)。

圖5 生產(chǎn)生產(chǎn)場(chǎng)景圖及演變過(guò)程

隨著PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)的出現(xiàn)和普及，自動(dòng)化技術(shù)得到了重大突破。PLC使得一些邏輯關(guān)聯(lián)復(fù)雜的操作可以由設(shè)備自動(dòng)完成。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展，使得零部件能夠在機(jī)床上按照?qǐng)D紙完成若干復(fù)雜的加工工作。此外，采用機(jī)械手等工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，也使得替代操作工人的簡(jiǎn)單重復(fù)的固定作業(yè)成為可能。

所以，在流水線上，經(jīng)過(guò)分解的、由標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)作組成的操作很容易被自動(dòng)化的機(jī)器來(lái)完成。也就是，流水線很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。過(guò)去30多年是全球化發(fā)展最快的一段時(shí)期，發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移將大量勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移到勞動(dòng)力成本較低的發(fā)展中國(guó)家。對(duì)于大量勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化水平較高的流水線的綜合成本往往要高于自動(dòng)化水平較低的生產(chǎn)線。

但是，自動(dòng)化流水線也有其弊端。不能靈活地生產(chǎn)，不能滿足個(gè)性化定制，而且重復(fù)性低、相對(duì)復(fù)雜、感知能力要求強(qiáng)的操作更適合人工來(lái)做。

更好地滿足個(gè)性化需求，提高生產(chǎn)線的柔性是制造業(yè)長(zhǎng)期追求的目標(biāo)。

“工業(yè)4.0”報(bào)告中描述的動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式主要是指從事作業(yè)的機(jī)器人(工作站)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)訪問(wèn)所有有關(guān)信息，并根據(jù)信息內(nèi)容，自主切換生產(chǎn)方式以及更換生產(chǎn)材料，從而調(diào)整成為最匹配模式的生產(chǎn)作業(yè)。動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式能夠?qū)崿F(xiàn)為每個(gè)客戶、每個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)、零部件構(gòu)成、產(chǎn)品訂單、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)制造、物流配送，杜絕整個(gè)鏈條中的浪費(fèi)環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式不同，動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式在生產(chǎn)之前，或者生產(chǎn)過(guò)程中，都能夠隨時(shí)變更最初的設(shè)計(jì)方案。

例如，目前的汽車(chē)生產(chǎn)主要是按照事先設(shè)計(jì)好的工藝流程進(jìn)行的生產(chǎn)線生產(chǎn)方式。盡管也存在一些混流生產(chǎn)方式，但是生產(chǎn)過(guò)程中，一定要在由眾多機(jī)械組成的生產(chǎn)線上進(jìn)行，所以不會(huì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的多樣化。管理這些生產(chǎn)線的MES(制造執(zhí)行管理系統(tǒng))原本應(yīng)該帶給生產(chǎn)線更多的靈活性，但是受到構(gòu)成生產(chǎn)線的眾多機(jī)械的硬件制約，無(wú)法發(fā)揮出更多的功能，作用極為有限(圖6)。

圖6 傳統(tǒng)汽車(chē)生產(chǎn)中嚴(yán)格按照順序的生產(chǎn)流程

同時(shí)，在不同生產(chǎn)線上操作的工人分布于各個(gè)車(chē)間，他們都不會(huì)掌握整個(gè)生產(chǎn)流程，所以也只能發(fā)揮出在某項(xiàng)固定工作上的作用。這樣一來(lái)，很難實(shí)時(shí)滿足客戶的需求。

“工業(yè)4.0”描繪的智能工廠中，固定的生產(chǎn)線概念消失了，采取了可以動(dòng)態(tài)、有機(jī)地重新構(gòu)成的模塊化生產(chǎn)方式。

例如，生產(chǎn)模塊可以視為一個(gè)“信息物理系統(tǒng)”，正在進(jìn)行裝配的汽車(chē)能夠自律在生產(chǎn)模塊間穿梭，接受所需的裝配作業(yè)。其中，如果生產(chǎn)、零部件供給環(huán)節(jié)出現(xiàn)瓶頸，能夠及時(shí)調(diào)度其他車(chē)型的生產(chǎn)資源或者零部件，繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)。也就是，為每個(gè)車(chē)型自律性選擇適合的生產(chǎn)模塊，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的裝配作業(yè)。在這種動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式下，可以發(fā)揮出MES原本的綜合管理功能，能夠動(dòng)態(tài)管理設(shè)計(jì)、裝配、測(cè)試等整個(gè)生產(chǎn)流程，既保證了生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，又可以使生產(chǎn)種類實(shí)現(xiàn)多樣化(圖7)。

圖7 動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)流程

三、智能物料

“工業(yè)4.0”時(shí)代，在智能工廠中，CRM(Customer Relationship Management,客戶關(guān)系管理)、PDM(Product Data Management，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、SCM(Supply chain management，供應(yīng)鏈管理)等軟件管理系統(tǒng)可能都將互聯(lián)。屆時(shí)，接到顧客訂單后的一瞬間，工廠就會(huì)立即自動(dòng)地向原材料或零部件供應(yīng)商采購(gòu)原材料或零部件。

原材料或零部件到貨后，將被賦予數(shù)據(jù)，“這是給某某客戶生產(chǎn)的某某產(chǎn)品的某某工藝中的原材料或零部件”，使“原材料或零部件”帶有信息。帶有信息的原材料或零部件也就意味著擁有自己的用途或目的地，成為了“智能物料”。如果，在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)原材料或零部件一旦被錯(cuò)誤配送到其他生產(chǎn)線，它就會(huì)通過(guò)與生產(chǎn)設(shè)備開(kāi)展“對(duì)話”，返回屬于自己的正確的生產(chǎn)線;如果，生產(chǎn)機(jī)器之間的原材料不夠用，同樣，生產(chǎn)機(jī)器也可以向訂單系統(tǒng)進(jìn)行“交涉”，來(lái)增加原材料或零部件數(shù)量(圖8)。

圖8 帶有二維碼的智能物料(作者拍攝于索菲亞家具定制工廠)

最終，即便是原材料或零部件嵌入到產(chǎn)品內(nèi)之后，由于它還保存著路徑流程信息，將會(huì)很容易實(shí)現(xiàn)追蹤溯源(圖9)。

圖9 帶有二維碼的智能零部件

據(jù)媒體報(bào)道，SAP全球高級(jí)副總裁、全球研發(fā)網(wǎng)絡(luò)總裁柯曼先生在2014中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)年會(huì)上做了主題為“SAP中國(guó)的工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)之道”的演講?？侣J(rèn)為，在“工業(yè)4.0”里，所有的事情都變得數(shù)字化了。

每個(gè)產(chǎn)品都有自己獨(dú)立的ID，企業(yè)可以突破地理空間的限制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與服務(wù)。建立在大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，企業(yè)能夠根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，為客戶量身提供更為延后或者提前的服務(wù)，進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)和成本。在生產(chǎn)的過(guò)程中，企業(yè)也能夠?qū)崿F(xiàn)更好的能源管理和彈性生產(chǎn)。

四、智能產(chǎn)品

越來(lái)越多的事實(shí)表明，信息技術(shù)特別是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用正以前所未有的廣度和深度，加快推進(jìn)制造業(yè)生產(chǎn)方式、制造模式的深刻變革。隨之而來(lái)的是，產(chǎn)品本身屬性的變化(圖10)。

圖10 產(chǎn)品的智能化

當(dāng)前的汽車(chē)或許不再是一個(gè)“機(jī)械”，是一個(gè)由傳感器、天線、接收器、顯示儀等等眾多的電子零部件組成的“電子產(chǎn)品”(圖11)。

圖11 產(chǎn)品智能化演進(jìn)過(guò)程

隨著互聯(lián)網(wǎng)，尤其是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，汽車(chē)開(kāi)始與更多的外圍設(shè)備、外圍系統(tǒng)互動(dòng)，傳遞信息、共享信息。通過(guò)與智能交通系統(tǒng)(ITS)聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)時(shí)獲取交通信息、道路以及加油站信息等;通過(guò)接收衛(wèi)星導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)豐富的定位信息服務(wù);通過(guò)智能手機(jī)、平板電腦等外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)更加具有擴(kuò)展性的應(yīng)用。汽車(chē)已經(jīng)從一個(gè)“電子產(chǎn)品”進(jìn)一步變身為一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)”。未來(lái)的汽車(chē)能否與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，可能成為汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的決定性因素。

可以說(shuō)，信息技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著越來(lái)越重要作用。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)、飛機(jī)控制系統(tǒng)、汽車(chē)電子、家電、武器裝備、電子玩具等以嵌入式系統(tǒng)為代表的物理產(chǎn)品在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域廣泛存在。而它們隨著計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和控制技術(shù)的發(fā)展，以及未來(lái)制造業(yè)需求的提高，都不斷地從物理產(chǎn)品演變成為“電子產(chǎn)品”或者“網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品”(圖12)。

圖12 產(chǎn)品意義的變化

五、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同

通過(guò)互通互聯(lián)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)這些新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，和以前的自動(dòng)化的技術(shù)結(jié)合在一起，生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)縱向系統(tǒng)上的融合，生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)備之間，工人與設(shè)備之間的合作，把整個(gè)工廠內(nèi)部的聯(lián)結(jié)起來(lái)，形成信息物理系統(tǒng)，互相之間可以合作、可以響應(yīng)，能夠開(kāi)展個(gè)性化的生產(chǎn)制造，可以調(diào)整產(chǎn)品的生產(chǎn)率，還可以調(diào)整利用資源的多少、大小，采用最節(jié)約資源的方式。

“工業(yè)4.0”的智能制造，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)，其核心就是在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用中，通過(guò)信息物理系統(tǒng)(CPS)，利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、軟件技術(shù)和通信技術(shù)，加強(qiáng)信息管理和服務(wù)，提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性，從而實(shí)現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)、制造工藝及工業(yè)控制等全方位的信息覆蓋，全面控制各種信息，確保各個(gè)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)都能處于最優(yōu)狀態(tài)。從而引導(dǎo)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。

【工廠內(nèi)的協(xié)同】

對(duì)于一個(gè)制造業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部的信息是以制造為核心的，包括生產(chǎn)管理、物流管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、人員及工時(shí)管理等和生產(chǎn)相關(guān)的各個(gè)要素。傳統(tǒng)的制造管理是以單個(gè)車(chē)間/工廠為管理單位，管理的重點(diǎn)是生產(chǎn)，管理的范圍是制造業(yè)內(nèi)部。

但是，隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，很多制造型企業(yè)在發(fā)展的不同時(shí)期，根據(jù)管理的不同時(shí)期的需求，不斷地開(kāi)發(fā)了不同的系統(tǒng)，并在企業(yè)內(nèi)部逐步使用，如庫(kù)存管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)、供應(yīng)量管理系統(tǒng)系統(tǒng)等等。不同的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能，有些系統(tǒng)采用自主開(kāi)發(fā)或不同供應(yīng)商的系統(tǒng)所組成。隨著企業(yè)的發(fā)展，要求不同的生產(chǎn)元素管理之間的協(xié)同性，以避免制造過(guò)程中的信息孤島，因此對(duì)各個(gè)系統(tǒng)之間的接口和兼容性的需求越來(lái)越高，即各個(gè)系統(tǒng)之間的內(nèi)部協(xié)同越來(lái)越重要。

例如，對(duì)于采用兩套各自獨(dú)立的系統(tǒng)來(lái)管理生產(chǎn)和庫(kù)存的話，生產(chǎn)實(shí)施之前，生產(chǎn)管理系統(tǒng)需要掌控某項(xiàng)生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)施以及物料資源的供應(yīng)，而如果庫(kù)存管理系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)協(xié)同，生產(chǎn)所需要的物料信息不能反饋給庫(kù)存系統(tǒng)，庫(kù)存系統(tǒng)也不能得到生產(chǎn)所需要物料的需求信息。在生產(chǎn)完成之后，生產(chǎn)系統(tǒng)匯總生產(chǎn)結(jié)果與實(shí)際的物料使用信息，但是由于生產(chǎn)管理系統(tǒng)與庫(kù)存管理系統(tǒng)采用的是不同的獨(dú)立系統(tǒng)，庫(kù)存管理系統(tǒng)并不能實(shí)時(shí)得到物料使用信息，致使實(shí)際庫(kù)存情況和系統(tǒng)的結(jié)果不能保持一致。為了彌補(bǔ)信息的斷層，不得不從庫(kù)存管理系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的手工導(dǎo)入和導(dǎo)出，經(jīng)常進(jìn)行周期性的人工盤(pán)點(diǎn)，才能做到使用情況與庫(kù)存信息的匹配。

隨著對(duì)于制造的敏捷性及精益制造的要求不斷提高，靠人工導(dǎo)入導(dǎo)出信息已經(jīng)不能滿足制造業(yè)信息化的需求，這就要求在不同系統(tǒng)之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，做到實(shí)時(shí)的信息傳遞與共享。

【工廠間的協(xié)同】

未來(lái)制造業(yè)中，每個(gè)工廠是獨(dú)立運(yùn)作的模式，每個(gè)工廠都有獨(dú)立運(yùn)行的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，或者采用一套生產(chǎn)管理系統(tǒng)來(lái)管理所有的工廠的操作。但是隨著企業(yè)的發(fā)展，企業(yè)設(shè)置有不同的生產(chǎn)基地及多個(gè)工廠，工廠之間往往需要互相調(diào)度，合理地利用人力、設(shè)備、物料等資源，企業(yè)中每個(gè)工廠之間的信息的流量越來(lái)越多，實(shí)時(shí)性的要求越來(lái)越高，同時(shí)每個(gè)工廠的數(shù)據(jù)量和執(zhí)行的速度的要求也越來(lái)越高。這就要求不同工廠之間能夠做到網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，確保實(shí)時(shí)的信息傳遞與共享(圖13)。

圖13 工廠與工廠之間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同

在全球化與互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，協(xié)同不僅僅是組織內(nèi)部的協(xié)作，而且往往要涉及到產(chǎn)業(yè)鏈上、下游組織之間的協(xié)作。一方面，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，消費(fèi)者與制造業(yè)企業(yè)共同進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)，滿足個(gè)性化定制需求;另一方面，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，配置原材料、資本、設(shè)備等生產(chǎn)資源，組織動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)制造?？s短產(chǎn)品研發(fā)周期，滿足差異化市場(chǎng)需求。

“工業(yè)4.0”中的橫向集成代表生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)合，這是一個(gè)全產(chǎn)業(yè)鏈的集成。以往的工廠生產(chǎn)中，產(chǎn)品或零部件生產(chǎn)只是一個(gè)獨(dú)立過(guò)程，之間沒(méi)有任何聯(lián)系，沒(méi)有進(jìn)一步的邏輯控制。外部的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造使得一個(gè)工廠根據(jù)自己的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)檔期，只生產(chǎn)某一個(gè)產(chǎn)品的一部分，外部的物流、外部工廠的生產(chǎn)，包括銷(xiāo)售等整個(gè)的全產(chǎn)業(yè)鏈能夠聯(lián)系起來(lái)。這樣一來(lái)，就實(shí)現(xiàn)了價(jià)值鏈上的橫向產(chǎn)業(yè)融合。

全球化分工使得各項(xiàng)生產(chǎn)要素加速流動(dòng)，市場(chǎng)趨勢(shì)變化和產(chǎn)品個(gè)性化需求對(duì)工廠的生產(chǎn)響應(yīng)時(shí)間和柔性化生產(chǎn)能力提出了更高的要求?！肮I(yè)4.0”時(shí)代，生產(chǎn)智能化通過(guò)基于信息化的機(jī)械、知識(shí)、管理和技能等多種要素的有機(jī)結(jié)合，從著手生產(chǎn)制造之前，就按照交貨期、生產(chǎn)數(shù)量、優(yōu)先級(jí)、工廠現(xiàn)有資源(人員、設(shè)備、物料)的有限生產(chǎn)能力，自動(dòng)制訂出科學(xué)的生產(chǎn)計(jì)劃。從而，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的大幅下降，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣性、縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，從而最終實(shí)現(xiàn)工廠運(yùn)營(yíng)的全面優(yōu)化變革。

生產(chǎn)智能化和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上就是“工業(yè)4.0”時(shí)代的重要標(biāo)志之一——在智能工廠，利用智能設(shè)備，將智能物料生產(chǎn)成智能產(chǎn)品，整個(gè)過(guò)程貫穿以網(wǎng)絡(luò)協(xié)同(圖14)。

圖14 智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的第二十七期：德国工业4.0眼里“工业互联网”与“智能制造”的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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