進(jìn)入21世紀(jì)以來，信息與通信技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。特別互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展給社會和工業(yè)帶來了深遠(yuǎn)的影響，2006年美國國家基金會（NSF）科學(xué)家Helen Gill提出了信息物理融合系統(tǒng)（Cyber-Physical System,簡稱CPS）概念，將網(wǎng)絡(luò)化的世界與智能化物理世界融合起來。信息物理融合系統(tǒng)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。CPS 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)智能化具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)作和自適應(yīng)功能。德國工業(yè)4.0將CPS運(yùn)用到制造和物流的技術(shù)集成，通過與物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)網(wǎng)的融合，進(jìn)而產(chǎn)生了創(chuàng)新的工廠系統(tǒng) -- 智能工廠( SmartFactory )。
在工業(yè) 4.0 時代，每個工廠企業(yè)都將建立 “數(shù)字企業(yè)平臺”，通過開放接口將虛擬環(huán)境與基礎(chǔ)架構(gòu)融為一體，從而形成生產(chǎn)制造模式變革為核心的網(wǎng)絡(luò)物理融合生產(chǎn)系統(tǒng)（CPPS）。智能工廠系統(tǒng)完全不同于傳統(tǒng)的工廠自動化系統(tǒng)。智能工廠采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)，它是人、機(jī)器與產(chǎn)品互聯(lián)互通的一個智能網(wǎng)絡(luò)。這一智能網(wǎng)絡(luò)成為設(shè)計(jì)和制造智能工廠的理論基礎(chǔ)。
CPS的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；生產(chǎn)制造系統(tǒng)采用CPPS信息物理融合生產(chǎn)系統(tǒng)；傳統(tǒng)的企業(yè)監(jiān)控管理級成為了采用服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)提供的服務(wù)的安全可靠和可信的云網(wǎng)絡(luò)�；谇度胧絀nternet技術(shù)的P2M（產(chǎn)品對機(jī)器通信）以公共無線網(wǎng)絡(luò)為接入手段，為客戶提供產(chǎn)品到機(jī)器的通信解決方案，滿足客戶對生產(chǎn)過程監(jiān)控、指揮調(diào)度、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和測量、遠(yuǎn)程診斷等方面的信息化需求。P2M不是簡單的數(shù)據(jù)在產(chǎn)品和機(jī)器之間的傳輸，它是生產(chǎn)制造之間的一種智能化、交互式通信，即使人們沒有實(shí)時發(fā)信號，機(jī)器也會根據(jù)產(chǎn)品的信息主動進(jìn)行通信，并根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析智能化地做出選擇，對相關(guān)設(shè)備發(fā)出正確的指令。新型的工業(yè)控制以傳統(tǒng)的自動控制金字塔為基礎(chǔ)逐步實(shí)現(xiàn)智能化、遠(yuǎn)程化和實(shí)時化，通過IP網(wǎng)絡(luò)支持以及泛在移動性的P2M通信提供了更佳的承載基礎(chǔ)。按照Edward A. Lee教授的定義：“信息物理生產(chǎn)制造系統(tǒng)（CPPS）是計(jì)算過程和物理過程的集成系統(tǒng)，利用嵌入式計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)對物理過程進(jìn)行監(jiān)測和控制，并通過反饋環(huán)實(shí)現(xiàn)計(jì)算過程和物理過程的相互影響。”基于CPS系統(tǒng)的智能工廠是一種網(wǎng)絡(luò)型嵌入式系統(tǒng)，它將打破PC機(jī)時代建立的傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)的體系架構(gòu)，從而全面實(shí)現(xiàn)分布式智能。
德國推進(jìn)智能工廠動因
除了技術(shù)背景，德國政府實(shí)施智能工廠的主要原因，還是想將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息和通信技術(shù)集成到傳統(tǒng)的制造業(yè)，以維持其全球市場領(lǐng)導(dǎo)地位，并為推廣CPS技術(shù)和產(chǎn)品建立和培育新的市場，成為智能制造技術(shù)的主要供應(yīng)大國。
從根本上說，德國作為世界上最重要的生產(chǎn)制造國家，面臨著互聯(lián)網(wǎng)時代制造領(lǐng)域升級轉(zhuǎn)型的巨大挑戰(zhàn)。目前IT行業(yè)對于傳統(tǒng)制造業(yè)的大舉進(jìn)攻，對于傳統(tǒng)制造領(lǐng)域技術(shù)開發(fā)的大量投資，使得德國政府不斷提醒德國的企業(yè)家們必須抱有保持德國在制造行業(yè)領(lǐng)先地位的深刻危機(jī)意識。如果德國制造業(yè)不能及時進(jìn)行創(chuàng)新性革命，總有一天Google、微軟、蘋果等會成為生產(chǎn)制造的新巨頭�？梢哉f，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展對于產(chǎn)品乃至企業(yè)生命周期的影響，猛烈地沖擊著德國制造強(qiáng)國的地位。所以德國必須通過新的創(chuàng)新、變革才能從制造強(qiáng)國提升為超級制造強(qiáng)國，從而保持它在機(jī)械制造領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。而推動智能工廠和智能生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段。
德國大力推進(jìn)智能工廠的原因，具體而言，第一個因素是互聯(lián)網(wǎng)時代對于傳統(tǒng)制造業(yè)的強(qiáng)烈沖擊。最近十多年來技術(shù)特別是IT信息通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，已成為所有行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域的重要創(chuàng)新驅(qū)動器。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已對人類社會的發(fā)展帶來了深刻的影響。制造業(yè)若仍按照原來的設(shè)計(jì)制造生產(chǎn)和規(guī)劃方法運(yùn)行，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)市場、客戶和技術(shù)發(fā)展的需要。如何將互聯(lián)網(wǎng)及IT技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)工業(yè)已成為當(dāng)務(wù)之急。因此，如果德國想在全球裝備制造領(lǐng)域繼續(xù)保持領(lǐng)頭羊的地位，不僅必須繼續(xù)發(fā)揚(yáng)一貫專注于創(chuàng)新和創(chuàng)造的精神，而且要通過工業(yè)4.0戰(zhàn)略的實(shí)施，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)有機(jī)結(jié)合在一起，對傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行變革以符合新的營銷理念、新的市場需求和新的技術(shù)發(fā)展的要求，再度提升其全球競爭力，成為互聯(lián)網(wǎng)時代工業(yè)制造技術(shù)的供應(yīng)者和領(lǐng)先者，并將這種系統(tǒng)工程推向全世界，保持其全球生產(chǎn)制造行業(yè)掌門領(lǐng)袖的地位。
第二個因素是世界經(jīng)濟(jì)全球化對于產(chǎn)品生命周期的影響。由于互聯(lián)網(wǎng)時代帶來了世界經(jīng)濟(jì)的扁平化，帶來了工業(yè)產(chǎn)業(yè)如何保持持續(xù)發(fā)展的新挑戰(zhàn)，帶來了由信息的開放性和傳播的快速性造成的產(chǎn)品生命周期的根本性變化。所以制造工廠的設(shè)計(jì)和建造需要滿足生產(chǎn)制造布局全球性、制造方式靈活性、產(chǎn)品生命周期縮短和企業(yè)發(fā)展持續(xù)性的需求。這些需求就是工業(yè)4.0戰(zhàn)略在所有工業(yè)領(lǐng)域要解決的問題。 而智能工廠的目的就是要產(chǎn)生一種新型的生產(chǎn)制造模式。從單純生產(chǎn)產(chǎn)品的技術(shù)角度來講，這種新型的生產(chǎn)制造模式要能適應(yīng)產(chǎn)品生命周期的新變化。在過去十多年里，機(jī)械制造行業(yè)的專家們做了不少努力來提高生產(chǎn)效率，加大生產(chǎn)的靈活性，如機(jī)電一體化、管控一體化、CIMS、數(shù)字工廠、虛擬工廠等等，都沒有很好地解決以上問題，在實(shí)踐和發(fā)展中，人們慢慢認(rèn)識到這些問題的解決并不是單單通過改造生產(chǎn)制造方式就可以實(shí)現(xiàn)的。這種變革需要融合產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、市場、服務(wù)、運(yùn)行及回收各階段的動態(tài)管理。這恰恰是建設(shè)智能工廠的首要任務(wù)。
第三個因素是推動智能制造以鞏固德國在制造領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。德國在推動工業(yè)4.0這一國策時將重點(diǎn)放在智能工廠上，這關(guān)系到德國如何繼續(xù)占領(lǐng)傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域的制高點(diǎn)，打造國家制造業(yè)競爭新優(yōu)勢。老牌工業(yè)強(qiáng)國德國期望通過以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命來實(shí)現(xiàn)德國的工業(yè)制造由自動化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向升級的目的，實(shí)施智能工廠和智能生產(chǎn)兩大戰(zhàn)略，通過不同層面的智能化變革實(shí)現(xiàn)全局的智能化。
德國強(qiáng)調(diào)第四次革命的重點(diǎn)是生產(chǎn)制造模式上的改變，這也與德國制造業(yè)在德國經(jīng)濟(jì)中有著舉足輕重的地位分不開。德國擁有強(qiáng)大的設(shè)備和機(jī)床制造能力，推動智能工廠建設(shè)，可以全方位地提升德國工業(yè)界的整體實(shí)力，引發(fā)整個制造產(chǎn)業(yè)鏈（信息技術(shù)的引用、生產(chǎn)物流管理技術(shù)、自動化控制技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、工業(yè)科技產(chǎn)品的科研和開發(fā)、3D技術(shù)、復(fù)雜工業(yè)過程的管理技術(shù)、電子嵌入式系統(tǒng)技術(shù)等等）的顛覆性變化。同時這一項(xiàng)目也可以動員和吸引整個工業(yè)制造行業(yè)鏈上大量中小企業(yè)參與，舉一綱而萬目張，解一卷而眾篇明，成為“全民項(xiàng)目”，使得中小企業(yè)都成為智能工廠生產(chǎn)技術(shù)的參與者、開發(fā)者、使用者和受益者，從而繼續(xù)保持德國在整個產(chǎn)業(yè)鏈的領(lǐng)先地位。
德國智能工廠架構(gòu)體系
工業(yè)4.0提倡的智能工廠是實(shí)現(xiàn)一種新型生產(chǎn)制造模式的載體。其核心是為了適應(yīng)產(chǎn)品生命周期新的變化。它能夠找到應(yīng)付產(chǎn)品快速更新?lián)Q代、產(chǎn)品種類多而批量少、價(jià)格競爭和成本壓力、投資回報(bào)率時間縮短以及資源優(yōu)化和能源效率的解決方法。其架構(gòu)體系是按照RAMI4.0 （工業(yè)4.0的參考架構(gòu)模型）來設(shè)計(jì)的。
RAMI 4.0 提出了從四個側(cè)面來設(shè)計(jì)智能工廠， 即生產(chǎn)制造流程、生產(chǎn)制造設(shè)備、管理軟件和工程工藝（生產(chǎn)工藝、制造工藝、產(chǎn)品開發(fā)工藝及流程工藝）。同時RAMI4.0又將這四個側(cè)面歸納為三個維度， 即產(chǎn)業(yè)制造鏈、產(chǎn)品周期鏈和企業(yè)管理鏈，形成一個三維的工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型。按照這個模型，我們用生產(chǎn)制造周期、自適應(yīng)生產(chǎn)制造自動化系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)為導(dǎo)向的工廠管理系統(tǒng)三方面來構(gòu)造智能工廠的基本特性及方法。
實(shí)現(xiàn)智能工廠要分多步進(jìn)行
智能工廠要掌握產(chǎn)品生命周期，制訂靈活多樣的生產(chǎn)制造周期。實(shí)際上，產(chǎn)品從誕生到消失的生命周期在市場上銷售量需求有一定的規(guī)律。它要經(jīng)歷研發(fā)期、試用期、發(fā)展期、成熟期、飽和期到退出期。在不同的時期中市場對于產(chǎn)品的數(shù)量要求也是不同的。如在研發(fā)期、試用期所需要的產(chǎn)品數(shù)量是有限的，發(fā)展期、成熟期、飽和期所需要的產(chǎn)品數(shù)量由市場推廣的力度及市場合理的定位來確定預(yù)測的范圍，而在退出期則需要按回報(bào)率、更新?lián)Q代的速度和開發(fā)新產(chǎn)品的投入力度來規(guī)劃產(chǎn)品不同的生產(chǎn)數(shù)量和功能。
S型曲線是典型的產(chǎn)品生命周期曲線，產(chǎn)品經(jīng)過培育期、成長期、成熟期、衰退期，直至結(jié)束產(chǎn)品生命。這條S型曲線代表了以傳統(tǒng)的方式來思考一個產(chǎn)品生命周期的各個階段與企業(yè)在此產(chǎn)品上的收入（效益）的關(guān)系。
而在產(chǎn)品生命周期的管理下，產(chǎn)品生命周期曲線可以被重新塑造，在產(chǎn)品生命周期的各個階段都會產(chǎn)生相應(yīng)的作用，從總體上為企業(yè)帶來巨大的效益。同時極大地影響不同階段對于產(chǎn)品的需求數(shù)量，當(dāng)然對于生產(chǎn)制造的規(guī)模、回報(bào)率和研發(fā)周期的制定起了決定性的作用。
這是產(chǎn)品管理的基本原則，所不同的是在過去的年代里，整個的產(chǎn)品生命周期比較長，一般可以按8年到10年計(jì)算，所以一般研發(fā)期、試用期的資本投入可以忽略不計(jì)。以開發(fā)機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品為例，初期的研發(fā)費(fèi)用、模具費(fèi)用甚至加工機(jī)械設(shè)備的費(fèi)用可以分?jǐn)傇谡麄�產(chǎn)品的數(shù)量上。比較長的產(chǎn)品生命周期產(chǎn)生巨大的銷售量保證了初期投入及時地獲得回報(bào)。而如今隨著技術(shù)的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代的加速，產(chǎn)品生命周期大大縮短。這種現(xiàn)象首先出現(xiàn)在民用產(chǎn)品上，使用周期從過去的三四年縮短到一二年，甚至更短。這種趨勢也影響了工業(yè)產(chǎn)品的生命周期的長短。
產(chǎn)品生命周期短、產(chǎn)品數(shù)量少同時數(shù)量要求的突變性，必然需要一種靈活多樣的生產(chǎn)制造模式來快速響應(yīng)這些變化。實(shí)現(xiàn)智能工廠的第一步就是要建立這樣的具有自適應(yīng)功能的生產(chǎn)制造模式。目前德國推動智能工廠的一項(xiàng)重要任務(wù)就是設(shè)計(jì)和規(guī)范按照市場對產(chǎn)品需求的不同時間段而實(shí)現(xiàn)不同生產(chǎn)方式的靈活多樣的生產(chǎn)制造發(fā)展周期。
智能工廠要滿足產(chǎn)品制造周期的自適應(yīng)生產(chǎn)制造模式。多工作方法的生產(chǎn)制造模式是智能工廠滿足客戶和產(chǎn)品特殊需求的基礎(chǔ),將客戶和市場的需求及時地與生產(chǎn)制造模式有機(jī)地整合在一起，及時調(diào)整生產(chǎn)的方法來平衡成本與投資，降低成本，提高響應(yīng)速度。提高產(chǎn)品的競爭能力是智能工廠的基本設(shè)計(jì)思想。要實(shí)現(xiàn)人工、半自動和全自動三位一體的生產(chǎn)制造模式，我們首先要考慮到這種混合生產(chǎn)制造模式的實(shí)施成本問題，生產(chǎn)方式切換時產(chǎn)生的停機(jī)時間問題，調(diào)試維護(hù)安裝操作難度提高的問題，運(yùn)行人員的技術(shù)水平培養(yǎng)問題，系統(tǒng)規(guī)劃預(yù)算的復(fù)雜性問題等等。 針對這些問題，必須解決：產(chǎn)品數(shù)量的響應(yīng)性；生產(chǎn)規(guī)劃的長期性；生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性；技術(shù)發(fā)展的連續(xù)性；制造成本的競爭性；員工創(chuàng)新的主導(dǎo)性。這六個性能構(gòu)成了智能工廠生產(chǎn)制造模型的特征。
智能工廠必須具備將人工、半自動和全自動三位一體的適應(yīng)性生產(chǎn)制造模式的控制系統(tǒng)的基本方法人工、半自動和全自動三位一體的適應(yīng)性生產(chǎn)制造模式是構(gòu)成生產(chǎn)價(jià)值鏈軸/生產(chǎn)管理軸的集合。針對產(chǎn)品的高柔性化生產(chǎn)和客戶定制的發(fā)展趨勢，建立高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。
在這種模式中，由于引入了各種新的技術(shù)特別是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，產(chǎn)生以生產(chǎn)制造為導(dǎo)向的交叉領(lǐng)域和創(chuàng)新理念，創(chuàng)造出新價(jià)值，傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈將被重組。適應(yīng)性的生產(chǎn)制造模式針對產(chǎn)品制造周期自適應(yīng)生產(chǎn)制造模式提出了基本的設(shè)計(jì)規(guī)范，核心是將IT信息技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工業(yè)自動化技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來。對所需的信息和應(yīng)用信息要求數(shù)字化；保證產(chǎn)品在不同時刻或階段需求量不同，對于生產(chǎn)峰值有及時的應(yīng)對能力； 應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)及IT技術(shù)將生產(chǎn)制造、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)控制和生產(chǎn)管理結(jié)合在一起；采用分散智能化裝備組件使得生產(chǎn)模式功能擴(kuò)展得更加方便；采用網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的概念達(dá)到數(shù)字工廠與實(shí)際對象的一致性。 當(dāng)然成本的優(yōu)化、操作的方便性等等因素都在設(shè)計(jì)的大綱中體現(xiàn)出來。
根據(jù)這些現(xiàn)實(shí)及未來發(fā)生的問題，研究智能工廠的路徑圖得以提出。智能工廠是信息化技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)品，是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理和服務(wù)。智能工廠規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行專家們不僅要了解自己的產(chǎn)品即生產(chǎn)裝備及技術(shù)，同時也應(yīng)該清楚掌握產(chǎn)銷流程、即時正確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以及合理編排生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)進(jìn)度。為了提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工干預(yù)、在設(shè)計(jì)的過程中必須將生產(chǎn)管理、生產(chǎn)流程及生產(chǎn)效率統(tǒng)一于生產(chǎn)制造模式中，從而構(gòu)建一個高效節(jié)能、綠色環(huán)保、環(huán)境舒適的現(xiàn)代化工廠。它主要采用的技術(shù)核心如下：A) 采用數(shù)字工廠/虛擬工廠的技術(shù)；B)智能分散型機(jī)電控制一體化的功能模塊；C) IT技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、應(yīng)用實(shí)現(xiàn)三位一體化的適應(yīng)性生產(chǎn)制造系統(tǒng)。
智能工廠還須具備融合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)管理系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”概念的智能工廠，在注重新的生產(chǎn)線高度自動化的同時，必須首先在制造的主要環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)信息化控制與集成，以支撐生產(chǎn)過程管理與監(jiān)控以及制造執(zhí)行環(huán)節(jié)的信息主動獲取和集成。為此，智能工廠必須以生產(chǎn)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的主動獲取、應(yīng)用和集成為主線，設(shè)計(jì)出智能制造過程管理與控制軟件子系統(tǒng)（以下簡稱子系統(tǒng)）。
該子系統(tǒng)主要分為三個層面：信息集成與服務(wù)層、智能制造車間管理層以及設(shè)備層。在智能工廠的企業(yè)管理層必須與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合。整個軟件框架體系中，頂層信息集成與服務(wù)層通過云服務(wù)與其他工廠進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)制造服務(wù)化；生產(chǎn)制造管理層作為制造執(zhí)行控制功能，對制造過程進(jìn)行控制與數(shù)據(jù)分析，主要包括制造執(zhí)行控制模塊、庫存與物流控制模塊、多源過程數(shù)據(jù)獲取與分析模塊、設(shè)備通訊模塊等關(guān)鍵業(yè)務(wù)功能以及系統(tǒng)基礎(chǔ)支撐模塊。各層間通過數(shù)據(jù)服務(wù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。智能工廠的IT設(shè)施建立在云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，云計(jì)算的本質(zhì)是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)模式，它類似于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心�？刂剖铱梢岳斫鉃樗接性�，考慮到控制的可靠性要求非常高，為CPPS信息物理融合生產(chǎn)系統(tǒng)提供服務(wù)的Apps平臺建立在工廠企業(yè)的私有云上。但是一些營運(yùn)和生產(chǎn)管理,例如PLM、SCM、CRM、QMS、ERP、以及MES的一些功能可以通過云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。這樣可以降低創(chuàng)建和優(yōu)化基礎(chǔ)架構(gòu)的成本，提升生產(chǎn)管理的智能化水平，高效地跨地域協(xié)同以及提高快速響應(yīng)市場需求的能力。
德國正加緊實(shí)踐工業(yè)4.0和智能工廠
實(shí)際上，工業(yè)4.0提出的智能工廠的概念，是與德國工業(yè)界遇到的最大瓶頸緊密地聯(lián)系在一起的，無論所宣傳的CPS系統(tǒng)將人、產(chǎn)品和機(jī)器用互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，還是用個性化生產(chǎn)來描述滿足市場日益?zhèn)�性化的產(chǎn)品需求，其隱含著最大的目的是建立一個與互聯(lián)網(wǎng)融合的智能化先進(jìn)制造方式，提高效率，降低成本和加快反應(yīng)速度。根據(jù)德國專家的分析，這個目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)至少要十多年，所以存在著現(xiàn)實(shí)與未來、方式與模式矛盾的問題。
然而，在過去的幾年里，德國大多數(shù)企業(yè)和工程人員也搞不清工業(yè)4.0到底要干什么，智能工廠到底應(yīng)該如何來建造，基本上處于觀望狀態(tài)。從2015年開始，德國政府意識到這個問題，必須將實(shí)踐與理論相結(jié)合，將概念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。德國副總理、經(jīng)濟(jì)部長Gabriel明確要求各企業(yè)公司必須加快研發(fā)步伐，盡快將研發(fā)成果應(yīng)用到實(shí)踐，成為可復(fù)制的樣板工程，同時要盡快確定新業(yè)務(wù)的模式。所以，2015年5月，由德國經(jīng)濟(jì)部和教育研究部牽頭重組了工業(yè)4.0平臺，并著重于工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化的制定工作。2015年11月，德國發(fā)布了工業(yè)4.0第二版，并將其確定為德國標(biāo)準(zhǔn)，上報(bào)到IEC委員會。同時，強(qiáng)調(diào)了實(shí)踐的重要性。在很短時間內(nèi)制定了工業(yè)4.0實(shí)施示范分布圖，共記錄了202個以工業(yè)4.0為導(dǎo)向的示范項(xiàng)目，人們可以通過網(wǎng)站直接閱讀。
值得一提的是，通過觀察和分析，我們可以看到目前所有的項(xiàng)目并不是想象中的“智能工廠、數(shù)字工廠、自適應(yīng)工廠”，更多的是技術(shù)改革，深度的自動化技術(shù)的應(yīng)用。其目的不在于做秀給別人參觀， 而是用務(wù)實(shí)的創(chuàng)新精神來解決針對互聯(lián)網(wǎng)時代中產(chǎn)品快速需求性、產(chǎn)品生命周期不斷縮短、多品種小批量生產(chǎn)制造模式的問題，在實(shí)踐中通過增加工藝流程和生產(chǎn)制造模式的靈活性，特別是通過互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使業(yè)務(wù)流程的不同方面(如質(zhì)量、時間、任務(wù)、穩(wěn)健性、價(jià)格和生態(tài)友好)實(shí)現(xiàn)動態(tài)配置，加快對材料和供應(yīng)鏈的持續(xù)調(diào)整。同時，這也意味著工程流程能夠變得更加靈活，制造流程可以隨時被改變，暫時性短缺(比如供應(yīng)問題)能夠快速彌補(bǔ)，并且在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的大幅提高。
而且，工業(yè)4.0建立產(chǎn)品數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn)，使得人們在設(shè)計(jì)、配置、排序、規(guī)劃、制造和運(yùn)行等階段中納入數(shù)字化產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行及時的適應(yīng)性的修改。通過生產(chǎn)制造方式的靈活性、研究開發(fā)的適應(yīng)性和市場客戶快速響應(yīng)性，使得智能工廠的生產(chǎn)制造模式能夠解決由于產(chǎn)品生命周期不斷縮短造成的制造成本和響應(yīng)速度的問題，提高資源利用率來得到足夠獲利能力。
如果我們從這個新的思路出發(fā)重新認(rèn)識智能工廠的真正含義和推進(jìn)路徑，無論是位于德國巴伐利亞州東部城市安貝格的西門子工廠還是寶馬公司全生產(chǎn)線，盡管我們沒有感受到許多新的技術(shù)，也沒有非常震撼的感覺，但是解決產(chǎn)品的制造成本、提高生產(chǎn)制造的靈活性恰恰處于演變之中。同樣，202個示范項(xiàng)目中的每個項(xiàng)目都對自動化提出了挑戰(zhàn)。因?yàn)樗梢越o整個供應(yīng)鏈帶來自動化附加值，它的功能、高品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)回報(bào)還有生產(chǎn)效率都可以通過互聯(lián)網(wǎng)的介入而進(jìn)一步提升。
綜上所述，在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)時代，面臨美國提出的“第三次革命”“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略，德國沒有隨風(fēng)而動，跟隨美國人進(jìn)行制造領(lǐng)域顛覆性的改變，而是按照自身國情、本國工業(yè)領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)和瓶頸，提出了符合自己生產(chǎn)制造模式改進(jìn)的策略，乃至上升為國家戰(zhàn)略。德國沒有將工業(yè)4.0戰(zhàn)略僅僅限制在智能工廠、智能制造上，而是通過將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)有效地運(yùn)用到工業(yè)革命之中，進(jìn)行生產(chǎn)制造模式的變革，并制定了長期的戰(zhàn)略規(guī)劃圖，將現(xiàn)實(shí)與未來有機(jī)結(jié)合，將方式與模式的改變有機(jī)結(jié)合，走出德國自身的發(fā)展工業(yè)之路。
中國創(chuàng)新性智能制造戰(zhàn)略必須結(jié)合中國國情
《中國制造2025》也為我國工業(yè)發(fā)展提出了綱領(lǐng)性的方針與政策。我們必須按照這個方針，找出我們工業(yè)目前發(fā)展碰到的瓶頸和挑戰(zhàn)，一步一步地解決難點(diǎn)問題，而不是回避問題，人為轉(zhuǎn)型。
當(dāng)今我國工業(yè)領(lǐng)域遇到許多瓶頸：產(chǎn)能過剩、經(jīng)濟(jì)下行壓力大、資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等，但與此同時，創(chuàng)新性不夠、產(chǎn)品質(zhì)量不高仍然是我們最大的問題。目前提高質(zhì)量的關(guān)鍵因素是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造自動化，特別是工廠制造自動化。只有質(zhì)量提高了，我們才能提高效率，通過有效的管理手段來實(shí)現(xiàn)流程執(zhí)行的最優(yōu)化。因此，自動化技術(shù)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)“中國制造2025”的必要條件，而數(shù)字化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“中國制造2025”的充分條件。通過運(yùn)用自動化技術(shù)達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的一致性， 為經(jīng)過生產(chǎn)管理做出決策提供最好的可靠的依據(jù)。如果生產(chǎn)過程中，人為的因素比重過大，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，那么再好的管理方法、管理理念也無法解決質(zhì)量問題。由于我國工業(yè)制造水平極不平衡，整體制造業(yè)格局并未完全適應(yīng)目前數(shù)字化、智能化的改造需求，我們必須依照“工業(yè)2.0補(bǔ)課，工業(yè)3.0普及，工業(yè)4.0示范”策略,從實(shí)際出發(fā)，因地制宜，制定企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)。具體做法是：作為產(chǎn)品生產(chǎn)商或制造產(chǎn)品設(shè)備商，要根據(jù)自身情況，從生產(chǎn)制造自動化、流程管理數(shù)字化、企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)化到智能制造云端化，一步一步實(shí)現(xiàn)智能工廠的戰(zhàn)略。
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本文標(biāo)題：德國智能工廠建設(shè)路徑
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