淺析計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)工業(yè)4.0的影響

李 劍

（安順職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州 安順 561000）

1 何謂工業(yè)4.0

1.1 工業(yè)4.0的概念與內(nèi)涵

所謂工業(yè)4.0（Industry4.0），是指利用利用物聯(lián)信息系統(tǒng)(Cyber-Physical System，CPS)將工業(yè)生產(chǎn)中的原料供應(yīng)、產(chǎn)品制造、銷售信息等數(shù)據(jù)化、智能化，進(jìn)而達(dá)到快速、有效、個(gè)性化的產(chǎn)品供應(yīng)。

工業(yè)4.0是德國政府發(fā)布的《德國2020高技術(shù)戰(zhàn)略》中提出的未來十大項(xiàng)目之一，德國學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，工業(yè)4.0即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命。工業(yè)4.0是制造業(yè)的電子計(jì)算機(jī)化，其包含更高層次的互聯(lián)、更智能化的設(shè)備、更方便的設(shè)備間的通信以及更精益、更節(jié)能的人機(jī)協(xié)作模式等。

工業(yè)4.0包含以下三方面的內(nèi)涵：

第一，生產(chǎn)智能化、綠色化、個(gè)性化。其中，智能化是工業(yè)4.0的核心，貫穿產(chǎn)品生產(chǎn)流程的所有環(huán)節(jié)；綠色化是保護(hù)自然環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵；而個(gè)性化則是以人為本理念的體現(xiàn)，技術(shù)創(chuàng)新讓個(gè)性定制、小規(guī)模精準(zhǔn)生產(chǎn)具有了現(xiàn)實(shí)性。

第二，分散網(wǎng)絡(luò)化。這個(gè)有助于解決第二次工業(yè)革命以來形成的大城市、大工廠、大辦公樓等過于“集中”的社會(huì)問題，以紓解這種“大”帶給人們的各種壓力。

第三，信息與物理系統(tǒng)深度融合。利用移動(dòng)智能終端與無線通信，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界之間的無障礙交流，從而使人與設(shè)備在時(shí)空上可分離，機(jī)器與機(jī)器之間可通信，不同地理位置的設(shè)施可集成，總之就是形成一種高效、節(jié)能、人性化的新型生產(chǎn)模式。

1.2 工業(yè)4.0的愿景要點(diǎn)

工業(yè)4.0帶給人們這樣一幅愿景，即在一個(gè)智能化、網(wǎng)絡(luò)化的世界里，互聯(lián)網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）將深入到所有關(guān)鍵領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，從而改變創(chuàng)造新價(jià)值的過程、重組產(chǎn)業(yè)鏈分工，最終使傳統(tǒng)行業(yè)界線逐步消失，并產(chǎn)生各種新的合作模式與活動(dòng)領(lǐng)域。

工業(yè)4.0的愿景要點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：

第一，工業(yè)4.0將使生產(chǎn)過程更加靈活、有彈性；

第二，工業(yè)4.0將促進(jìn)新型合作模式與商業(yè)模式的發(fā)展；

第三，工業(yè)4.0將給工作環(huán)境、工作方式帶來全新的變化；

第四，工業(yè)4.0將推動(dòng)新型信息物理系統(tǒng)平臺(tái)的開發(fā)。

1.3 工業(yè)4.0的項(xiàng)目主題

工業(yè)4.0的項(xiàng)目主題包括以下三個(gè)方面：

第一，智能工廠。這是未來智能基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分，研究重點(diǎn)在于智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程、網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)；

第二，智能生產(chǎn)。工業(yè)4.0的關(guān)鍵就是生產(chǎn)流程智能化，研究重點(diǎn)在于人機(jī)互動(dòng)、3D打印等技術(shù)在整個(gè)工程生產(chǎn)過程中的應(yīng)用；

第三，智能物流。這是充分發(fā)揮物流資源供應(yīng)方的效率，使需求方能盡快獲得服務(wù)匹配與物流支持，研究重點(diǎn)在于對(duì)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng)以及其他物流資源的整合。

2 計(jì)算機(jī)技術(shù)如何影響工業(yè)4.0

下面從工業(yè)4.0的三個(gè)項(xiàng)目主題出發(fā)，分別分析計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)工業(yè)4.0的影響。

2.1 計(jì)算機(jī)技術(shù)是智能工廠的技術(shù)基礎(chǔ)

智能工廠也叫數(shù)字化工廠，是工業(yè)4.0的載體，指基于產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)虛擬世界對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評(píng)估以及優(yōu)化，進(jìn)而將其擴(kuò)展至整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織模式。區(qū)別于傳統(tǒng)工廠的是，智能工廠強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)計(jì)劃的數(shù)字化，大量使用計(jì)算機(jī)及各種輔助技術(shù)，如CIM、CAM以及CAD等。

CPS是工業(yè)4.0的核心，也就是說，傳感器、微處理器、執(zhí)行器、聯(lián)網(wǎng)能力共同實(shí)現(xiàn)了工業(yè)4.0人、機(jī)、物的融合。而這些核心技術(shù)，任何一種都離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持，因此說計(jì)算機(jī)技術(shù)是智能工廠的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.2 計(jì)算機(jī)技術(shù)是智能生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)

智能生產(chǎn)，是指智能化的工業(yè)生產(chǎn)過程。在智能工廠到智能生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)過程中，工業(yè)4.0包含以下幾個(gè)核心環(huán)節(jié)：

第一，萬物互聯(lián)。即利用CPS將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)備等聯(lián)接成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，建立工廠與設(shè)備、機(jī)器與機(jī)器、設(shè)備與產(chǎn)品、人與設(shè)備、用戶與產(chǎn)品等之間的互聯(lián)。

第二，集成控制。即利用CPS形成的智能網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了橫向、縱向以及端對(duì)端的高度集成。

第三，數(shù)據(jù)處理。即將生產(chǎn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、銷售數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)整合在一起，從大數(shù)據(jù)中挖掘出有價(jià)值的信息。

第四，產(chǎn)品創(chuàng)新。即用技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新，進(jìn)而逐步推動(dòng)模式創(chuàng)新、業(yè)態(tài)創(chuàng)新、組織創(chuàng)新等。

第五，企業(yè)轉(zhuǎn)型。即傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、生產(chǎn)企業(yè)與服務(wù)企業(yè)的邊界會(huì)日益模糊，產(chǎn)業(yè)逐步融合，傳統(tǒng)工廠向工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)工廠轉(zhuǎn)型。

應(yīng)用于智能生產(chǎn)過程中的人機(jī)互動(dòng)、3D打印等新型技術(shù)，也都脫胎于計(jì)算機(jī)技術(shù)，因此說計(jì)算機(jī)技術(shù)是智能生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.3 計(jì)算機(jī)技術(shù)是智能物流的技術(shù)基礎(chǔ)

智能物流，是指基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)，將射頻識(shí)別技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、定理信息系統(tǒng)等集成在一起，給物流系統(tǒng)以人的“智慧”，使其擁有自主學(xué)習(xí)、推理判斷以及解決問題的能力。

智能物流符合現(xiàn)代物流網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)化以及智能化的趨勢(shì)，強(qiáng)調(diào)以客戶為中心，實(shí)現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置，能夠大幅降低物流成本。為使物流系統(tǒng)真正智能化，需要強(qiáng)調(diào)三個(gè)研究與發(fā)展的關(guān)鍵，即智能轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備、智能周轉(zhuǎn)箱單元以及智能物流管理系統(tǒng)。分析其中的核心技術(shù)，也都與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密相關(guān)，因此說計(jì)算機(jī)技術(shù)也是智能物流的技術(shù)基礎(chǔ)。

綜合以上分析，可知構(gòu)成工業(yè)4.0的支柱技術(shù)領(lǐng)域包括CPS、云計(jì)算技術(shù)（將存儲(chǔ)于本地的數(shù)據(jù)、應(yīng)用程序或服務(wù)連接到物聯(lián)網(wǎng)）、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)（通過挖掘有價(jià)值的信息、機(jī)器學(xué)習(xí)等讓工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)智能化）、IT系統(tǒng)安全（工業(yè)4.0的保障機(jī)制）、增材制造/3D打印技術(shù)（新型工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控或安裝零配件等）、機(jī)器人（代替人類執(zhí)行無法實(shí)現(xiàn)或難以實(shí)現(xiàn)的任務(wù)）等，而這些支柱技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，都離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)。因此可以說，計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)工業(yè)4.0的影響體現(xiàn)在各個(gè)面面，是工業(yè)4.0整個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

總之一句話，工業(yè)4.0的發(fā)展離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)。為推動(dòng)工業(yè)4.0發(fā)展的進(jìn)程，應(yīng)著力進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，研究面向工業(yè)4.0的計(jì)算機(jī)技術(shù)，推動(dòng)新一輪計(jì)算機(jī)技術(shù)革命，以期為工業(yè)4.0奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

[1]張?jiān)孪?，殷生旺，戴佐俊?工業(yè)4.0中的工業(yè)通信技術(shù)概述[J].民營科技，2017（1）.

[2]王雪琳.工業(yè)4.0和智能物流[J].珠江水運(yùn)，2016（5）.

[3]鐵隆正.工業(yè)4.0環(huán)境下的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人[J].國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)，2015（10）.

[4]中金公司，海通證券，東方證券.中國“工業(yè)4.0”亟待突圍[J].資本市場(chǎng)，2015（3）.

[5]崔呂萍.實(shí)現(xiàn)中國版“工業(yè)4.0”核心技術(shù)突破很關(guān)鍵[N].人民政協(xié)報(bào)，2015-03-13.