工業(yè)4.0在智能制造中的運用初窺

顏海峰　童可嘉　宋廷章

摘要：在信息化蓬勃發(fā)展之際，智能化的戰(zhàn)略呼嘯而來。作為德國提出的高科技戰(zhàn)略計劃，“工業(yè)4.0”的概念逐漸進(jìn)入大眾的視野并成為全球信息產(chǎn)業(yè)與工業(yè)最為關(guān)注的熱點?！肮I(yè)4.0”定義了以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，通過將信息物理系統(tǒng)全面嵌入生產(chǎn)制造的各個環(huán)節(jié)，建立強(qiáng)大的“智能工廠”，進(jìn)一步“人工化”。該文對工業(yè)4.0在智能制造中的運用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：工業(yè)P4.0；智能制造；運用

中圖分類號：F424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095—6487（2018）02—0031—02

0引言

智能制造的概念源于人工智能的研究，一般認(rèn)為包括智能制造系統(tǒng)與智能制造技術(shù)。就智能制造系統(tǒng)而言，需要滿足在實踐過程中不斷成長，充實自身的知識庫，同時具備搜集信息、理解信息、自我學(xué)習(xí)、自主判斷與行為規(guī)劃等能力。就制造業(yè)的各個制造環(huán)節(jié)來看，人工智能技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，而制造的智能化則是自動化制造的重要發(fā)展趨勢。與此同時，“工業(yè)4.0”概念的提出，又為智能技術(shù)在工業(yè)制造上的應(yīng)用提供了重要的思路。

1工業(yè)4.0概述

工業(yè)4.0是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命或革命性生產(chǎn)方法，是德國政府提出的一個高科技戰(zhàn)略計劃，由德國聯(lián)邦教育及研究部和聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)合資助，其目的在于提高制造業(yè)的智能化水平?；诠I(yè)4.0的戰(zhàn)略計劃，建立具有較高的資源效率與適應(yīng)性以及人因工程學(xué)的智慧型制造工廠，以便在價值流程與商業(yè)流程中對制造商、商業(yè)伙伴和客戶進(jìn)行有效整合。就工業(yè)4.0的實現(xiàn)來看，物聯(lián)網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)實體系統(tǒng)為其技術(shù)基礎(chǔ)，借助相應(yīng)的信息系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程中所涉及的生產(chǎn)要素以及資源要素進(jìn)行有效整合，將其集中于以信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的平臺上。工業(yè)4.0的主要目標(biāo)為建設(shè)智能工廠，實現(xiàn)智能制造，包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)機(jī)器人、云計算、3D打印、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全、知識工作自動化、人工智能和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為工業(yè)4.O的九大支柱技術(shù)。

2工業(yè)4.0在智能制造中的應(yīng)用

“工業(yè)4.0”是智能時代下，工業(yè)領(lǐng)域的新一輪革命，即借助工業(yè)相關(guān)的信息化技術(shù)與智能技術(shù)促進(jìn)工業(yè)的智能化變革?；谥悄芗夹g(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用，將企業(yè)的信息化從車間伸長延伸至整個工廠的生產(chǎn)運營乃至整條供應(yīng)鏈，能夠較好的實現(xiàn)智能制造。以下對“工業(yè)4.0”在智能制造中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

2.1信息化體系的集成

在“工業(yè)4.0”概念下，生產(chǎn)過程中所涉及的資源要素以及生產(chǎn)要素都將集成于信息化體系中。通過信息化體系的集成，借助相應(yīng)的集成化軟件或者集成化系統(tǒng)實現(xiàn)，能夠?qū)⒅圃炱髽I(yè)生產(chǎn)運營的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行有效整合，串聯(lián)價值創(chuàng)造鏈，以達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)過程的目的。在應(yīng)用集成化軟件系統(tǒng)后，制造相關(guān)的各個環(huán)節(jié)將得到緊密聯(lián)系。與此同時，各個制造企業(yè)之間合作與交流也將得到加強(qiáng)。在“工業(yè)4.0”背景下，實現(xiàn)生產(chǎn)要素與資源要素的整合存在一定的難度，尤其是集成化軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)，受到系統(tǒng)不一致性等因素的影響，極易出現(xiàn)技術(shù)框架不一致或者代碼版本不同等問題。

在實施決策環(huán)節(jié)中，“智能物流”是“工業(yè)4.0”項目的第一大主題，即通過物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)對物流資源進(jìn)行整合，建立一體化的信息體系，從而充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應(yīng)方效率，快速匹配需求方的服務(wù)需求并給予物流支持?；凇肮I(yè)4.0”的集成化理念，在系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)上，應(yīng)當(dāng)考慮到一體化設(shè)計理念，以及系統(tǒng)所使用的終端設(shè)備，實現(xiàn)全業(yè)務(wù)流程、信息數(shù)據(jù)、全天候和全員參與的高效連接與協(xié)同辦公。另一方面，在系統(tǒng)的設(shè)計上，還需要考慮數(shù)據(jù)的安全性與可靠性、硬件的兼容性與終端設(shè)備的兼容性、移動互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等因素，充分滿足制造企業(yè)智能化、多元化和供應(yīng)鏈互聯(lián)互通的發(fā)展趨勢。

2.2工廠生產(chǎn)的智能化

在“工業(yè)4.0”概念下，生產(chǎn)制造自動化的發(fā)展趨勢為智能化制造，即在現(xiàn)有自動化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合人工智能相關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)“智能工廠”的構(gòu)建。智慧型工廠建設(shè)的研究重點是生產(chǎn)過程與生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化以及生產(chǎn)設(shè)備、設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)化分布。與此同時，在預(yù)測與決策過程中，還需要給予智能制造一定的數(shù)據(jù)支持。因此，還需要對生產(chǎn)涉及的各個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行有效整合，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)鏈。

在實施決策環(huán)節(jié)中，“智能工廠”為“工業(yè)4.0”項目中的第二大主題。就“智能工廠”的實現(xiàn)來看，數(shù)據(jù)的系統(tǒng)整理有著極為重要的作用。數(shù)據(jù)的分類應(yīng)當(dāng)結(jié)合制造生產(chǎn)的實際情況，以多維形式進(jìn)行，其劃分的主要依據(jù)為用途的差異。此外，在數(shù)據(jù)的搜集過程中，應(yīng)當(dāng)保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與真實性。在做好數(shù)據(jù)搜集的基礎(chǔ)上，建立數(shù)據(jù)鏈能夠?qū)唧w實施環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用起到積極作用。結(jié)合數(shù)據(jù)的實際用途直接鏈接各個相關(guān)數(shù)據(jù)并形成新的數(shù)據(jù)，能夠為科學(xué)合理的預(yù)測與決策分析提供重要的數(shù)據(jù)支持。

2.3智能化管理模式

在“工業(yè)4.0”概念下，生產(chǎn)過程的智能化涉及到整個企業(yè)的生產(chǎn)制造管理、物流管理以及人機(jī)互動等諸多方面。智能制造管理模式中，知識的價值地位較為重要，而知識經(jīng)濟(jì)作為繼工業(yè)經(jīng)濟(jì)后的主體經(jīng)濟(jì)形式，在制造業(yè)的未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中具有極為重要的意義。因此，在智慧型制造工程的建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合智能制造的發(fā)展趨勢，建立相應(yīng)的智能化管理模式，以匹配新的生產(chǎn)經(jīng)營模式。在生產(chǎn)周期管理中，對產(chǎn)品生產(chǎn)的整個周期進(jìn)行有效管理，即從產(chǎn)品需求開始，直至產(chǎn)品被淘汰為止，完成這一周期的有效管理，能夠幫助制造企業(yè)及時了解產(chǎn)品生產(chǎn)制造的現(xiàn)狀，以及產(chǎn)品制造各個環(huán)節(jié)中存在的問題。在此基礎(chǔ)上，完成生產(chǎn)制造的相關(guān)決策與預(yù)測，采取最為有效的方式，降低整個生產(chǎn)制造過程的成本，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。受到科技迅速發(fā)展與數(shù)據(jù)交互技術(shù)的推廣應(yīng)用等因素的影響，企業(yè)在智能制造的實現(xiàn)過程中，更加傾向于長久的生命周期，這也在一定程度上導(dǎo)致了產(chǎn)品生命周期向系統(tǒng)生命周期的演變。就優(yōu)秀生命周期模型的實現(xiàn)方法而言，需要在進(jìn)行多層次解析的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)建模，確保層次劃分依據(jù)的合理性，以及最終所獲得的生命周期模型，能夠較好的滲透到生命周期管理的各個環(huán)節(jié)和各個階段中。

在實施決策環(huán)節(jié)中，“智能生產(chǎn)”為“工業(yè)4.0”項目的第三大主題?；诋?dāng)前日益激烈的市場競爭環(huán)境，新一代智能化生產(chǎn)技術(shù)的受益者與使用者逐漸成為制造企業(yè)的發(fā)展方向。與此同時，成為先進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)制造技術(shù)的創(chuàng)造者以及供應(yīng)者也是制造企業(yè)奮斗的目標(biāo)。就“智能生產(chǎn)”中智能化平臺的開發(fā)與應(yīng)用來看，在資源集成的背景下通過智能化技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品的一體化生產(chǎn)，能夠在降低生產(chǎn)成本的同時，對產(chǎn)品的種類以及功能等進(jìn)行科學(xué)、合理的擴(kuò)充，以滿足客戶的多樣化需求。工業(yè)4.0時代下要提高智能裝備制造商的生產(chǎn)力，首要任務(wù)是為“智能生產(chǎn)”的實現(xiàn)鋪好路，即在現(xiàn)有制造技術(shù)與制造流程的基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)自身的特色進(jìn)行優(yōu)化與升級，不斷提升制造的自動化程度與智能化水平，完善整個供應(yīng)鏈。在智能管理方面，應(yīng)當(dāng)重視信息化系統(tǒng)、信息化軟件的開發(fā)，結(jié)合智能制造下管理的復(fù)雜性等特點，綜合嵌入式軟件與管理軟件的作用，以實現(xiàn)科學(xué)合理的問題分析、預(yù)測與決策等。

3結(jié)束語

當(dāng)前我國工業(yè)發(fā)展仍然面臨一些問題，在德國“工業(yè)4.0”以及美國“再工業(yè)化”等戰(zhàn)略計劃提出的同時，智能制造技術(shù)逐漸成為各國工業(yè)發(fā)展的重心。傳統(tǒng)的、封閉的生產(chǎn)制造系統(tǒng)將被取代，在下一輪工業(yè)革命來臨之際，制造企業(yè)要站穩(wěn)腳跟，就必須做好準(zhǔn)備，建立更為完善的信息化體系，對生產(chǎn)流程、生產(chǎn)技術(shù)與管理模式進(jìn)行優(yōu)化升級，迎接智能制造的到來。