工業(yè)4.0生態(tài)系統(tǒng)技術(shù)支撐和社會參與

劉世祿 齊元勝 李欣

摘要：自2014年德國正式發(fā)布“工業(yè)4.0戰(zhàn)略計劃”以來，第四次工業(yè)革命緩步進入世界生產(chǎn)的大環(huán)境之中。工業(yè)4.0是未來工業(yè)生產(chǎn)全面數(shù)字化的代名詞，是為未來更完美的生產(chǎn)系統(tǒng)做的準備[1]。其中描述了工業(yè)生產(chǎn)中創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型的基本過程和要求，這種轉(zhuǎn)變是由經(jīng)濟生產(chǎn)的新態(tài)勢所驅(qū)使。工業(yè)4.0的目的是構(gòu)造一個全新的生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)，對于技術(shù)的要求以及社會的發(fā)展狀況具有較高的要求。塑造工業(yè)4.0生態(tài)系統(tǒng)需要注重多方面技術(shù)和資源的結(jié)合，也要強調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和開放性以適應(yīng)多種多樣的復(fù)雜的經(jīng)濟生產(chǎn)和社會生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0;智能生產(chǎn);工業(yè)革命

一、技術(shù)支撐

1、多學(xué)科多技術(shù)需求

工業(yè)4.0涉及多門學(xué)科以及多種技術(shù)的相互融合，加快工業(yè)革命發(fā)展必然需要多種技術(shù)突破理論發(fā)展以及突破實踐應(yīng)用中的瓶頸，同時解決多技術(shù)融合的難題。中國在加快實施“中國制造2025”的過程中，大力推動傳統(tǒng)生產(chǎn)制造行業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)型，技術(shù)的升級換代迫在眉睫。智能制造的優(yōu)勢在于將需要人工處理的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析以及人工智能算法進行“機械化”和“模式化”處理，用電腦幾乎可以徹底地代替人腦。機器在學(xué)習(xí)的過程中需要進行高強度的計算，這對于機器的計算能力以及算法的可應(yīng)用程度提出了巨大挑戰(zhàn)。此外，生產(chǎn)過程中會遇到各種全新的問題，機器的學(xué)習(xí)能力能否滿足充分的自主學(xué)習(xí)能力，并可以成功形成“機械”記憶，處理后續(xù)遇到的相同問題。這對于人工之智能的先學(xué)習(xí)能力提出了挑戰(zhàn)。工業(yè)生產(chǎn)對于周期性有著要求，當企業(yè)經(jīng)歷長期生產(chǎn)后，會有大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)需要進行存儲。當有數(shù)據(jù)需求的時候，為及時解決生產(chǎn)問題需要參照以往生產(chǎn)數(shù)據(jù)，則需要進行數(shù)據(jù)的快速讀取。數(shù)據(jù)存儲和讀取系統(tǒng)是整個生產(chǎn)系統(tǒng)必不可少的模塊。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠程問題以及建立模型上有明顯的優(yōu)勢，可以做到實時觀察生產(chǎn)狀況以及生產(chǎn)故障，可以作為生產(chǎn)監(jiān)督的重要手段，從而能夠快速反應(yīng)調(diào)整生產(chǎn)狀態(tài)。但是在應(yīng)用過程中需要確保穩(wěn)定性以及與設(shè)備的結(jié)合應(yīng)用。

2、硬件建設(shè)需求

以德國為例，德國是生產(chǎn)制造業(yè)最發(fā)達的國家之一，是工業(yè)4.0概念的提出者和先驅(qū)，但關(guān)于工業(yè)4.0的建設(shè)同樣也存在著諸多問題，智能化升級換代進程步履維艱。

◎企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)模式完全能夠滿足用戶需求，不愿投入資金進行升級改造;

◎物聯(lián)網(wǎng)和智能制造需要應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)，當封閉生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)升級為在線公共網(wǎng)絡(luò)的同時會帶來嚴峻的網(wǎng)絡(luò)安全問題;

◎信息等基礎(chǔ)設(shè)施不完善，很多的信息傳輸和通訊需要5G技術(shù)的支持，但是現(xiàn)在基站建設(shè)以及覆蓋能力遠遠不足。

傳統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)更新?lián)Q代過程中，多方面需要進行硬件升級，包括但不限于以下硬件需求——數(shù)據(jù)存儲相關(guān)設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)設(shè)備以及為適配智能生產(chǎn)進行升級的新生產(chǎn)設(shè)備。除了以上企業(yè)內(nèi)部硬件需求外，某些情況下還會需要其他硬件配套設(shè)施。若需要利用5G傳輸，必須要進行5G信號的覆蓋。目前5G基站的建設(shè)仍在進行階段，只有部分區(qū)域完成了基站的建設(shè)以及5G信號的覆蓋。這樣來看，傳統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)的智能化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型是需要企業(yè)與國家以及社會共同升級完成。

對于中國的智能化發(fā)展進程，目前在很多方面已經(jīng)具備了相關(guān)建設(shè)的基礎(chǔ)條件。

首先，在國家政策的大力支持下，5G基站已經(jīng)在很多區(qū)域投入運行，5G通訊傳輸已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實。

其次，中國物流行業(yè)的蓬勃發(fā)展為智能化生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的原材料輸入和輸出提供了有力保障，當物流企業(yè)與生產(chǎn)企業(yè)完成“統(tǒng)一USB接口對接”便可實現(xiàn)實時線上監(jiān)督的智能物流功能。

此外，部分德國的工商業(yè)企業(yè)試圖建立一個框架滿足未來經(jīng)濟符合社會主義市場經(jīng)濟需求，而我國市場正是社會主義市場經(jīng)濟，從整個國家大層面滿足這一需求。既有上層統(tǒng)一管理組織規(guī)劃發(fā)展，又能夠充分發(fā)揮市場開放的自我調(diào)節(jié)和自我進步的能力。

3、安全和安保

工業(yè)4.0概念下的物聯(lián)網(wǎng)和智能制造，意味著企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營和物流等均需聯(lián)網(wǎng)，在直接對接市場和客戶，保證生產(chǎn)與銷售各環(huán)節(jié)信息無縫對接的同時，也面臨較大的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險，一旦受到區(qū)域性的網(wǎng)絡(luò)攻擊就可能導(dǎo)致生產(chǎn)的癱瘓[2]。工業(yè)4.0模式下的生產(chǎn)，需要互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更加強力的支持。新的數(shù)據(jù)安全存儲以及新的數(shù)據(jù)安全傳輸對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護提出巨大挑戰(zhàn)。安全生產(chǎn)必須要確保網(wǎng)絡(luò)安全，形成內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與公眾網(wǎng)絡(luò)安全對接。不同的利益相關(guān)者（生產(chǎn)相關(guān)者）在生產(chǎn)過程中，必定會通過網(wǎng)絡(luò)進行資源和數(shù)據(jù)的共享以及互操作，所有的相關(guān)者的相互操作可能會產(chǎn)生沖突和信息泄露的風(fēng)險。在面臨風(fēng)險的同時，復(fù)雜的和分散交叉的互操作組織結(jié)構(gòu)需要具有高水平的互操作性。同時，企業(yè)、員工以及個人將在未來越來越需要依靠網(wǎng)絡(luò)的安全性來保護他們的數(shù)據(jù)，即便在存儲上是“公開的”，但是在沒有得到正式授權(quán)的情況下，必須禁止數(shù)據(jù)訪問的所有方式。

4、技術(shù)開發(fā)與更新

工業(yè)4.0是不斷發(fā)展的，并不是一個固定的生產(chǎn)模式。當新的技術(shù)不斷出現(xiàn)并與設(shè)備能夠更好適配，從而滿足智能化生產(chǎn)、更加符合生產(chǎn)力要求以及更加滿足用戶需求的情況下，企業(yè)以及市場要調(diào)整長期發(fā)展規(guī)劃，及時更新技術(shù)以及設(shè)備，完成產(chǎn)品的進一步更新?lián)Q代。

二、社會參與

1、標準的制定

技術(shù)發(fā)展成熟的一個標志就是標準的制定，可能是行業(yè)標準也可能是國標甚至是國際標準。智能化生產(chǎn)的相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展和升級的過程中需要不斷制定并完善標準，從而“約束”制造行業(yè)更加快速地共同發(fā)展，即“工業(yè)4.0的USB標準”，完成企業(yè)對企業(yè)和企業(yè)對客戶等接口對接。中德智能制造/工業(yè)4.0標準化工作組的相關(guān)工作對于工業(yè)4.0的快速發(fā)展具有重要意義。

產(chǎn)品生產(chǎn)的標準對于某一特定產(chǎn)品具有重要作用。智能制造的生產(chǎn)制造模式之一便是滿足用戶個性化生產(chǎn)——定制。由此可見，制定生產(chǎn)標準有利于進行日常的生產(chǎn)制造，但是標準不能夠作為一成不變的定律，不能令產(chǎn)品生產(chǎn)受制于生產(chǎn)標準。