工业4.0在传统制造业中的应用

江爽

（湖北工程职业学院，湖北 黄石 435000）

工业4.0在传统制造业中的应用

江爽

（湖北工程职业学院，湖北 黄石 435000）

工业4.0的技术基础是网络实体系统及物联网。中国的制造产业应根据中国国情，推出中国企业的应对策略，充分利用现有的信息技术基础设施，不断创新，加快信息技术在产品制造中的应用。

网络实体；物联网；制造业；应用

1 工业4.0的兴起

2011年，在德国汉诺威工业博览会上，首次提出了“工业4.0”的概念。随后，德国政府、产业界和科学技术研究所不断加大投入精力，并于2013年4月发布了《实施“工业4.0”战略建议书》，12月，德国又发布了“工业4.0”标准化路线图，德国工业4.0成为德国政府确定面向2020年的国家战略。德国学术界和产业界认为，未来10年，基于信息物理系统（Cyber-Physical System,CPS）的智能化，将使人类进入以智能制造为主导的第四次工业革命。产品全制造流程和生命周期的数字化以及信息通信技术的模块集成，将形成一个高度灵活性、个性化、数字化的产品与服务的生产模式。

德国提出“工业4.0”是以大数据和互联网为基础，而大数据、互联网等技术已面向全球的各个产业的发展，不再局限于某个领域或行业。我国改革开放已有30多年，国内市场已经成为全球化市场很重要的一部分，我国的制造业在国际上也处于重要地位。在全球化浪潮中，我国互联网及信息技术已经在各行各业铺展开来，信息科技的发展也处在国际前列，为了应对全球化发展，提高国际竞争力，必须在传统制造业中发展智能化。

2 工业4.0的主要内容

“工业4.0”被认为是利用基于信息物理融合系统的智能化来促进产业变革的第四次工业技术革命。前三次技术革命分别定义为机械化、电力化和信息化技术革命。从生产力的角度来说，前三次工业革命都改变了原来的生产方式，将人逐渐从原有的生产方式中解放出来，推动社会的不断进步。从这个方面来说，德国提出的“工业4.0”将大大提高生产效率，在以信息技术为核心的第三次工业革命的基础上进一步扩张和发展。

现代化的智能工厂采用了一种全新的生产方式，智能产品通过独特的形式加以识别、可以在任何时候被定位、并能知道它们自己的历史、当前状态和为了实现其目标状态的替代路线。嵌入式制造系统在工厂和企业之间的业务流程上实现纵向网络连接，在分散的价值网络上实现横向连接，并可进行实时管理——从下订单开始，直到外运物流。此外，他们形成的且要求的端到端工程贯穿整个价值链。智能化生产的核心为CPS，将制造智能化，大量功能强大、自主控制的微芯片可以互联互通，实现机器之间的对话，自动完成各项原来人为控制的生产活动。在信息物理系统（Cyber-Physical System,CPS）发展足够完善时，它可以自行完成生产安排、仓储物流、搬运堆垛和加工装配。

除了制造之外，市场也是整个产业链不可或缺的部分。“工业4.0”从供给和需求方面也做了安排，实施“领先的供应商战略”+“主导市场战略”。领先的供应商战略强调装备供应商通过技术创新，为制造企业提供领先的技术解决方案，这样就要求供应商加强研发，保持在CPS科研及应用领域的领先优势，创建新型价值网络，实施推广应用。

在主导市场的方面，地处不同地方的商务活动需要建立紧密的网络联系，企业间也需建立更加密切的合作关系。这将反过来要求对处于不同价值创造阶段和产品全生命周期、产品不同生产阶段及相应的制造系统进行逻辑的、端对端数字集成。一项最特殊的挑战在于能够同时将全球化运作的大型公司和基本在地区范围运行的中小企业集成到正在形成的新价值链网络中。这样，制造业的优势一定程度上在于其保持了工业系统中大批中小企业和少数大型企业的结构平衡。

3 工业4.0在生产上的应用

（1）减少能源消耗。传统工业，生产线或者它们的一部分，因生产间歇、周末或者轮班而没有从事生产的时候仍然持续地运行，并消耗大量的能源。例如，使用激光焊接技术的汽车车身装配线在生产间歇时所消耗的能源占据了其全部能源消耗总量的12%。这些生产线每周工作5天，实行3班倒。虽然这些复杂的机器在周末并不生产，但它们仍然保持工作状态以便周末结束后迅速投入生产。

生产间隙大部分能源消耗来自于机器人、通风设备和激光源及其冷却系统。未来，机器人即便在很短的时间内也可以关闭，在比较长的时间段，它们将保持“网络唤醒模式”的待命状态；通风设备可以控制速度满足不同的需求；激光源则需要全心的系统以适应节能需要。这些措施可以减少总能源消耗的12%，大大改善了能源利用效率。

（2）全价值链端到端系统工程。端到端的数据系统工程和价值链优化将意味着，顾客不用再从供应商预先制作的产品系列中挑选产品；取而代之的是通过个性化功能和组件的混合或重置，来满足自己的特殊需求。

当前的价值链，即从客户提出需求到产品设计和投入生产，往往是相对静态的，且需要多年时间完成。IT支撑系统通过各种接口来交换信息，但是只能在具体个案中应用这些信息。这样无法催生产品制造的全球化视野。结果，尽管从技术角度来说可以实现，但顾客仍无法自由地选到满足其所有需求的功能和特性的产品。例如，你可以为一辆汽车订购后挡风玻璃刮水器，但刮水器却不能用在由同一家公司生产的豪华轿车上。而且，目前IT系统的维护费用仍相当高昂。

通过CPS应用到基于模型的开发，可以完成端到端、模拟、数值方法等涵盖了从客户需求到产品结构、加工制造、成品完成等各个方面的配置。它可在端到端的工程工具链中，对各环节的相互依存关系进行确定和描述。这种制造业系统是打包开发模式，意味着它总能跟上产品开发的脚步。结果是，它开启了个性化定制产品的可行性。在保存现有装备价值的基础上，可以通过多个阶段逐渐转移到这个工具链。

（3）3D打印的应用。3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印可以快速的打印出高质量的复杂结构件，这样就可以孕育出新的生产模式和服务方式。终端客户可以近距离参与到生产中来，客户可以自行设计创作三维图形，然后以e-mail的形式发给生产方，或者客户可以扫描出结构件的三维图形，再发送给生产方，通过3D打印技术生产出一样的产品，免去了传统生产的开模等复杂环节。

4 我国制造业的展望

工业4.0作为引领未来工业生产的全新概念，将使产品组件与生产系统直接沟通，发出下一步生产指令，生产系统更加灵活，更加智能化。不同工序联网更加紧密，不同组件之间可以相互沟通。工业4.0应用到生产中，将会大大提高生产效率，大大降低能源消耗，为未来工业的快速发展提供保障。

目前，我国正大力推动信息化与工业化的深度融合、促进制造业转型升级的关键时期，德国推出的“工业4.0”战略与我国提出的“两化”，即信息化和工业化，深度融合有很大的相同之处，与我国制造强国的战略不谋而合。因此，学习借鉴德国推行的“工业4.0”战略，对破解我国制造业面临发展的阶段性和结构性矛盾，推动制造业转型升级与提质增效，重建我国制造业新优势具有重大的意义。

4.0 An Analysis On the Application of Industry 4.0 in Traditional Manufacturing Industry

JIANG Shuang
（Hubei Engineering Vocational College,Huangshi，hubei 435000，China)

Industry 4.0 is based on network entity system and the Internet of things.The man ufacturing industry in China should be based on the national conditions and put forward strategies for enterprises,make full use of existing information technology infrastructure,and make continuous innovations,speed up the application of information technology in manufacturing.

network entity;Internet of things;manufacturing industry;application

F414

A

2095-980X（2015）02-0079-02

2015-01-14

江爽（1985-）,女,湖北黄石人,大学本科,助理讲师，主要从事模具设计与制造方面的工作。