工业4.0——从智慧工厂到智能工厂

来源：金石兴机器人  作者：金石兴

什么是工业4.0?

工业4.0由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。

工业4.0是德国高科技战略计划首位

“工业4.0” 研究项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成，并已上升为国家级战略。德国联邦政府投入达2亿欧元。

基于物联网与服务的智能环境发展过程

工业4.0的两大主题：智慧工厂、智能生产

智慧工厂：重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现。

智慧工厂的架构——基于物联网和服务互联网

智慧工厂的流程——基于云安全网络

智慧工厂的布局——面向服务的工厂系统布局

智慧工厂的车间——基于无线、RFID、传感器和服务的架构

智能生产：主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动、3D打印以及增材制造等技术在工业生产过程中的应用等。

工业4.0的三个设想：产品、设施、管理

产品：集成有动态数字存储器、感知和通信能力，承载着在其整个供应链和生命周期中所需的各种必需信息。

设施：由整个生产价值链所集成，可实现自组织。 

管理：能够根据当前的状况灵活决定生产过程。

工业4.0——从智慧工厂到智能生产

数据挖据与知识发现——大数据

制造业存储了超过其他工业部门的数据；从2010年以来新产品数据达到接近2艾字节。

多模式交互

智能工厂辅助系统：以人为中心基于信息物理系统

面向智慧工厂的APP商店:下载量身定制的用户界面

面向智慧工厂的室内精确定位

智慧工厂中的增强现实技术

智慧工厂中的机器人技术：与人类协同工作

今天

明天

机器人不再被固定在,安全工作地点而是与人一起。新一代轻量化，灵活的机器人与人类在智能工厂一起协同工作。

智慧工厂中的智能装配

DFKI研发的抽象产品记忆系统用于自适应抓取和智能产品装配。

机器人利用左手内部天线从产品内存中读取尺寸、重量和加持点，同时机器人能够从信息物理系统中获得产品装配说明书。

工业4.0自动化-信息物理系统

信息物理系统（Cyber Physical System，CPS）强调物理过程与信息间的反馈。

2008年美国加利福利亚大学的Lee.E在其技术报告《信息物理系统：设计挑战》中指出：信息物理系统是计算和物理过程的整合集成。嵌入式计算机和网络对物理过程进行监测和控制。

从自动化技术的观点看，CPS是一种工程系统，由一个嵌入在物体中的计算和通信的内核，以及物理环境中的结构所监测和控制。（Karl  Henrik Johansson，2011）以信息物理生产系统CPPS为模型构建智慧工厂，或者数字化工厂。

CPS系统触发了工业自动化模式转变

安全、工程、教育、参考框架、模型

通过价值链实现横向集成

垂直集成与网络化制造

跨整个价值链的工程

在明天的智慧工厂，生产结构不会是固定的，预定义的。相反，一组IT配置的 规则将被定义，可以根据具体情况 进行工厂结构的拓扑结构配置组合，其中包括针对模型，数据，通信和计算 算法的所有相关要求。

工业4.0的标准规范

智能产品案例

案例－智能化汽车

案例—波音

德国一些企业已经开始实施industry 4.0

小结

多品种小批量智能产品的高精度卓越品质生产是未来像德国一样成功经济的发展趋势。

80%制造创新基于信息通信技术，通过信息通信技术实现了智慧工厂、绿色和城市生产。

第四次工业革命将基于信息物理系统、物联网和互联服务，它将产生大量的大数据流，这些大数据能够被搜集和分析用于指导高效高品质生产。

基于信息物理系统的工业辅助系统能够支持、帮助和培训智慧工厂的下一代工人。

多通道增强现实系统能够允许个性化的工作流程和快速学习新产品工艺。

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