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工業(yè)4.0——從智慧工廠到智能工廠

來(lái)源：金石興機(jī)器人作者：金石興

什么是工業(yè)4.0?

工業(yè)4.0由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。

工業(yè)4.0是德國(guó)高科技戰(zhàn)略計(jì)劃首位

“工業(yè)4.0” 研究項(xiàng)目由德國(guó)聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)手資助，在德國(guó)工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)、西門子公司等德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動(dòng)下形成，并已上升為國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略。德國(guó)聯(lián)邦政府投入達(dá)2億歐元。

基于物聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)的智能環(huán)境發(fā)展過(guò)程

工業(yè)4.0的兩大主題：智慧工廠、智能生產(chǎn)

智慧工廠：重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)。

智慧工廠的架構(gòu)——基于物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)

智慧工廠的流程——基于云安全網(wǎng)絡(luò)

智慧工廠的布局——面向服務(wù)的工廠系統(tǒng)布局

智慧工廠的車間——基于無(wú)線、RFID、傳感器和服務(wù)的架構(gòu)

智能生產(chǎn)：主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)、3D打印以及增材制造等技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用等。

工業(yè)4.0的三個(gè)設(shè)想：產(chǎn)品、設(shè)施、管理

產(chǎn)品：集成有動(dòng)態(tài)數(shù)字存儲(chǔ)器、感知和通信能力，承載著在其整個(gè)供應(yīng)鏈和生命周期中所需的各種必需信息。

設(shè)施：由整個(gè)生產(chǎn)價(jià)值鏈所集成，可實(shí)現(xiàn)自組織。

管理：能夠根據(jù)當(dāng)前的狀況靈活決定生產(chǎn)過(guò)程。

工業(yè)4.0——從智慧工廠到智能生產(chǎn)

數(shù)據(jù)挖據(jù)與知識(shí)發(fā)現(xiàn)——大數(shù)據(jù)

制造業(yè)存儲(chǔ)了超過(guò)其他工業(yè)部門的數(shù)據(jù)；從2010年以來(lái)新產(chǎn)品數(shù)據(jù)達(dá)到接近2艾字節(jié)。

多模式交互

智能工廠輔助系統(tǒng)：以人為中心基于信息物理系統(tǒng)

面向智慧工廠的APP商店:下載量身定制的用戶界面

面向智慧工廠的室內(nèi)精確定位

智慧工廠中的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

智慧工廠中的機(jī)器人技術(shù)：與人類協(xié)同工作

今天

明天

機(jī)器人不再被固定在,安全工作地點(diǎn)而是與人一起。新一代輕量化，靈活的機(jī)器人與人類在智能工廠一起協(xié)同工作。

智慧工廠中的智能裝配

DFKI研發(fā)的抽象產(chǎn)品記憶系統(tǒng)用于自適應(yīng)抓取和智能產(chǎn)品裝配。

機(jī)器人利用左手內(nèi)部天線從產(chǎn)品內(nèi)存中讀取尺寸、重量和加持點(diǎn)，同時(shí)機(jī)器人能夠從信息物理系統(tǒng)中獲得產(chǎn)品裝配說(shuō)明書(shū)。

工業(yè)4.0自動(dòng)化-信息物理系統(tǒng)

信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System，CPS）強(qiáng)調(diào)物理過(guò)程與信息間的反饋。

2008年美國(guó)加利福利亞大學(xué)的Lee.E在其技術(shù)報(bào)告《信息物理系統(tǒng)：設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)》中指出：信息物理系統(tǒng)是計(jì)算和物理過(guò)程的整合集成。嵌入式計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)對(duì)物理過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。

從自動(dòng)化技術(shù)的觀點(diǎn)看，CPS是一種工程系統(tǒng)，由一個(gè)嵌入在物體中的計(jì)算和通信的內(nèi)核，以及物理環(huán)境中的結(jié)構(gòu)所監(jiān)測(cè)和控制。（Karl Henrik Johansson，2011）以信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)CPPS為模型構(gòu)建智慧工廠，或者數(shù)字化工廠。

CPS系統(tǒng)觸發(fā)了工業(yè)自動(dòng)化模式轉(zhuǎn)變

安全、工程、教育、參考框架、模型

通過(guò)價(jià)值鏈實(shí)現(xiàn)橫向集成

垂直集成與網(wǎng)絡(luò)化制造

跨整個(gè)價(jià)值鏈的工程

在明天的智慧工廠，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)不會(huì)是固定的，預(yù)定義的。相反，一組IT配置的規(guī)則將被定義，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行工廠結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置組合，其中包括針對(duì)模型，數(shù)據(jù)，通信和計(jì)算算法的所有相關(guān)要求。

工業(yè)4.0的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范