“工業(yè)4.0”的初步概念最早是在2011年的德國漢諾威工業(yè)博覽會上，由德國相關(guān)協(xié)會提出，也是德國政府確定的面向2020年的國家戰(zhàn)略。 

德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界將物聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)服務(wù)化迎來的以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法，命名為“工業(yè)4.0”。德國的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和信息物理系統(tǒng)（CPS）相結(jié)合的手段，推動制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。及至2014年10月初，李克強總理訪德期間，中德簽署了《中德合作行動綱要：共塑創(chuàng)新》，提出兩國將開展工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化（工業(yè)4.0）合作。這一理念方正式引入國內(nèi)市場。

“Cyber Physical System”(CPS)，是工業(yè)4.0的核心基礎(chǔ)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強信息管理和服務(wù)，將人、機器和產(chǎn)品集成到網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)系統(tǒng)中，實現(xiàn)機器與機器之間、人與機器之間的對話，擁有該種制造方式的工廠被稱為“智能工廠”，能夠提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，以及合理計劃排程。同時集智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠，本質(zhì)是人機的有效交互。

一、從理念走向?qū)嶋H應(yīng)用

智能工廠的最早應(yīng)用案例當(dāng)屬2008年德國AGV+RFID為瑞士做過的一個全自動無人工廠項目。當(dāng)時世界各國尚無工業(yè)4.0概念，但該工廠已將該理念切實運用到了實際生產(chǎn)中。

1. 柔性生產(chǎn)

智能工廠生產(chǎn)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的目標，即讓生產(chǎn)實現(xiàn)最大的柔性化。而自動化和信息化是實現(xiàn)柔性定制化生產(chǎn)的主要手段。

如圖所示，AGV小車將毛坯推入代加工區(qū)域，而這些毛坯木料的尺寸大小都是不同的，按照頂點順序進行排列，符合JIO理念。而JIO（Just In Order）是繼JIT（Just In Time）準時制生產(chǎn)的基礎(chǔ)上提出的，要求供應(yīng)商不僅應(yīng)按時將零部件送抵生產(chǎn)現(xiàn)場，還要求不同規(guī)格零部件的順序按照要求排列，以便滿足混線生產(chǎn)的要求。這樣不同型號的產(chǎn)品在裝配時，不會因為零件順序錯落而發(fā)生裝配錯誤的問題。豐田的JIT只適合單一產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，而JIO則是混線生產(chǎn)，柔性制造模式所必需的供應(yīng)鏈運作機制，是生產(chǎn)模式的變革。

近年來國內(nèi)也一直主打工業(yè)4.0的研究，從工業(yè)制造向智能制造轉(zhuǎn)變，各行業(yè)都有涌現(xiàn)出一些智能制造的高新企業(yè)。在涂料行業(yè)《PCI中文版》（微信PCIChina1)記者采訪到一家專門為精細化工行業(yè)提供智能工廠解決方案及智能設(shè)備研發(fā)和系統(tǒng)集成服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)——上海琥崧智能科技股份有限公司（www.hoosunchina.com）。該公司在德國建立了琥崧(德國)技術(shù)中心，與德國行業(yè)組織和相關(guān)協(xié)會發(fā)起成立了中德工業(yè)4.0研究院， 2016年與德國WAGO集團建立了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，聘請了德國擁有頂級技術(shù)水平的專家團隊，并與中國多家大學(xué)展開深度科研合作。2016年12月獲建國內(nèi)首家流程工業(yè)“院士專家工作站”。公司首創(chuàng)“I-Neuron智元”理念，創(chuàng)立了ERP、MES和DCS三方融合的控制與管理集成平臺，打造了MTP模塊化智能單元。創(chuàng)造性提出3F（Fast,Flexible ,Future）柔性工廠模式，打造快速、柔性的未來智能工廠，致力于幫助客戶實現(xiàn)綠色、環(huán)保和安全的智能生產(chǎn)模式。

2. 數(shù)據(jù)追蹤

產(chǎn)品的整個生命周期會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，即所謂的大數(shù)據(jù)。制造商們需要能夠利用這些數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行跟蹤，以了解產(chǎn)品的狀態(tài)。比如某個客戶購買的某產(chǎn)品中的某個零件出了問題拿到售后服務(wù)部門去維修，這時生產(chǎn)廠應(yīng)該能夠知道這個零件的供應(yīng)商是誰，哪個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的哪個人應(yīng)該對此負責(zé)，并計算出損失。相關(guān)的技術(shù)和軟件產(chǎn)品（PLM/PDM，ERP, CRM, SCM等）幾乎早在20年前就已相當(dāng)成熟，相對欠缺的僅是生產(chǎn)環(huán)節(jié)的大數(shù)據(jù)處理。盡管也有相對成熟的解決方案，如MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、SCADA（現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）和APS（先進生產(chǎn)計劃系統(tǒng)）等，但是由于缺乏強大的車間級管理系統(tǒng)去協(xié)調(diào)各生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)車間的自動化和信息化層始終存在著難以打破的屏障。

瑞士公司的這個智能生產(chǎn)系統(tǒng)，如下圖所示則采用了相對簡單和獨立的軟件系統(tǒng)，在設(shè)備層實現(xiàn)了對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成和管理。首先機器人通過專用的檢測設(shè)備對入庫毛坯進行全檢，再掃描條形碼，根據(jù)讀取的產(chǎn)品信息自動調(diào)用加工程序（NC代碼由產(chǎn)品設(shè)計數(shù)模自動生成），并自動調(diào)整支撐夾具的位置，以適合零件的尺寸。加工完畢后，由于條碼在加工過程中被破壞掉，所以再次貼敷條碼，并更新產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)，記錄設(shè)備運行數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線傳入上位機的生產(chǎn)管理/監(jiān)控系統(tǒng)。

由于每個零件上都有條碼，每個條碼對于正確的程序，所以不論來料按何種順序排列，加工過程是不會出現(xiàn)問題的。也就是說生產(chǎn)管理調(diào)度軟件和生產(chǎn)設(shè)備之間是相互獨立運行的，就算生產(chǎn)調(diào)度出了問題，也不會造成生產(chǎn)程序調(diào)用錯誤。而即便產(chǎn)品信息和加工數(shù)據(jù)在對應(yīng)上出現(xiàn)問題，機器人的入庫檢測信息也會與程序信息進行比對，不會出現(xiàn)加工廢品（即可能用較大尺寸的毛坯加工出小尺寸產(chǎn)品，而不會出現(xiàn)小尺寸毛坯調(diào)用大尺寸產(chǎn)品加工程序的問題）。

琥崧智能的大數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是基于大數(shù)據(jù)整合之上的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。大數(shù)據(jù)的具體應(yīng)用則體現(xiàn)在對產(chǎn)品質(zhì)量、成本、效率以及適應(yīng)市場需求值（這些值與機器相關(guān)參數(shù)連接）等功能參數(shù)以及對企業(yè)資源計劃（ERP）、供應(yīng)鏈管理（SCM）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、工程采購施工（EPC）、預(yù)測性維護（PM）等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的記錄、解釋、評估和激活。相應(yīng)過程參與者可以/應(yīng)該通過收集到的數(shù)據(jù)進行通信，以便資源被優(yōu)化應(yīng)用于整個流程。而生產(chǎn)與信息技術(shù)的融合意味著真實世界和數(shù)字世界將被合并，即所謂的虛擬現(xiàn)實。因此，當(dāng)我們想要評價工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)方案的先進性時，不應(yīng)只看技術(shù)實現(xiàn)的手段和方式，更應(yīng)該關(guān)注這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)所支持的智能生產(chǎn)的整體運作機制。

3. 工序集中

瑞士智能工廠的整套生產(chǎn)系統(tǒng)集中了每一個產(chǎn)品從入庫到出庫的全部工序，是對以往生產(chǎn)單元的概念的突破，除了機械加工和上下料以外，該系統(tǒng)集成了自動檢測、工裝夾具調(diào)整（柔性工裝）、生產(chǎn)訂單管理等功能。機加工序之后基本上直接進噴漆車間后就可以出廠了。在生產(chǎn)戰(zhàn)略規(guī)劃上，該企業(yè)并沒有搞垂直整合，而是把附加值最高的定制化加工留給了自己，利潤薄、污染環(huán)境的上下游工序統(tǒng)統(tǒng)外購或外協(xié)。而今智能工廠這一理念之所以擁有如此廣泛的社會傳播度和極高的社會期待值，很大程度上便是仰賴于它所代表的綠色環(huán)保和可持續(xù)的生產(chǎn)制造模式。

4. 優(yōu)化設(shè)計

從產(chǎn)品開發(fā)邏輯上講，產(chǎn)品設(shè)計決定了生產(chǎn)工藝，而生產(chǎn)工藝決定生產(chǎn)設(shè)備。當(dāng)我們談?wù)摴�業(yè)4.0或智能制造的時候，通常只關(guān)注到設(shè)備或軟件，而往往忽視了方法（工藝），更不會去在意設(shè)計（概念）。

產(chǎn)品設(shè)計從一開始不但決定了產(chǎn)品本身的價值，也決定了大部分的生產(chǎn)成本。以上文瑞士制造商為例，由于產(chǎn)品為定制化設(shè)計，所以在安裝時需要服務(wù)人員在客戶現(xiàn)場進行安裝，而由于瑞士的人工成本極高，所以在設(shè)計時就必須充分考慮到組裝的便捷性，即DFA（Design For Assembly）。產(chǎn)品設(shè)計既要保證便于個性化定制生產(chǎn)，也要合理降低制造成本，便于安裝維護。所以說，一套體系化的產(chǎn)品設(shè)計理念和產(chǎn)品開發(fā)平臺才是成功實現(xiàn)工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型最基本的前提。

二、 柔性智能生產(chǎn)系統(tǒng)增大利潤空間

制造成本是相對概念，當(dāng)產(chǎn)品價值足夠高時，那么制造成本就可以忽略不計了。瑞士公司通過投資智能制造設(shè)備，首先在戰(zhàn)略上實現(xiàn)了定制化生產(chǎn)，使得產(chǎn)品本身的價值大幅提高，而全自動制造系統(tǒng)免去了人工成本，并且整個設(shè)備占地非常小卻可以實現(xiàn)以往一個工廠的全部工序，使得土地成本構(gòu)成的比重大幅下降。

通常我們認為中國的土地和人力成本很低，因此制造業(yè)優(yōu)勢明顯。但是一旦發(fā)達工業(yè)國紛紛采用柔性智能無人/少人生產(chǎn)系統(tǒng)來實現(xiàn)工業(yè)4.0革命，那么未來制造業(yè)的利潤-成本構(gòu)成必將發(fā)生極大變化：土地、人力、能源等資源相關(guān)的因素在生產(chǎn)成本中的占比也將大幅降低，智能設(shè)備的技術(shù)折舊以及雇用高端技術(shù)和咨詢?nèi)藛T的成本將成為未來主要的成本。所以，如果不增加在知識和技術(shù)上的投入，中國制造業(yè)將面臨毀滅性打擊。

三、結(jié)語

中國企業(yè)要實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級，必須緊跟制造業(yè)的發(fā)展趨勢，從而探索出一種適合自身的新的運營模式，再根據(jù)這個模式有所取舍地規(guī)劃企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的途徑和戰(zhàn)略。工業(yè)4.0及中國制造2025的大時代背景下，傳統(tǒng)制造企業(yè)或可參照和借助這種智能工廠新形式，實現(xiàn)生產(chǎn)制造的系統(tǒng)化和智能化升級。 

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