淺析工業(yè)4.0背景下對制造業(yè)的影響

楊珂鑒

摘 要：制造業(yè)是國家支柱產(chǎn)業(yè)之一，其發(fā)展的好壞直接影響著國家發(fā)展和國民生活水平。智能制造在降低企業(yè)成本，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品附加值上具有重要的地位，因此傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造的發(fā)展將必將成為主流。本文對工業(yè)4.0的背景下對機械制造業(yè)的影響做淺析。

關鍵詞：工業(yè)4.0；制造業(yè)；智能制造

1、前言

自從1784年第一次工業(yè)革命以來，“第一機械織機”機械系統(tǒng)在工業(yè)中得到了廣泛的應用并發(fā)揮了重要作用。隨著全球制造業(yè)產(chǎn)品的競爭強度越來越大，制造廠商需要巨大的改進來滿足不斷優(yōu)化的產(chǎn)品需求。機械織機問世三個世紀后，為了實現(xiàn)計算機科學、通信和信息技術的最新進步，提高當今機械系統(tǒng)的性能和生產(chǎn)率，出現(xiàn)了第四次工業(yè)革命即工業(yè)4.0。

工業(yè)4.0最初是德國的一項戰(zhàn)略舉措，是指在通過網(wǎng)絡物理系統(tǒng)（CPS）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和云計算升級的創(chuàng)建智能工廠的技術[1]。工業(yè)4.0將嵌入式生產(chǎn)系統(tǒng)技術與智能生產(chǎn)過程相結合，為進入一個從根本上改變工業(yè)價值鏈、生產(chǎn)價值鏈和商業(yè)模式的新技術時代鋪平道路。

在工業(yè)4.0的背景下，制造系統(tǒng)更新至智能級別。智能制造利用先進的信息和制造技術來實現(xiàn)靈活、智能和可重構的制造過程，以便了解市場動態(tài)和市場變化趨勢[3]。智能制造需要很多支撐技術，以便使設備或機器能夠根據(jù)過去的經(jīng)驗或者根據(jù)自身的學習能力使在不同的情況和要求下改變它們的生產(chǎn)行為。進而解決生產(chǎn)制造的問題眾多，并及時做出適應性決策。

2、智能制造的方式

智能制造目的是通過充分利用先進的信息和制造技術來優(yōu)化生產(chǎn)和產(chǎn)品交易。它被認為是基于智能科學技術的新型制造模式，極大地提升了典型產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)、管理和整個生命周期的集成。一般可以通過智能設計，智能機器，智能監(jiān)控，智能控制，智能調度這五種方式來實現(xiàn)智能制造。

2.1智能設計（Smart design）

隨著近年來VR和AR（即虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術）的快速發(fā)展，傳統(tǒng)設計將得到升級并進入“智能時代”。計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）等設計軟件能夠與智能設備進行交互。

2.2智能機器（Smart machine）

在工業(yè)4.0中，智能機器可以在智能機器人和各種其他類型的智能對象的幫助下實現(xiàn)實時感測并相互交互，最大化保證機器運轉效率。

2.3智能監(jiān)控（Smart monitoring）

智能監(jiān)控是工業(yè)4.0制造系統(tǒng)在操作、維護和優(yōu)化調度的一個重要方面。各種傳感器的廣泛部署和應用使得實現(xiàn)智能監(jiān)控成為可能，例如，可以實時獲得關于溫度、電耗、振動和速度等各種制造因素的數(shù)據(jù)和信息。

2.4智能控制（Smart control）

通過開發(fā)智能生產(chǎn)控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)制造業(yè)的高分辨率的自適應生產(chǎn)控制。智能控制主要是通過云功能的平臺來管理各種智能機器或工具。終端用戶能夠通過智能手機關閉機器或機器人。

2.5智能調度（Smart scheduling）

智能調度主要包括先進的模型和算法以及對傳感器捕獲的數(shù)據(jù)進行繪制。

整個企業(yè)或行業(yè)的智能制造應用程序在Industry 4.0中意義重大，其中現(xiàn)實中的公司可以從尖端技術中受益。

3、關鍵技術

3.1大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)可以來自于，包括傳感器、設備、網(wǎng)絡、日志文件等渠道。從眾多渠道獲取的數(shù)據(jù)使制造業(yè)逐漸形成了“大數(shù)據(jù)環(huán)境”。

在大數(shù)據(jù)環(huán)境中，數(shù)據(jù)量非常大，但對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析軟件來說也過于復雜。因此，對于擁有大量操作數(shù)據(jù)和車間數(shù)據(jù)的組織和制造商來說，擁有先進的大數(shù)據(jù)分析技術，對于發(fā)現(xiàn)隱藏的模式、未知的相關性、市場趨勢、客戶偏好以及其他有用的業(yè)務信息上具有至關重要的地位。

3.2物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是指一個聯(lián)網(wǎng)的世界，其中各種對象嵌入有電子傳感器、制動器或其他數(shù)字設備，使它們能夠在網(wǎng)絡上相互連接，進行信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)的制造具有實時數(shù)據(jù)收集和共享各種制造資源的以及實現(xiàn)按需使用和有效共享資源的特點。

3.3云計算

云計算是一個通用術語，指的是通過互聯(lián)網(wǎng)上的可視化和可伸縮資源來提供計算服務。根據(jù)美國國家標準與技術研究所（NIST）的建議，理想的云計算應當：可以寬網(wǎng)絡接入；擁有資源池；可以按需自助服務；有快速彈性；可以提供可測量的服務這的五個基本特征

云計算制造作為一種新的智能制造形式，它首先在中國提出。且中國的云計算的成果在許多學術著作中得到了廣泛的引用和實際應用。將云計算融入智能制造中，我們稱為云制造。在云制造中，各種生產(chǎn)資源和能力可以被智能地感知并連接到云中。它可以覆蓋產(chǎn)品的設計、制造、測試和維護等方面，乃至整個生產(chǎn)周期。云制造的特點是靈活性高、成本降低、彈性和最佳資源利用率高。

4、結論

隨著工業(yè)4.0越來越受到重視，智能制造在現(xiàn)代工業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展中的地位越來越重要。它被認為是未來制造業(yè)重要的發(fā)展方向，因為它通過將尖端技術應用于制造和服務中的傳統(tǒng)產(chǎn)品，為各種產(chǎn)品降低成本。中國作為云計算，物聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)技術的強國，也正在大跨步的向智能制造邁進。希望本文能對推動制造業(yè)向前發(fā)展起到一定的啟示和啟發(fā)作用。

參考文獻

[1]一個日本制造業(yè)者的視角談：工業(yè)4.0真相[J].智慧工廠，2016（01）：37-38.

[2]邵曙光，王曉強，魏加棟.工業(yè)機器人在燒結礦（球團礦）自動檢測中的應用[J].冶金自動化

[3]馬靖.制造業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的機械產(chǎn)品智能裝配系統(tǒng)建模及關鍵技術研究[D].合肥工業(yè)大學，2015.