關(guān)于工業(yè)4.0與智能制造發(fā)展的探討

張西旺?劉曉倩

摘要：隨著德國工業(yè)4.0（第四次工業(yè)革命）概念的提出，物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，以及信息技術(shù)、通信技術(shù)與制造業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)融合，新輪技術(shù)革命正在以前所未有的廣度和深度，推動著制造業(yè)生產(chǎn)方式和發(fā)展模式的變革。智能制造將是未來制造業(yè)的發(fā)展方向，是制造過程智能化、生產(chǎn)模式智能化和經(jīng)營模式智能化的有機統(tǒng)一。本文將從以下幾個方面來進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：制造業(yè)的發(fā)展;工業(yè)4.0的意義;智能制造;智能制造技術(shù)IMT;智能制造系統(tǒng)IMS

一、制造業(yè)的發(fā)展

制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是影響國家發(fā)展水平的決定性因素之一。自瓦特發(fā)明蒸汽機以來，制造業(yè)已經(jīng)歷了機械化、電氣化、自動化三次技術(shù)革命，每一次技術(shù)革命都有顯著的特點。如今，人類社會的制造業(yè)已從機械化全面邁向智能化、個性化，“私人訂制”式工業(yè)生產(chǎn)將成為最新一次技術(shù)革命的主要標(biāo)志。

（一）機械化發(fā)展階段

1760-1860年間制造業(yè)處于機械化生產(chǎn)階段，瓦特發(fā)明蒸汽機標(biāo)志著第一次工業(yè)革命的到來，揭開了近代工業(yè)化大生產(chǎn)的序幕，水力和蒸汽機的發(fā)明使機器生產(chǎn)代替手工勞動，社會經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)從農(nóng)業(yè)向以機械制造為主的工業(yè)轉(zhuǎn)移。

（二）電氣化發(fā)展階段

1861-1950年制造業(yè)進(jìn)入電氣化發(fā)展階段，發(fā)電機和電動機的發(fā)明，標(biāo)志著電氣時代的到來。電力技術(shù)的廣泛應(yīng)用，極大地推動化工、鋼鐵、內(nèi)燃機等相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展。采用電力驅(qū)動的大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品零部件生產(chǎn)與裝配環(huán)節(jié)的成功分離，開創(chuàng)了產(chǎn)品批量生產(chǎn)的新規(guī)模。

（三）自動化發(fā)展階段

1951-2010年制造化進(jìn)入自動化發(fā)展階段，電子計算機與信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得機器逐漸代替人類作業(yè)。各類機械產(chǎn)品與計算機信息技術(shù)的結(jié)合帶來了機械自動化水平的空前發(fā)展，如工業(yè)機器人、數(shù)控裝置等的技術(shù)水平都得到了極大的提高。

（四）智能化發(fā)展階段

2011年至今制造業(yè)處于智能化發(fā)展階段，隨著網(wǎng)絡(luò)和智能化的發(fā)展，制造業(yè)逐步實現(xiàn)制造的智能化、個性化和集成化。

二、工業(yè)4.0的意義

（一）工業(yè)4.0的社會背景

（1）老齡化社會帶來的勞動力減少。

（2）資源匱乏，能效仍需提升。

（3）產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移帶來的國內(nèi)制造業(yè)空心化。

（4）發(fā)展中國家技術(shù)實力不斷增強。

（5）經(jīng)濟(jì)全球化中，需要對市場做出快速響應(yīng)。

（6）需要根據(jù)消費者需求，實現(xiàn)差異化、個性化的生產(chǎn)。

（7）保持制造業(yè)國際領(lǐng)先地位所需的標(biāo)準(zhǔn)化。

（8）制造業(yè)占據(jù)全國GDP的25%、出口總額的60%，影響極大。

（二）工業(yè)4.0的優(yōu)勢

（1）工業(yè)4.0的核心

工業(yè)4.0的核心是連接，把設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品、客戶緊密地連接在一起。“工業(yè)4.0”適應(yīng)了萬物互聯(lián)的發(fā)展趨勢，將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過信息物理系統(tǒng)（CPS） 形成一個智能網(wǎng)絡(luò)，使得產(chǎn)品與生產(chǎn)設(shè)備之間、不同的生產(chǎn)設(shè)備之間以及數(shù)字世界和物理世界之間能夠互聯(lián)，使得機器、工作部件、系統(tǒng)以及人類會通過網(wǎng)絡(luò)持續(xù)地保持?jǐn)?shù)字信息的交流。

（2）工業(yè)4.0的集成化

將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過CPS形成一個智能網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機器、機器與機器以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實現(xiàn)橫向、縱向和端對端的高度集成。集成是德國工業(yè)4.0的關(guān)鍵詞，也是長期以來中國推動兩化融合的關(guān)鍵詞。

（3） 工業(yè)4.0的創(chuàng)新性

在“工業(yè)4.0”時代，物聯(lián)網(wǎng)和（服）務(wù)聯(lián)網(wǎng)將滲透到工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，形成高度靈活、個性化、智能化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，推動生產(chǎn)方式向大規(guī)模定制、服務(wù)型制造、創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)變。工業(yè)4.0將實現(xiàn)生產(chǎn)智能化、設(shè)備智能化、能源管理智能化、供應(yīng)鏈管理智能化。

通過“工業(yè)4.0”可以實現(xiàn)勞動生產(chǎn)率大幅提高，產(chǎn)品創(chuàng)新速度加快，滿足個性化需求，減少能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量和附加值大幅，增強企業(yè)核心競爭力顯著;可以建立起高度協(xié)作的創(chuàng)新服務(wù)體系，提高整個行業(yè)的資源配置和運行效率;

三、智能制造的概述

智能制造（Intelligent Manufacturing， IM）簡稱智造，源于人工智能的研究成果，是一種由智能機器和人類專家期同組成的人機體化智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)在制造過程中可以進(jìn)行諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等智能活動，同時基于人與智能機器的合作，擴大、延伸并部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。智能制造更新了自動化制造的概念，使其向柔性化、智能化和高度集成化擴展。

智能制造包括智能制造技術(shù)（Intelligent Manufacturing

Technology， IMT）與智能制造系統(tǒng)（Intelligent Manufacturing

System， IMS）。

（一）智能制造技術(shù)（IMT）

智能制造技術(shù)是指一種利用計算 機模擬制造專家的分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策等智能活動，并將這些智能活動與智能機器有機融合，使其貫穿應(yīng)用于制造企業(yè)的各個子系統(tǒng)（如經(jīng)營決策、采購、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)計劃、制造、裝配、質(zhì)量保證和市場銷售等）的先進(jìn)制造技術(shù)。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)整個制造企業(yè)經(jīng)營運作的高度柔性化和集成化，取代或延伸制造環(huán)境中專家的部分腦力勞動，并對制造業(yè)專家的智能信息進(jìn)行收集、存儲、完善、共享、繼承和發(fā)展，從而極大地提高生產(chǎn)效率。

（二）智能制造系統(tǒng)（IMS）

智能制造系統(tǒng)是一種由部分或全部具有一定 自主性和合作性的智能制造單元組成的、在制造活動全過程中表現(xiàn)出相當(dāng)智能行為的制造系統(tǒng)。其最主要的特征在于工作過程中對知識的獲取、表達(dá)與使用。

參考文獻(xiàn)：

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