序言

    工業(yè)4.0是物聯(lián)網(wǎng)中的生產(chǎn)，并將整個(gè)價(jià)值鏈網(wǎng)絡(luò)化。這意味著它將機(jī)器，產(chǎn)品，人員和系統(tǒng)連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)很大程度上自動(dòng)化的流程。公司可以在智能工廠模式下更高效，靈活，低成本地生產(chǎn)商品。但是，這也改變了對(duì)勞動(dòng)力市場(chǎng)的要求：消除了日常工作，為新的和要求更高的活動(dòng)騰出了空間，人將繼續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，企業(yè)面臨許多挑戰(zhàn)，例如：如何使較舊的計(jì)算機(jī)成為具有Web功能且可以防止黑客入侵的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)？

    機(jī)器人在工廠車間內(nèi)自主移動(dòng)，將生產(chǎn)物料從A運(yùn)送到B，產(chǎn)品與機(jī)器通信并自行啟動(dòng)下一個(gè)制造步驟。當(dāng)設(shè)備確定需要維修時(shí)，它們會(huì)自動(dòng)通知技術(shù)人員。這就是智能工廠！

    第四次工業(yè)革命（或簡(jiǎn)稱工業(yè)4.0）已經(jīng)開始。緊隨蒸汽機(jī)，傳送帶，電子設(shè)備和IT其后的是智能互聯(lián)系統(tǒng)。它們從根本上改變了我們的生產(chǎn)生活方式。將來(lái)，將有可能使整個(gè)價(jià)值鏈中的大多數(shù)流程自動(dòng)化。機(jī)器將能夠彼此通信并自行做出決定。他們將使用傳感器（它們的感覺器官）來(lái)收集數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)過(guò)濾，然后再傳遞到平臺(tái)上。平臺(tái)就像是大腦-將機(jī)器數(shù)據(jù)與其他來(lái)源（例如企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）應(yīng)用程序或環(huán)境）中的信息匯集在一起的地方，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以從而得出行動(dòng)指令。

    一、工業(yè)4.0場(chǎng)景和案例

    到現(xiàn)在為止，大多數(shù)公司已經(jīng)使用工業(yè)4.0技術(shù)來(lái)使其生產(chǎn)操作更快，更便宜或減少?gòu)U品。他們可以通過(guò)分析機(jī)器數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別錯(cuò)誤源。例如：一家歐洲飛機(jī)制造商面臨著一個(gè)問(wèn)題，即為什么在漢堡工廠組裝機(jī)翼時(shí)會(huì)出現(xiàn)如此大的偏差。答案是驚人的：?jiǎn)栴}總是在潮水落下時(shí)發(fā)生。制造商通過(guò)使用大數(shù)據(jù)分析將機(jī)器數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)。然后，它能夠相應(yīng)地調(diào)整其產(chǎn)量。

    許多企業(yè)還使用預(yù)測(cè)性維護(hù)。他們不斷分析機(jī)器數(shù)據(jù)并將其與過(guò)去的模式進(jìn)行比較。這樣一來(lái)，他們就可以確定通常會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題的條件，并在造成昂貴的停機(jī)時(shí)間之前進(jìn)行維修工作。比如：巴斯夫工廠，巴斯夫開發(fā)了一種預(yù)警系統(tǒng)，可以更好地計(jì)劃生產(chǎn)，泵，發(fā)動(dòng)機(jī)和熱交換器的維護(hù)計(jì)劃。它可以分析實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，從而可以預(yù)測(cè)何時(shí)需要維護(hù)工作。但是，智能工廠的原理不僅可以在本地應(yīng)用，而且可以連接世界各地不同位置的機(jī)器來(lái)創(chuàng)建一個(gè)巨大的虛擬工廠。例如，在英飛凌，亞洲的工廠將其測(cè)試結(jié)果直接傳送到德累斯頓的工廠。

    1、汽車行業(yè)的工業(yè)4.0

    汽車行業(yè)也已經(jīng)成功地使用了工業(yè)4.0。例如，戴姆勒（Daimler）評(píng)估機(jī)器數(shù)據(jù)以提高汽缸蓋生產(chǎn)的質(zhì)量。因此，負(fù)責(zé)人可以在制造過(guò)程的早期階段檢測(cè)出偏差和不規(guī)則之處，并迅速采取行動(dòng)。結(jié)果，它們降低了錯(cuò)誤率，并使生產(chǎn)過(guò)程更具成本效益。大眾汽車正在追求另一種令人振奮的方法：在一個(gè)工業(yè)4.0項(xiàng)目中，它使用RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)來(lái)更快地從測(cè)試車輛中的組件中捕獲數(shù)據(jù)。供應(yīng)商已經(jīng)在組件上安裝了RFID芯片。在對(duì)車輛進(jìn)行測(cè)試時(shí)，工程師可以毫不費(fèi)力地確定已安裝的原型零件，并顯示開發(fā)所需的詳細(xì)信息。

    2、物流行業(yè)4.0

    在物流領(lǐng)域，工業(yè)4.0技術(shù)可幫助優(yōu)化運(yùn)輸路線，完美利用存儲(chǔ)容量并預(yù)先計(jì)劃。漢堡港就是一個(gè)這樣的例子。每年有1.4億噸貨物被轉(zhuǎn)運(yùn)，到2030年這個(gè)數(shù)字很可能會(huì)翻一番。但是，港口沒有足夠的空間。因此，漢堡港務(wù)局面臨著更快地轉(zhuǎn)移集裝箱的挑戰(zhàn)。

    在工業(yè)4.0項(xiàng)目中，人員，卡車，集裝箱，輪船，起重機(jī)和交通管理系統(tǒng)相互連接。它們彼此通信并提供與業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)。結(jié)果：卡車更快地到達(dá)目的地，駕駛員知道他們可以在何處更快地卸下貨物。船長(zhǎng)可以提前計(jì)劃行程。所有這些都簡(jiǎn)化了流程，使?jié)h堡港可以更迅速地轉(zhuǎn)運(yùn)貨物。

    二、連接生產(chǎn)不是一種選擇，而是必須的

    工業(yè)4.0并不意味著從技術(shù)上可行的事情中獲得最大的收益。相反，由于激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)必須完全數(shù)字化其生產(chǎn)才能在市場(chǎng)上生存。因此，優(yōu)化流程和削減成本成為最高準(zhǔn)則。智能，互聯(lián)的系統(tǒng)還使公司能夠盈利地生產(chǎn)滿足客戶個(gè)人需求的小批量產(chǎn)品。這使他們有機(jī)會(huì)從以大宗產(chǎn)品給市場(chǎng)施加壓力的低價(jià)供應(yīng)商中脫穎而出。

    人口變化也使優(yōu)化生產(chǎn)成為必要。我們的社會(huì)正在老齡化，而就業(yè)人數(shù)卻在下降。移民也無(wú)法抵消這一趨勢(shì)。根據(jù)德國(guó)聯(lián)邦統(tǒng)計(jì)局的計(jì)算，到2040年，德國(guó)67歲及以上的人口將增長(zhǎng)42％，至少達(dá)到2150萬(wàn)。但是，預(yù)計(jì)20至60歲的人數(shù)將減少11到25％，具體取決于移民率。因此，專家們一致認(rèn)為：如果我們要保持繁榮，就必須使工作環(huán)境更加高效，并更好地部署現(xiàn)有的勞動(dòng)力。

    三、工業(yè)4.0將對(duì)工作產(chǎn)生什么影響

    但是，當(dāng)機(jī)器接管越來(lái)越多的任務(wù)時(shí)，人會(huì)發(fā)生什么呢？許多員工擔(dān)心他們的工作。“一半的員工肯定會(huì)受到數(shù)字化的影響。但是，我們看不到工作機(jī)會(huì)的凈損失。”比如：英飛凌在德累斯頓的半導(dǎo)體生產(chǎn)業(yè)務(wù)，該公司在200毫米和300毫米晶圓上生產(chǎn)芯片。300毫米生產(chǎn)線從一開始就設(shè)計(jì)用于全自動(dòng)生產(chǎn)，而較老的200毫米生產(chǎn)線在過(guò)去幾年中已逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化并在更大程度上進(jìn)行了連接。

    現(xiàn)在，它的自動(dòng)化程度約為90％。因此，自1990年代中期成立以來(lái)，該公司已將其生產(chǎn)率提高了70％。同時(shí)，在過(guò)去十年中，員工人數(shù)一直保持在2,000人左右。數(shù)字化和連接性保留了德累斯頓工廠的競(jìng)爭(zhēng)力，確保了增長(zhǎng)，并為確保該廠的長(zhǎng)期未來(lái)做出了重要貢獻(xiàn)。

    波士頓咨詢集團(tuán)（BostonConsultingGroup）的一項(xiàng)研究也得出了樂觀的預(yù)測(cè)：工業(yè)4.0將每年為德國(guó)的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值貢獻(xiàn)1％，并在2025年之前創(chuàng)造約390,000個(gè)新就業(yè)機(jī)會(huì)。這意味著將來(lái)對(duì)更復(fù)雜的任務(wù)會(huì)有更多的需求，特別是在IT，數(shù)據(jù)分析和維護(hù)領(lǐng)域。簡(jiǎn)單的重復(fù)的任務(wù)將主要減少。當(dāng)然，人們也沒必要為自己的損失悲傷。畢竟，讓機(jī)器人在沉重的箱子周圍徘徊意味著保護(hù)人類工人的健康，而人類也將有更多時(shí)間傾向于更具挑戰(zhàn)性的事情。

    這種趨勢(shì)意味著員工必須愿意繼續(xù)發(fā)展和深造自己的技能。

    四、工業(yè)4.0中的安全

    鑒于每個(gè)連接的設(shè)備都為黑客提供了新的攻擊目標(biāo)，這是一個(gè)合理的假設(shè)。只要將生產(chǎn)機(jī)器與IT分開，將它們與外界隔離相對(duì)容易。但是，在工業(yè)4.0的互聯(lián)世界中，有許多潛在的滲透手段。網(wǎng)絡(luò)罪犯可以控制生產(chǎn)工廠，操縱機(jī)器或進(jìn)行工業(yè)間諜活動(dòng)。比如：2017年5月，加密蠕蟲Wannacry感染了英國(guó)國(guó)家衛(wèi)生局的計(jì)算機(jī)，法國(guó)的汽車制造商雷諾（Renault）和德意志鐵路（DeutscheBahn）等。該惡意軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了加密，從而使它們暫時(shí)癱瘓。黑客們想以此來(lái)勒索贖金。

    為了保護(hù)自己，公司必須從工業(yè)4.0項(xiàng)目的一開始就考慮安全性。這包括使系統(tǒng)保持最新狀態(tài)并安裝安全更新?；谲浖陀布陌踩鉀Q方案的組合也可以確保所連接的機(jī)器和通信節(jié)點(diǎn)受到保護(hù)。例如OPTIGATPM芯片，它們可以內(nèi)置在路由器，工業(yè)PC或復(fù)雜的控制單元中，并由通信合作伙伴用作驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備身份的一種方式。因此，它們可以在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行身份驗(yàn)證并保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸。

    五、使舊機(jī)器適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)

    除安全性外，企業(yè)在其工業(yè)4.0項(xiàng)目中面臨的一個(gè)基本挑戰(zhàn)是：如何使他們的機(jī)器支持Internet？盡管供應(yīng)商已經(jīng)在提供帶有集成物聯(lián)網(wǎng)模塊的新設(shè)備，但是很少有工廠是在綠色領(lǐng)域從頭開始建造的。他們的生產(chǎn)線隨著時(shí)間的推移而發(fā)展，包含不同年齡的機(jī)器。這種設(shè)備很昂貴，不能一時(shí)更換。

    為了使這些較舊的機(jī)器適合工業(yè)4.0，必須對(duì)它們進(jìn)行升級(jí)，以配備傳感器，軟件和具有IoT功能的工業(yè)控制器。市場(chǎng)為此提供了改造解決方案。例如，博世力士樂（BoschRexroth）的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（IoTGateway）甚至可以制造出1887年可上網(wǎng)的踏板操作車床。傳感器監(jiān)視車床的速度并將此數(shù)據(jù)傳輸?shù)街薪樵O(shè)備IoT網(wǎng)關(guān)，該設(shè)備又與公司的其他系統(tǒng)連接。車床的操作人員可以在監(jiān)視器上實(shí)時(shí)查看傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，從而知道是加快還是慢速踩踏以保持理想速度。

    六、綜述

    第四次工業(yè)革命（工業(yè)4.0）代表了工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的全面數(shù)字化。換句話說(shuō)，商品的機(jī)械生產(chǎn)正與數(shù)字信息和通信技術(shù)越來(lái)越緊密地聯(lián)系在一起，可以協(xié)調(diào)人員和機(jī)器完成工作以及相關(guān)的物流活動(dòng)，以確保不僅優(yōu)化一個(gè)生產(chǎn)步驟，而且可以優(yōu)化整個(gè)價(jià)值鏈。

    七、工業(yè)4.0中常見的問(wèn)題

    1、什么是工業(yè)4.0

    工業(yè)4.0是生產(chǎn)中的物聯(lián)網(wǎng)，連接整個(gè)價(jià)值鏈。這就是為什么工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)這個(gè)術(shù)語(yǔ)也會(huì)被用到。智能機(jī)器相互交換信息并進(jìn)行自我組織。整個(gè)價(jià)值鏈的流程是相互連接的，并且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這使得生產(chǎn)作為一個(gè)整體更加高效和敏捷。因此，工業(yè)4.0這個(gè)術(shù)語(yǔ)是第四次工業(yè)革命的簡(jiǎn)稱。

    2、德國(guó)工業(yè)4.0現(xiàn)狀

    目前，約有五分之一的德國(guó)企業(yè)已經(jīng)實(shí)施了最初的工業(yè)4.0項(xiàng)目。領(lǐng)先的是擁有超過(guò)1000萬(wàn)歐元IT預(yù)算的大公司。半導(dǎo)體行業(yè)尤其活躍。木材和家具行業(yè)以及機(jī)械工程已經(jīng)開始依靠工業(yè)4.0項(xiàng)目。(來(lái)源:《工業(yè)4.0——德國(guó)的現(xiàn)狀》)

    3、工業(yè)革命的四個(gè)階段

    工業(yè)革命的第一階段始于1784年機(jī)械化織布機(jī)的發(fā)明。機(jī)械生產(chǎn)廠是由蒸汽動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的。第二階段是在19世紀(jì)末開始的，用電力來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器。1870年，辛辛那提屠宰場(chǎng)的第一條傳送帶使勞動(dòng)分工成為可能。第三階段是在1970年代開始在生產(chǎn)中使用通信科技和電子產(chǎn)品。1969年出現(xiàn)了第一個(gè)可編程邏輯控制器(PLC)，使進(jìn)一步的自動(dòng)化成為可能。我們現(xiàn)在正處于第四次工業(yè)革命的開端，在這個(gè)過(guò)程中，互聯(lián)的智能系統(tǒng)在智能工廠中相互作用。

    4、工業(yè)4.0出現(xiàn)了多長(zhǎng)時(shí)間

    這個(gè)詞最早出現(xiàn)在2011年漢諾威貿(mào)易博覽會(huì)上。工業(yè)協(xié)會(huì)、他們的成員公司、德國(guó)聯(lián)邦教育和研究部(BMBF)、經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部(BMWi)聯(lián)合起來(lái)推動(dòng)第四次工業(yè)革命向前發(fā)展。2013年4月，他們創(chuàng)建了支持企業(yè)數(shù)字化的工業(yè)4.0平臺(tái)。

    5、工業(yè)4.0的機(jī)遇和風(fēng)險(xiǎn)

    工業(yè)4.0使企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。數(shù)據(jù)分析使所有流程步驟都變得透明。制造業(yè)變得更自動(dòng)化，更靈活，更便宜。公司還可以高效地根據(jù)個(gè)人需求生產(chǎn)小批量產(chǎn)品。與此同時(shí)，工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)需要高水平的安全性，因?yàn)槊恳粋€(gè)連接設(shè)備都為黑客創(chuàng)造了一種新的潛在滲透手段。

    6、什么是邊緣計(jì)算

    工業(yè)4.0項(xiàng)目中產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行分析-理想情況下是實(shí)時(shí)的。然而，將其全部轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)中心會(huì)花費(fèi)時(shí)間，金錢和大量存儲(chǔ)空間。這就是為什么許多公司分析數(shù)據(jù)起源于連接系統(tǒng)附近（即“邊緣”）的原因。在此過(guò)程中，不重要的信息將立即刪除，僅將相關(guān)數(shù)據(jù)饋送到數(shù)據(jù)中心。例如傳送帶一旦溫度過(guò)高而停止運(yùn)行，則“正常溫度”信息并不重要。僅當(dāng)傳感器測(cè)量偏差時(shí)，才需要分析此類數(shù)據(jù)。

    7、什么是M2M通訊

    工業(yè)4.0的一項(xiàng)重要要求是機(jī)器必須能夠共享信息。但是，僅當(dāng)設(shè)備使用相同的語(yǔ)言時(shí)，才可能進(jìn)行這種機(jī)器對(duì)機(jī)器通信（M2M）。這不是那么容易，因?yàn)樵谕ㄐ艂鞲衅鲾?shù)據(jù)時(shí)使用了許多不同的協(xié)議。專家們正在努力定義統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。OPCUA和MQTT協(xié)議已在歐洲廣泛建立，在美國(guó)已建立DDS。