301 中国智能制造和工业4.0

人工智能与工业4.0：智能制造与工业升级的前沿与趋势引言在过去的几十年里，人工智能（AI）的快速发展和工业4.0的普及已经改变了我们的生活和工作方式。

人工智能作为一种强大的技术，正在逐步渗透到各个领域，尤其是制造业。

工业4.0的概念已经引起了全球范围内的关注和讨论，它代表了制造业的新一轮革命。

本文将探讨人工智能与工业4.0的关系，并分析智能制造和工业升级的前沿与趋势。

1. 什么是人工智能人工智能是一种模拟人类智能的技术，旨在通过计算机系统模拟人类的思维和行为能力。

它涵盖了机器学习、深度学习、自然语言处理、计算机视觉等多个技术领域。

人工智能可以通过学习和分析大量的数据来获取知识，并且可以根据这些知识做出决策和预测。

在制造业中，人工智能被广泛应用于生产、质量控制、物流管理等多个环节，以提高生产效率和产品质量。

2. 工业4.0的概念与原则工业4.0是指第四次工业革命，它基于互联网、物联网和人工智能等新兴技术，将传统工业与信息技术相融合，实现智能制造和数字化转型。

工业4.0的主要原则包括：•互联性：通过网络连接物理设备和系统，实现信息的共享和协同工作。

•信息透明性：通过物联网和大数据技术实现企业内外各环节的信息交流和共享。

•技术辅助决策：通过人工智能和分析工具，辅助企业进行决策和预测。

•去中心化决策：通过分布式智能系统，使决策权下放到各个环节和节点。

•实时性：通过实时数据收集和分析，及时响应和调整生产过程。

3. 人工智能与工业4.0的关系人工智能和工业4.0是相辅相成的两个概念，它们在智能制造和工业升级中起到了重要作用。

人工智能是实现工业4.0的关键技术之一，而工业4.0则为人工智能的应用提供了广阔的场景。

在工业4.0的背景下，人工智能可以通过机器学习和深度学习等技术提取和分析海量的生产数据，从而发现潜在的问题和优化机会。

同时，人工智能还可以通过模型训练和预测，为企业提供准确的生产计划和预测市场需求。

在智能制造中，人工智能还可以应用于自动化生产线和智能机器人，以提高生产效率和产品质量。

“工业4.0”：智能化制造新时代的到来摘要：“工业4.0”被看成是互联网全面进入生产制造系统的重要切入点，其以智能互联系统为主，采集特色化、个性化需求的数据，然后利用智能制造系统加工出个性化的产品。

中国制造业以“工业4.0”为愿景的转型升级可借鉴德国经验，大力推动数字化网络化智能化制造，重视核心技术创新、市场拓展、标准规划建设与实施、系统配套对产业转型升级的协同作用；发挥大型企业的带动效应，通过人才培育、资源利用、市场开放等产业政策安排，促进制造业转型升级。

关键词：“工业4.0”；智能化；制造引言当前德国已经进入了“工业”时代。

工业4.0(Industry4.0)是德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一，这一概念是在德国学术界和产业界推动下形成的，它现已成为了德国的国家战略。

德国政府制定“工业4.0”战略的目的是为了“确保德国制造的未来”，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。

当下，正值我国大力推动信息化与工业化的深度融合、促进制造业转型升级的关键时期，德国推行的“工业4.0”战略与我国提出的“两化”深度融合有若干相通之处，与我国制造强国战略不谋而合。

1工业4.0工业革命是现代文明的起点，是人类生产方式的根本性变革。

18世纪末的第一次工业革命创造了机器工厂的“蒸汽时代”，20世纪初的第二次工业革命将人类带入大量生产的“电气时代”，这两个时代的划分已经是大家公认的。

20世纪中期计算机的发明、可编程控制器的应用使机器不仅延伸了人的体力，而且延伸了人的脑力，开创了数字控制机器的新时代，使人—机在空间和时间上可以分离，人不再是机器的附属品，而真正成为机器的主人。

从制造业的角度，这是凭借电子和信息技术实现自动化的第三次工业革命。

进入21世纪，互联网、新能源、新材料和生物技术正在以极快的速度形成巨大产业能力和市场，将使整个工业生产体系提升到一个新的水平，推动一场新的工业革命，德国技术科学院(ACDTECH)等机构联合提出“第四代工业－Industry 4.0”战略规划，旨在确保德国制造业的未来竞争力和引领世界工业发展潮流。

中国版工业4.0的详细解读及发展机遇展望一、工业4.0的概念“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。

在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。

创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。

“工业4.0”旨在通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统相结合的手段，推进信息技术与制造业深度融合，促使工业领域的设备、生产与系统以网络化的形式向互联网迈进，将制造业向智能化转型。

“工业4.0”之所以备受瞩目，就在于它形成一个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够互联互通，实现横向、纵向的全价值链集成。

生产的每一领域都被赋予了“智慧”。

二、中国版工业4.0详细解读工业4.0的理念最早是由德国在《德国高技术战略2020》中提出来的国家发展战略，该战略为德国当时定的十大未来项目之一，由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，在德国工程院、费劳恩霍夫协会、西门子公司等建议和推动下形成，并已上升至国家级战略。

图表工业4.0结构介绍资料来源：中投顾问产业研究中心“工业4.0”战略的核心是CPS（Cyber-Physical-System）网络物理系统，CPS通过人机交换接口实现和物理进行的交互，使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。

通过CPS系统实现人、设备与产品的实时连通、相互识别和有效交流。

从而构建一个高度灵活的个性化和数字化的智能制造模式。

工业4.0是个社会系统工程，不是某个孤立的点，而是一个封闭的环。

如下图所示：图表中国版工业4.0核心环节资料来源：中投顾问产业研究中心在工业4.0的时代，生产由集中向分散转变，规模效应不再是工业生产的关键因素；产品由趋同向个性的转变，未来产品都将完全按照个人意愿进行生产，极端情况下将成为自动化、个性化的单件制造；用户由部分参与向全程参与转变，用户不仅出现在生产流程的两端，而且广泛、实时参与生产和价值创造的全过程。

到底什么是4.0智能制造?还得从工厂的业务模式说起。

作为一个工厂，存在的目的只有两个，一是生产产品，然后卖出去。

所以在工业企业中，通常会分为两个大的部门，一个是生产部门，一个是业务部门，而进入制造工业4.0之后，为了更好的提高效率。

前者通过MES（制造执行系统）管理，后者通过ERP（管理信息系统）来管理。

在生产车间里，各个生产设备之间、生产设备和控制器之间，都已经基本实现了连通，整个工厂已经通过制造执行系统（MES）连通起来，而业务部门全部通过ERP连通起来了。

生产的过程智能化了，那么作为成品的工业产品，也同样可以智能化，这个不难理解，你们看到的什么智能手环、智能自行车、智能跑鞋等等智能硬件都是这个思路。

就是把产品作为一个数据采集端，不断的采集用户的数据并上传到云端去，方便用户进行管理。

生产的过程智能化了，那么作为成品的工业产品，也同样可以智能化，这个不难理解，你们看到的什么智能手环、智能自行车、智能跑鞋等等智能硬件都是这个思路。

就是把产品作为一个数据采集端，不断的采集用户的数据并上传到云端去，方便用户进行管理。

当工厂的两化融合进一步深入的时候，另一种新的商业模式就有要孕育而生了，这就是云工厂。

工厂里的设备现在也是智能的了，他们也在不断地采集自己的数据上传到工业互联网上，此时我们就可以看到，哪些工厂的哪些生产线正在满负荷运转，哪些是有空闲的。

那么这些存在空闲的工厂，就可以出卖自己的生产能力，为其他需要的人去进行生产。

互联网行业为什么发展的这么快，就是因为创业者只需要专注于产品和模式创新，不需要自己去买一个服务器，而是直接租用云端的服务就行了。

而目前工业的创业者，还是要不断地纠结于找OEM代工还是自建工厂中，这个极大地限制了工业领域的创新。

当云工厂实现的时候，我预言中国的工业领域将出现一个比互联网大百倍以上的创新和创业浪潮，那个时候这个社会的一切都将被深刻的改变。

ERP系统是实现工业4.0的基础。

智能制造背后的逻辑——工业4.0的重新解读谈到工业革命史，当德国人提出工业4.0概念时，对工业革命的断代方法是与众不同的。

原先的工业革命划分是以某项技术的发明为标志物，它的局限性是单一地认为是技术推动了工业革命。

基于这种判断，我们自然就得到了一个结论，以为只要拥有（发明或复制、引进）先进的技术，那么就可以获得竞争优势。

这一论断在经济发展的初期是有效的，但随着时间推移，效果越来越差强人意，或者远没有达到预期目的。

此时我们才开始慢慢地意识到，单凭技术推动生产力这样的模型过于简单化了。

中国的制造业发展到今天，已经不是再靠进口几台先进设备就能解决问题的阶段。

我们需要重新认真地思考整个工业革命的发展到底给我们带来了什么样的启示？技术只是催生变革的一种力量技术与工业革命之间是一种相辅相成的关系。

表面上看起来，一项重要技术的发展加速和催生了一场革命，比如蒸汽机。

事实上，蒸汽机技术并非工业革命才被发明出来。

只是因为动力问题的解决，促使大规模生产成为可能。

商品才能以极低的价格向普通民众销售，消费者这一角色的出现，反过来又进一步促使持续的工业技术革新，最终汇集成为第一次工业革命。

因此，是背后的商业需求选择了蒸汽机作为释放产能的工具。

是工厂对效率的追求推动了工业革命发展，而非蒸汽机本身。

蒸汽机商用的研发成功，只是将这种需求得到了成功地释放。

工厂效率越高，生产规模越大，商品单价越低，潜在消费者市场规模越大，工厂获得利润越大，发明新效率技术的积极性越大，更多的技术设备和工具被发明，使得工厂效率越大。

形成了一个持续迭代不断正积累的闭环。

似成相识——飞轮模型本质上，蒸汽机和互联网一样，完成的是不同社会发展阶段一样效果的使能技术。

这种变革，是需要技术与商业匹配，才能运转起来。

在德国人的工业革命分类中，不仅仅是体现了技术，同时也将背后的商业逻辑清晰地展现出来。

当我们回过头再审视这项X.0断代的工业革命史观点时，会得到不一样的体会。

第20卷第2期2020年4月潍坊学院学报Journal of Weifang UniversityVol.20No.2Apr.2020工业4.0背景下《智能制造技术》课程改革与实践陈红梅（潍坊学院，山东潍坊261061）摘要：《智能制造技术》是工业4.0背景下国家新设专业——智能制造专业学生的专业必修课程，该课程多学科交叉、内容宽泛、概念繁多，开课前期以课堂讲授为主，学生参与性差、学习效果不理想.为提高该课程教学效果和育人质量，对该课程从教学内容、教学模式、教学方法及手段、课程考核方式等多方面进行改革探索.更新完善教学内容，引入项目驱动式、线上线下混合式教学模式，釆用灵活多变的教学方法和先进的教学手段，建工更加合理的课程考核体系.课程改革成果，经我院17、18级智能制造专业学生教学实践验证，成效显著.关键词：工业4.0;智能制造技术；课程改革；实践中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：1671-4288（2020）02-0069-02随着工业4.0的提出，我国出台《中国制造2025》，把智能制造作为主攻方向，以期实现由制造大国向制造强国的跨越“。

目前，国内智能制造水平相比发达国家还存在较大差距，制造业面临全面升级改造，国内亟需大量智能制造方面的人才。

立足当下智能制造的时代背景及发展要求，积极响应国家培养高质量应用型创新人才的号召，潍坊学院2015年新设机械设计制造及其自动化专业（智能制造与工业信息化方向）,并制订了相关人才培养方案和课程体系，《智能制造技术》便是其中一门重要的专业必修课程。

该课程涉及多学科交叉、新概念繁多，内容宽泛、抽象，缺少教学案例，教学过程中发现学生学习兴趣不足，教学效果不理想。

为此，我们提出基于3D打印的智能制造技术课程改革与实践，旨在从教学内容、教学模式及教学方法及手段、课程考核方式等多方面，探究地方高校在新工科建设中对应用创新型人才培养与课程改革建设方向。

1教学内容改革该课程主选教材为德州学院和青岛英谷教育科技股份有限公司共同编著的《智能制造导论》。

中国版“工业4.0”“工业4.0”是德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念。

它描绘了制造业的未来愿景，提出人类将迎来以信息物理融合系统为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的工业革命。

他们认为，这场变革是继机械化、电气化和信息技术之后，制造业迎来的第四次工业革命，因此将之命名为“工业4.0”。

“工业4.0”分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。

在这些过程中，软件是重中之重，可以说起到赋予智慧工厂“灵魂”的中心作用，包括设备制造、物联网、数据网等都需要通过软件将这几大板块联结起来。

工业4.0是新时代变局的开始德国政府早在2010年的《高技术战略2020》十大未来项目中，就有过对未来的发展设想。

希望利用信息通信技术与信息物理系统相结合的手段，推动制造业向智能化转型，使德国在关键工业技术上继续保持国际领先地位和在全球的竞争优势。

目前“工业4.0”在德国已上升为国家战略，并得到德国科研机构和产业界的广泛认同。

其中，有的协会将其下属的6~7个生产领域的研究所引入“工业4.0”概念，有不少领先企业已将“智能工厂”在“工业4.0”的主题下规划了技术演进的发展计划，并提出了自己独特的系统和理念。

西门子公司已经开始将这一概念引入其工业软件开发和生产，许多企业客户个性化的定制需求得到了满足；不少企业工人从单调、程序化的工作中解脱出来，把精力集中用在创新和增值业务上；许多老工人也延长了职业生涯，使企业保持了长久的生产力。

企业在制造生产中，第一次将资源、信息、物品和人进行互联，取得了初步成果，使许多初创公司和小企业受益。

据德国电子电气工业协会估计，“工业4.0”可使该行业生产效率提高30%。

拥有120多年历史的德国机械设备制造业联合会，已成为实施德国“工业4.0”战略重要的牵头组织和实施者。

“中国制造2025”和“工业4.0”战略异同解析工信部部长苗圩指出，2013年，德国提出了工业4.0战略，去年以来中国政府也组织力量编制了《中国制造2025》。

对于中国来说，这是第一次从国家战略层面描绘了建设制造强国的宏伟蓝图。

制定《中国制造2025》，是迎接新一轮科技革命和产业变革的战略举措进入新世纪以来，以信息通信技术深度应用为显著特征的新一轮科技革命和产业变革越来越清晰地展现在我们面前。

这是推动制定《中国制造2025》的主要背景，具体有三点考虑。

适应制造业重新成为全球经济竞争制高点的紧迫需要。

迎接新一轮科技革命和产业变革，重点在制造业、难点在制造业、出路也在制造业。

国际金融危机后，欧美发达国家纷纷推出“再工业化”战略，力图抢占国际竞争的制高点，如美国制定了先进制造业国家战略计划，德国推出了“工业4.0”战略，法国出台了新工业法国。

与此同时，新兴国家也不甘落后，去年9月，印度发布“印度制造”战略，将制造业作为立国之本，希望利用后发优势和低成本优势实现工业强国的目标。

全球制造业发展格局的深刻变化，使我国制造业发展面临发达国家和发展中国家的“双重竞争”，这就要求中国制造业必须放眼全球，积极应对，努力在新的竞争格局中找准定位，把建设制造强国作为提高全球竞争力的关键举措。

促进我国制造业由大变强的内在要求。

2010年我国超过美国成为全球制造业第一大国，但总的来说，大而不强的特征十分突出。

在创新方面，自主创新能力不强，关键核心技术缺失，处于全球价值链中低端。

比如，近八成的集成电路芯片依赖于进口，2013年进口额达到2313亿美元。

在土地矿产等资源方面，2013年全国因建设占用等原因减少耕地面积35.47万公顷，原油、铁矿石等重要矿产资源的对外依存度超过50%，资源环境日益成为制约我国制造业发展的关键因素。

在人力资源方面，2012年我国劳动年龄人口为9.37亿，比上年减少345万，我们可以初步判断中国劳动力数量拐点已经出现。

周立功致远电子：工业4.0与IoT物联网“智能制造“是关键！摘要：随着信息技术与工业技术的高度融合，通讯网络、计算机技术、自动化技术和软件系统的深度交织产生了新的价值模型，在制造领域，这种资源、信息、物品和人相互关联，形成虚实结合的系统，德国人称其为“工业4.0”。

互联网激活传统工业，保持制造业长期竞争力的必由之路：与前三次工业革命相比，我们认为工业4.0最大的进步在于利用互联网激活了传统工业过程，使工厂设备“能说话、能思考”，同时实现三大功能：最大程度地降低制造业对劳动力的依赖、将流通成本降到最低、最大程度满足用户个性化需求。

从长期来看，工业4.0对于智能工厂的投入将远超过一般工业，但项目盈利能力也将显著提高，并且资本投入越大、斜率越陡峭，即投资的边际回报率越高。

无论在何种经济体，工业4.0都将是制造业发展不可绕开的必由之路，是未来世界制造业最大的一波“浪潮”。

我们一直以来专注于工业控制领域，同时深刻感受到这次工业智能化给制造、生产带来的改变，物联网已经在不断的走进工业生产制造，在我们合作的企业中，工业生产数据实时采集（如MES系统）算是典型，而在工业生产信息网络中，ZigBee当之无愧成为了主角。

图1 采用ZigBee搭建的生产信息化管理网络MES系统是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统，可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、工具工装管理、采购管理、底层数据集成分析、上层数据集成分解等等管理模块。

它是企业CIMS信息集成的纽带，是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术手段。

工厂制造执行系统MES是近10年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。

MES 可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业减低成本、按期交货、提高产品的质量和提高服务质量。

适用于不同行业(家电、汽车、半导体、通讯、IT、医药)，能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理。