中国制造应走工业2.0、3.0、4.0并行发展的道路
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厂和智能生产
工业革命一般从以下三个主要方向展开:能源 创新、能源利用创新和产品创新;制造技术和制造 工艺创新:产业模式创新。由于工业4.0主要面向制 造业.所以它具体体现在能源利用创新和产品创 新;制造技术和制造工艺创新;产业模式创新。
近年在德国.工业4.0已进入创建实施平台全
面推动项目开展的攻坚阶段。德国三大行业(机械、 电气电子和信息)协会VDMA、ZVEI、BITKOM联合 发起成立德国国家的工业4.0的启动平台.目的是 迅速将工业4.0由愿景成为现实。主要面向两大主
供应总量中超过20%。那么,第三次工业革命要多
少时间才能成为现实呢?可见,出发点不一样.目标 也大有区别。
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万方数据
志近科学——“工业4.0”笔谈
工业4.0主要的两大主题是智能工
确定无疑。但是.我国制造业的现状却是无可辩驳 的大而不强。面对进一步发展的资源压力、环境压 力、成本压力,以及市场竞争激烈、利润空问压缩和 用户需求增高.我国制造业唯有转型升级走向制造 强国这惟一的出路。 中国工程院在规划《中国制造2025))Ft寸.调研了 世界主要国家制造业发展的状况.在大量数据分析 的基础上,按照规模发展、质量效益、结构优化和持续 发展4项一级指标.以及18项二级指标构成的制造 强国评价指标体系.计算出制造强国综合指数.把这 些国家划分成3个方队。第一方队是制造业居于全 球绝对领先地位的美国.第二方队是德国和13本.第 三方队有英国、法国、韩国、中国等。中国制造业目前 的状况发展不平衡.处在没有总体完成工业2.0(大规 模制造机械化)和工业3.0(工业自动化),就需要面对
中国制造业转变的技术方向恰恰是
工业3.0和4。0已经选择和正在选择的
据世界银行数据库和联合国统计数据库的数 据.2011年我国制造业增加值为1.9009万亿美元 (现价),美国为1.8805万亿美元(现价);2012年我 国制造业增加值为2.0793万亿美元(现价),美国为 1.9121万亿美元(现价)。2013年我国生产的发电设 备占全球的60%.造船完工量为全球的41%,汽车 产量为全球的25%.机床产量占全球的比重为 38%。以上这些数据表明.我国的世界制造大国地位
工业4.0(工业自动化和信息化深度融合)的形势。因
此,中国工业制造的发展,不像西方发达国家走的是 工业2.0、工业3.0,进而工业4.0的串行发展,而应该 是工业2.0、工业3.0和工业4.0并行发展的道路。 中国工程院规划从现在起到2025年.属于“中国 制造2025”阶段.争取使中国制造进入第二方队。再 经过十年发展到2035年.进入第二方队的前沿。然后 再经过十五年.到2050年挺进全球制造的第一方队。 要实现上述的规划.中国制造首先面临的一定 是要努力完成四个转变:由要素驱动向创新驱动转 变.由低成本竞争向质量效益竞争转变.由资源消 耗大、污染排放多向绿色制造转变,由生产型制造 向服务型制造转变。而完成这些转变的技术方向恰 恰是工业3.0和工业4.0已经选择的和正在选择 的,即:信息技术和制造技术及工业自动化技术的 深度融合.用精益制造管理取代粗放型制造管理, 由产业集群取代产业集聚.从而完成由生产低端产 品向制造高端装备的过渡。 装备制造业是制造业的脊梁。制造业的升级转 型.首先要抓紧装备制造业的转型升级。装备制造业 依靠什么来转型升级呢?唯有借助于智能制造。我国 实施智能制造的路径在于:抓准方向,把握趋势;结 合国情.分层推进:夯实基础,统筹协调。具体地说就 是在总体上按照自动化、网络化、两化深度融合、数 字化、智能化的方向在制造业的全行业加以推进。 [责任编辑:李辉】
题:①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。由德国中小企
业主攻(菲尼克斯、倍福等)。②智能生产主要涉及
虚拟3D技术在工业生产过程中的应用(虚拟数字 化工厂设计、仿真,机械装置的数字化虚拟设计、仿 真);整个企业的生产物流管理、人机互动:以及产 品的生命周期管理等。由德国大型企业主攻(如 Siemens、SAP等)。这是从组织协调方面来看的。 在技术创新方面.已经出现了许多突破传统生 产方式、给人耳目一新的工程。例如西门子与库卡 合作开发的.在旋转方向利用移动机器人灵活搬动 工件.进行汽车部件加工的传送方式。又如菲尼克 斯开发的自适应生产方式.扬弃了原来的柔性生产 方式.以各种模块化的机电一体加工单元组成生产 线.可根据不同的产品加工的需要.对这些模块化 的加工单元进行组态.实现了低成本和快速的生产 线自组织调整。
德国技术科学家的创举在于清晰地 将GPS和制造业联系在一起
工业4.0在2012年提出后.很快就在欧盟工业 领域范围内引起很大反响。2013年汉诺威工业博览
会上.工业4.0的理念和规划正式由德国联邦政府
发布,描绘了制造业的未来愿景。至此之后,在包括 美国等工业强国在内的全球工业领域引起了极大 关注和认同。这里仅以IT大鳄IBM的反应为证.在 对工业4.0进行专门研究后.他们认为今后十年数 字经济将成为实体的经济。由此可见,工业4.0确实 成为了今后全球发展的突破口。 工业4.0的基本特征是工业自动化和信息技术 的深度融合.它建立在物理信息系统CPS的基础之 上。为什么CPS是工业4.0的基础.这是我们先要 弄清楚的。 2006年美国国家基金会(NSF)科学家Helen Gill提出了信息物理融合系统(Cyber—Physical
工
Henrik
Johansson指出:从自动化技术的观点看,CPS是一
种工程系统.由一个嵌入在物体中的计算和通信
的核.以及物理环境中的结构所监测和控制。这就 清晰地告诉我们.泛在的嵌入在物理过程和虚拟 系统中的智能体,凭藉其计算和通讯联网能力.将 与其他的同样嵌人了计算和通讯功能的智能体. 构成了互联、互通和互操作的更大系统,去执行和 完成人类所规划和设计的功能和目标。我觉得. 2012年德国技术科学家的创举在于.基于制造立 国和制造强国的理念,把CPS运用于生产制造.提 出了CPPS.即信息物理生产系统,以CPPS为模型 构建智慧工厂(或者数字化工厂)。在此之前。没有 人如此清晰地把CPS和制造业联系在一起. 比较美英经济学家和未来学家所提出的第三 次工业革命,工业4.0是面向制造业的.而不像里夫 金立足于能源(着重可再生能源)和互联网技术来
Svs—
分析未来工业革命。里夫金的第三次工业革命的支
柱是互联网和可再生能源。而工业4.0的支柱是工 业自动化和IT技术的深度融合。显然.从事工业技 术的科学家和工程师更实际.也更具有执行力和可 操作性。里夫金所寄于莫大希望的可再生能源.在 可以预见的未来相当一个时期.充其量也难在能源
tem,简称CPS)的概念.目的是将控制技术融入互联 网。它与物联网相比.最显著的特点是强调物理过 程与信息间的反馈。当时给出的可能实际应用的例 子,就是今天我国称之为车联网的内容。
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中国制造应走工业2.0、3.0、4.0并行发展的道路
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 彭瑜 上海工业自动化仪表研究院 世界科学 World Science 2014(6)
本文链接:/Periodical_sjkx201406005.aspx
毒近科学——“工业4.O”笔谈
中国制造应走工业2.0、3.0、4.0 并行发展的道路
彭瑜
关于CPS.据说有18种定义或者是解释。这里
仅列举两种。2008年美国加利福利亚大学的Ed.
ward
A.Lee教授在其技术报告《信息物理系统:设
计挑战》中指出:“CPS是计算过程和物理过程的 集成系统.利用嵌入式计算机和网络对物理过程 进行监测和控制.并通过反馈环实现计算过程和 物理过程的相互影响”。在2011年Karl 彭瑜.上海工业自动 化仪表研究院教授级高