物联网与工业4.0
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“工业4.0”综述本文首先介绍“工业4.0”概念、起源和现状;分析了“工业4.0”关键技术:RFID 技术、无线传感网络技术、AI技术、云计算技术;介绍了“工业4.0”所面临的关键问题及其对于中国制造业的影响;最后展望了“工业4.0”的美好未来。
标签:“工业4.0”;工业革命;德国制造;智能工厂1 引言“工业4.0”是德国在《高技术战略2020》提出的十大未来项目之一。
它是基于传统制造业,互联网及物联网的虚实融合系统,目的在于实现工厂生产智能化,令客户的个性化需求同生产环节无缝对接。
德国总理默克尔指出,未来智能工厂将能够自行运转,机器与元器件将能够自行交流,这就使跨行业的合作成为必须。
她建议,信息业、通信业、制造业等相关行业需要长远规划、增进合作,对彼此抱有好奇心。
2 “工业4.0”发展现状在过去,科学技术经历了三次革命。
而即将到来的第四次工业革命则以工业智能化为代表。
2011汉诺威工业博览会开幕式致辞中,德国人工智能研究中心的Wolf-gang Wahlster教授首次提出“工业4.0”概念。
2013年“工业4.0”被列为德国《高技术战略2020》十大未来项目之一。
美国于2011年提出“先进制造伙伴计划”,并于2012年出台了“先进制造业国家战略计划”。
英国于2011年发布了《英国发展先进制造业的主要策略和行动计划》。
日本亦出台过类似的协同式机器人与无人化工厂发展计划。
2011年4月6日,我国工业与信息化部、科学技术部等5部委以工信部联信〔2011〕160号印发《关于加快推进信息化与工业化深度合作的若干意见》,意见指出要推动生产装备智能化和生产过程自动化,加快建立现代化生产体系。
3 “工业4.0”关键技术3.1 RFID技术(射频识别)RFID是种无线通信自动识别技术,通过无线电识别目标读写数据,无需识别系统与目标间接触,适用各种恶劣环境。
优点在于操作简单快捷,可识别多个标签的高速物体。
3.2 无线传感网络技术(WSN)WSN是大量静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络,以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息,最终把这些信息发送给网络的所有者。
什么是工业4.0
工业4.0(Industry 4.0)是基于工业发展的不同阶段作出的划分。
按照共识,工业1.0是蒸汽机时代,工业2.0是电气化时代,工业3.0是信息化时代,工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代,也就是智能化时代。
工业4.0的概念最早出现在德国,2013年的汉诺威工业博览会上正式推出,其核心目的是为了提高德国工业的竞争力,在新一轮工业革命中占领先机。
随后由德国政府列入《德国2020高技术战略》中所提出的十大未来项目之一。
该项目由德国联邦教育局及研究部和联邦经济技术部联合资助,投资预计达2亿欧元。
旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及基因工程学的智慧工厂,在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。
其技术基础是网络实体系统及物联网。
德国所谓的工业4.0是指利用物联信息系统(Cyber—Physical System简称CPS)将生产中的供应,制造,销售信息数据化、智慧化,最后达到快速,有效,个人化的产品供应。
“中国制造2025”与德国“工业4.0”的合作对接渊源已久。
2015年5月,国务院正式印发《中国制造2025》,部署全面推进实施制造强国战略。
工业4.0已经进入中德合作新时代,中德双方签署的《中德合作行动纲要》中,有关工业4.0合作的内容共有4条,第一条就明确提出工业生产的数字化就是“工业4.0”对于未来中德经济发展具有重大意义。
双方认为,两国政府应为企业参与该进程提供政策支持。
概念:“工业4.0”是以智能制造为主导的第四次工业革命,在工业互联网的基础上形成信息物理系统(Cyber-Physical Systems,简称CPS),实现数字化、网络化、智能化技术与制造技术的深度融合,以快速满足客户的个性化需求,实现动态的商业与生产过程,有效提高资源生产率与效率,同时为创造价值与新的商业模式提供新的途径。
[概念的来源]: 工业4.0是2011年德国汉诺威工业博览会上提出的概念,其初衷是提高德国制造业水平,提高德国制造业的竞争力。
若您想详细了解工业4.0战略的要点,请参考以下内容:德国“工业4.0”战略的要点可概括为:建设一个网络、研究两大主题、实现三项集成,实施八项计划。
(一)建设一个网络:信息物理系统网络。
信息物理系统就是将物理设备连到互联网上,让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能,从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合。
信息物理系统可以将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起,从而创造物联网及相关服务,并将生产工厂转变为一个智能环境。
这是实现工业4. 0的基础。
(二)研究两大主题:智能工厂和智能生产。
“智能工厂”是未来智能基础设施的关键组成部分,重点研究智能化生产系统及过程以及网络化分布生产设施的实现。
“智能生产”的侧重点在于将人机互动、智能物流管理、3D打印等先进技术应用于整个工业生产过程,从而形成高度灵活、个性化、网络化的产业链。
生产流程智能化是实现工业4.0的关键。
(三)实现三项集成:横向集成、纵向集成与端对端的集成。
“工业4.0”将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过信息物理系统形成一个智能网络,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,从而实现横向、纵向和端对端的高度集成。
“横向集成”是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合,是为了实现各企业间的无缝合作,提供实时产品与服务;“纵向集成”是基于未来智能工厂中网络化的制造体系,实现个性化定制生产,替代传统的固定式生产流程(如生产流水线);“端对端集成”是指贯穿整个价值链的工程化数字集成,是在所有终端数字化的前提下实现的基于价值链与不同公司之间的一种整合,这将最大限度地实现个性化定制。