工业4.0的综合总结与未来发展愿景和历程

工业4.0是一个全面的自动化，商业信息和制造执行架构，以提高行业的整合生产，商贸企业跨边界的各个方面，以提高效率。术语工业4.0起源于德国，但其概念是与世界各地的举措，包括智能工厂，物联网产业的互联网，智能制造和先进制造和谐。

工业4.0的诞生

行业4.0倡议始于2006年创建于2010年7月14日10点高科技的德国战略计划的一部分，德国内阁决定通过引进高科技战略2020行动重点国家的研究继续战略，超过十到十五年的相关科学和技术发展选择的前瞻性项目的创新政策。工业4.0是通过利用计算机，软件和互联网技术实现一体化产业的愿景。

4.0指的是第四次工业革命的思想：

第四：工业4.0利用网络物理系统，嵌入式计算，物联网技术，互联网

德国战略强调工业和科学之间的合作，促进知识与技能之间更密切的联系。在工业4.0工作组的最终报告，为实施战略计划INDUSTRIE 4.0的建议，介绍如何使用物联网技术，通信和网络服务的互联网制造。他们使人们有可能以创建包含整个制造过程，转化成工厂智能环境网络。联系包括智能机，仓储系统，以及生产设施功能终端到终端的整合，包括入境物流，生产，营销，外部物流和服务。工业4.0预计将创造商业合作伙伴（如供应商和客户）和员工之间更密切的合作，互惠互利，提供了新的机遇。

工业4.0的愿景

工业4.0的愿景是显著更高的生产力，效率和自我管理的生产流程里的人，机器，设备，物流系统和工作过程中的组成部分，直接交流与合作对方。一个主要目标是低成本的大规模生产效率的应用程序通过利用嵌入式处理和通信实现的按订单生产量之一。生产和物流流程跨越公司界限智能管理的集成，创建一个实时的精益制造生态系统，更加高效和灵活。这将有利于智能的价值创造链，包括所有从最初的产品理念，开发，生产，使用和维护回收产品的生命周期阶段。通过这种方式，生态系统可以使用客户意愿，一切从产品理念到回收来响应不断做出改进。

工业4.0，真正的“工业革命”

网络公司在供应链中使得能够优化单独的生产步骤和整个价值链。例如，全面的实时信息，使企业在生产过程中发生反应，基于价格，质量，以及最佳效率等因素某些原材料的可用性。外部联系使生产流程跨边界的公司进行控制，以节约资源和能源。

行业的数字化预计将创造新的商业模式和巨大的存在机会小型和中等规模的企业。这已经开始发生。例如，构建小批量的金属零件，企业建立虚拟3-D模型，并使用直接金属激光烧结（DMLS），类似的3-D印刷的添加剂的过程，沉积金属粉末层通过激光熔化，来创建的部件。这些部件完全致密的金属具有优良的机械性能。有趣的是，DMLS过程中可产生复杂的几何形状，传统的加工工艺都没有能够创造的。

异步制造业

传统的装配生产线是同步的，基于企业业务系统运行的生产工单的预定义的工作流程。制作步骤都集中传达给装配线同步每个加工工位。与此相反，工业4.0是基于异步制造，在生产部件流使用自动识别技术来通知每个需要做以产生定制的最终产品在生产过程中的每个步骤中什么机器和操作员。采用了适应于所取得的部分要求新的灵活的机器是工业4.0的另一个方面。这实现了高度灵活的，瘦，和敏捷生产过程可实现各种在相同生产设施要生产不同的产品。盈利的大规模定制允许生产小批量（甚至小单独特的项目），由于快速配置设备，以适应客户提供的规格和添加剂制造的能力。

Analytics（分析）

产业4.0系统捕捉范围广泛，可用于改善与分析的应用性能和生产率的数据。分析在许多方面，包括实时预测性维护，这有助于制造企业避免生产中断通过在工厂车间，直接提高资产利用率的计划外机器故障使用。另一应用是生产操作的最优化，提高生产率和节能效率。

工业4.0的技术展望

工业4.0愿景的实现成为可能通过物联网，包括开放式软件平台，开放的沟通，开放的数据模型和功能强大的嵌入式处理器驱动的戏剧性的技术进步。工业4.0使用术语网络物理系统（CPS）来描述物理和计算领域的互动，包括各级，包括机器，传感器，执行器，生产的零件，组件和产品正在生产嵌入式智能。CPS是由物理实体，例如通过基于计算机的算法控制或监视机制。CPS应用的最新例子是，使用嵌入在电机驱动处理器和通讯实现了包装机协同作战没有物理齿轮机电驱动系统。这节省显著成本，提供了更大的灵活性和更高的可靠性。

竞争驱动器

全球激励采用更高的制造和过程自动化的驱动力是认识到追求低的劳动力价格已不再是一个成功的策略。保持竞争力和灵活，只能通过利用最新的技术，自动化的基本组成部分这一过渡是成功的完成。

新技术的过程中显著创新时代的通过是制造业成功的关键。历史往往会重演; 考虑到汽车，在20世纪初有钱人的玩物。亨利·福特决心建立一个简单，可靠且经济实惠的汽车，导致福特革命性的流水线生产的福特T型车。福特继续精炼流水线方式，降低T型车的生产时间从超过12个小时至93分钟。到1914年，福特一声令汽车市场的48％份额。参赛者必须实现组装生产线，或去冒险破产，因为他们无法竞争。

竞争格局并不是一成不变的，通过市场份额的美国汽车业损失证明。1960年，所有汽车的48％，在美国共生产到1997年，这一数字下降到23％，超过市场份额50％的损失更多。到1997年，日本生产的汽车的21％。日本汽车制造商的成功归因于先进的制造方法，积极的自动化，并积极利用机器人（日本目前每万人323机器人）。在此期间，同一时间内，美国汽车制造商有机会获得同样的技术和方法，但直到经济因素迫使没有利用它们。

世界各地的制造商正在认识到需要对更多的自动化，以有效地生产产品，精度和稳定的质量。例如，在2014年中国是工业机器人销量最大的单一市场，根据机器人的国际联合会。基于机器人采用按目前的速度，似乎在两年内将有更多的工业机器人在中国的工厂比欧盟或美国

历史视角：合作至关重要

自20世纪80年代行业一直奉行的整合。最突出的概念，被称为计算机集成制造，集成了总制造企业提高生产效率和工作效率。愿景电子联系和协调功能区，包括设计，分析，计划，采购，成本核算，库存控制，数控机床，以及材料处理。在1982年公布的制造业自动化协议（MAP）定义的计算机网络标准，来自多个制造商的设备互连，以打击通过自动化产品供应商，如可编程控制器使用不兼容的通信标准的扩散。1986年，波音公司合并其技术办公室协议与MAP标准，而合成标准被称为MAP / TOP。虽然促进和少数项目使用的制造商，如通用汽车公司，波音公司，和其他人，这是笨重和昂贵的现有技术。一个主要的挑战是从不同的供应商，包括可编程逻辑控制器，数控机床，输送机，和机器人使用不同的通信协议组件的集成。也有竞争的美国和欧洲之间的数据交换和协议标准，这是适得其反。

中国制造2025主动性和工业4.0

中国2015拥抱第四次工业革命的概念，作为一个10年计划，“中国制造2025年”的倡议，以全面提升中国产业用进球与生产强国如德国赶上并抵御来自其他发展中国家的竞争的一部分劳动力成本较低。该计划侧重于10个行业，包括高端电脑机械和机器人，航空航天设备，可再生能源汽车，生物医药。

2015年7月14日，德国德国联邦经济及科技部部（BMWi）和中国工业和信息化部在工业4.0领域的两国之间的合作签署了谅解备忘录。备忘录链接的BMWI的工业4.0与中国倡导“中国制造2025年，”从而加强了两国之间的创新合作伙伴关系。

中国认识到保持竞争力的手段拥抱自动化。这是由长盈精密技术公司在东莞市，深圳市北厂说明; 它是第一个“无人”工厂由计算机控制的机器人，数控机加工设备，无人驾驶的运输卡车，自动化立体仓库设备的运行。六百人的装配线工人自动化取代，导致制造误差五倍减少和产量增加超过250％。

今年机器人联合会（IFR）报道中国目前正处于人均机器人第28位，但它指出，大约五年前中国就赶超历史上无与伦比的游戏进发。IFR报道，中国购买机器人的跃升56％，达到57,000台在2014年中国预计将有2018年全球安装的工业机器人的超过三分之一。

工业4.0在日本

制造业占国内生产总值（GDP）在日本的大部分。日本企业和组织，包括经济，贸易和工业部，正在寻找走向物联网技术和产业4.0概念互联网作为自己的产业价值链倡议制造业在未来（www.iv-i.org）战略的一部分。该计划指出，“产业价值链倡议是一个论坛，结合制造业和信息技术来设计一个新的社会，为所有企业协同采取的举措。”

“让印度的”发起总理莫迪2014年9月25日，以促进印度制造业的增长。“让印度”是鼓励跨国公司，以及国内，公司生产的产品在印度印度政府的倡议。印度在2015年汉诺威工业博览会取得本公告作为全球伙伴国。印度计划利用产业4.0概念和新技术，制造，智能城市，整体基础设施的举措作为全国数字印计划的一部分。

智能制造领导联盟

智能制造领导联盟（SMLC）成立于美国克服智能制造系统的商业化相关的成本和风险。该SMLC还没有明确接受工业4.0，但它的愿景和使命拥抱许多相同的概念。该SMLC的任务是带领工业部门转变为在一个开放的，智能制造平台支持实时，为制造商的高价值应用的网络化，信息驱动的环境。主要任务是优化生产系统和价值链，从根本上提高可持续发展，生产力，创新和客户服务。SMLC计划通过跨产业界，学术界，财团和政府制造的思想领袖的合作开发一个基于云的开放式架构的制造基础设施和市场。SMLC的目标包括整合厂级系统和数据，加快可重复使用的应用程序的开发和部署，提供了一个开放的，安全的基础设施获得和负担得起所有，抱着不断变化的业务需求和新的市场机会敏捷。

工业4.0的标准

工业4.0和相关倡议认识到，有效地构建自我管理的生产过程需要开放的软件和通信标准，它允许传感器，控制器，人，机器，设备，物流系统和产品进行沟通，并直接与对方合作。未来的自动化系统必须采取类似那些存在于计算机，互联网和手机开源多厂商互操作的软件应用程序和通信标准。工业4.0演示通过利用现有的标准，其中包括ISA-88批次标准承认这一点，ISA-95企业控制系统集成标准，OPC UA，IEC 6-1131-3和PLC打开的。

全球标准的统一前阵子又前进了一步，当德联盟平台工业4.0和总部位于美国的工业互联网协会的代表在瑞士苏黎世会见了在2016年3月，分别努力，发掘他们的两个架构的潜在的对齐参考架构模型工业4.0（RAMI4.0）和工业网络参考架构（IIRA）。

在2016年4月，OPC基金会和对象管理集团6（OMG）宣布技术互操作性的协作策略，涵盖了OPC统一架构（OPC UA）和OMG数据分发服务（DDS）标准。这些是说明在工业自动化行业成熟度显著合作努力。他们认识到制造业在全球的相互依存关系，需要共同的标准和互操作性。

工业4.0的流程自动化

工业过程自动化4.0概念的应用正在出现新的NAMUR工作组应对经验交流，理念的发展，并制定了以下主题要求：
1、工业4.0的今天的生产和在未来的机会和潜力的识别

2、工业4.0的要求说明从NAMUR的角度接近

3、在工业4.0活动NAMUR定位

工业4.0在与德国工程师协会和协会电气，电子和信息技术，在2015年11月合作NAMUR发表的新技术路线图“过程传感器4.0”的技术路线图确定了必要的要求，以及用于通讯功能从一个简单的温度传感器到复杂的设备的过程的传感器。功能包括连接并与一个统一的协议，维护和操作功能，可跟踪性和法规遵从，虚拟的描述，以支持连续的工程和互操作通信。

一个核心概念是处理嵌入到以控制系统与企业系统进行通信，直接传感器。工业4.0流程自动化的应用程序是通过在2015年汉诺威工业博览会厂商证明。他们专注于过程自动化工业4.0三个不同的方面：从现场级设备业务控制联系垂直整合; 横向整合，以优化价值链的产出; 及端至端工程，规划，和过程控制。

工业4.0演示系统

SmartFactoryKL和德国研究中心的人工智能，18个合作伙伴一起，已经被证明工作的生产线，说明行业在行业活动4.0概念，包括汉诺威工业博览会在德国。

该演示演示了如何以市场为准备技术被应用到创建一个灵活的工业4.0生产线。SmartFactoryKL是一个制造商无关示范和研究平台中创新的信息和控制技术以及它们在现实的工业生产环境中使用进行了测试和开发。SmartFactoryKL说明了厂家对未来的愿景，不同制造商的不同的部件相互连接在协调工作。智能组件能够接管独立上下文的任务和自给自足的工作，提供定制化的产品撬动大规模生产技术。