浅析计算机技术对工业4.0的影响

2018-02-16李剑

信息记录材料 2018年5期

关键词：工厂智能化工业

李剑

（安顺职业技术学院贵州安顺 561000）

1 何谓工业4.0

1.1 工业4.0的概念与内涵

所谓工业4.0（Industry4.0），是指利用利用物联信息系统(Cyber-Physical System，CPS)将工业生产中的原料供应、产品制造、销售信息等数据化、智能化，进而达到快速、有效、个性化的产品供应。

工业4.0是德国政府发布的《德国2020高技术战略》中提出的未来十大项目之一，德国学术界、产业界认为，工业4.0即是以智能制造为主导的第四次工业革命。工业4.0是制造业的电子计算机化，其包含更高层次的互联、更智能化的设备、更方便的设备间的通信以及更精益、更节能的人机协作模式等。

工业4.0包含以下三方面的内涵：

第一，生产智能化、绿色化、个性化。其中，智能化是工业4.0的核心，贯穿产品生产流程的所有环节；绿色化是保护自然环境，实现可持续发展的关键；而个性化则是以人为本理念的体现，技术创新让个性定制、小规模精准生产具有了现实性。

第二，分散网络化。这个有助于解决第二次工业革命以来形成的大城市、大工厂、大办公楼等过于“集中”的社会问题，以纾解这种“大”带给人们的各种压力。

第三，信息与物理系统深度融合。利用移动智能终端与无线通信，可实现现实世界与虚拟世界之间的无障碍交流，从而使人与设备在时空上可分离，机器与机器之间可通信，不同地理位置的设施可集成，总之就是形成一种高效、节能、人性化的新型生产模式。

1.2 工业4.0的愿景要点

工业4.0带给人们这样一幅愿景，即在一个智能化、网络化的世界里，互联网（物联网）将深入到所有关键领域，实现万物互联，从而改变创造新价值的过程、重组产业链分工，最终使传统行业界线逐步消失，并产生各种新的合作模式与活动领域。

工业4.0的愿景要点包括以下几个方面：

第一，工业4.0将使生产过程更加灵活、有弹性；

第二，工业4.0将促进新型合作模式与商业模式的发展；

第三，工业4.0将给工作环境、工作方式带来全新的变化；

第四，工业4.0将推动新型信息物理系统平台的开发。

1.3 工业4.0的项目主题

工业4.0的项目主题包括以下三个方面：

第一，智能工厂。这是未来智能基础设施的关键组成部分，研究重点在于智能化生产系统及过程、网络化分布式生产设施的实现；

第二，智能生产。工业4.0的关键就是生产流程智能化，研究重点在于人机互动、3D打印等技术在整个工程生产过程中的应用；

第三，智能物流。这是充分发挥物流资源供应方的效率，使需求方能尽快获得服务匹配与物流支持，研究重点在于对互联网、物联网、物流网以及其他物流资源的整合。

2 计算机技术如何影响工业4.0

下面从工业4.0的三个项目主题出发，分别分析计算机技术对工业4.0的影响。

2.1 计算机技术是智能工厂的技术基础

智能工厂也叫数字化工厂，是工业4.0的载体，指基于产品全生命周期的相关数据，在计算机虚拟世界对整个生产过程进行仿真、评估以及优化，进而将其扩展至整个产品生命周期的新型生产组织模式。区别于传统工厂的是，智能工厂强调生产计划的数字化，大量使用计算机及各种辅助技术，如CIM、CAM以及CAD等。

CPS是工业4.0的核心，也就是说，传感器、微处理器、执行器、联网能力共同实现了工业4.0人、机、物的融合。而这些核心技术，任何一种都离不开计算机技术的支持，因此说计算机技术是智能工厂的技术基础。

2.2 计算机技术是智能生产的技术基础

智能生产，是指智能化的工业生产过程。在智能工厂到智能生产的实现过程中，工业4.0包含以下几个核心环节：

第一，万物互联。即利用CPS将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设备等联接成一个智能网络，建立工厂与设备、机器与机器、设备与产品、人与设备、用户与产品等之间的互联。

第二，集成控制。即利用CPS形成的智能网络，实现了横向、纵向以及端对端的高度集成。

第三，数据处理。即将生产数据、产品数据、管理数据、销售数据等多种数据整合在一起，从大数据中挖掘出有价值的信息。

第四，产品创新。即用技术创新推动产品创新，进而逐步推动模式创新、业态创新、组织创新等。

第五，企业转型。即传统工业企业与互联网企业、生产企业与服务企业的边界会日益模糊，产业逐步融合，传统工厂向工业4.0标准工厂转型。

应用于智能生产过程中的人机互动、3D打印等新型技术，也都脱胎于计算机技术，因此说计算机技术是智能生产的技术基础。

2.3 计算机技术是智能物流的技术基础

智能物流，是指基于互联网、物联网，将射频识别技术、人工智能技术、数据仓库与数据挖掘技术、卫星定位系统、定理信息系统等集成在一起，给物流系统以人的“智慧”，使其拥有自主学习、推理判断以及解决问题的能力。

智能物流符合现代物流网络化、实时化以及智能化的趋势，强调以客户为中心，实现了资源的优化配置，能够大幅降低物流成本。为使物流系统真正智能化，需要强调三个研究与发展的关键，即智能转运设备、智能周转箱单元以及智能物流管理系统。分析其中的核心技术，也都与计算机技术紧密相关，因此说计算机技术也是智能物流的技术基础。

综合以上分析，可知构成工业4.0的支柱技术领域包括CPS、云计算技术（将存储于本地的数据、应用程序或服务连接到物联网）、大数据分析技术（通过挖掘有价值的信息、机器学习等让工业生产实现智能化）、IT系统安全（工业4.0的保障机制）、增材制造/3D打印技术（新型工业生产技术）、增强现实（利用增强现实眼镜，实现远程调控或安装零配件等）、机器人（代替人类执行无法实现或难以实现的任务）等，而这些支柱技术的实现，都离不开计算机技术。因此可以说，计算机技术对工业4.0的影响体现在各个面面，是工业4.0整个技术领域的基础。