商務咨詢
繼蒸汽時代、電氣時代、信息時代三大工業革命之后，全球化分工使生產要素加速流動和配置，市場風向變化和產品個性化的需求對企業反應時間和柔性化能力提出前所未有的要求，全球進入空前的創新密集和產業變革時代。基于此，以物聯網和智能制造為主導的第四次工業革命悄然來襲。
工業自身的轉型需求之外，技術的成熟也極大推動了這一革新進程。基于數據互聯的云計算、大數據、社交媒體和虛擬化等物聯網技術極大的改變了人類的生活行為和商業運營方式。而今這一趨勢已從消費領域逐漸向工業領域蔓延。數據顯示，到2020年“萬物互聯”將實現19萬億美金價值，其中制造業占27%。以中國占全球25%的制造體量折算，這一市場價值逾1萬億美金。
基于此，全球主要工業國家都紛紛將本國的制造業轉型升級作為面向未來的一項高科技戰略工程。早在2011年漢諾威工業博覽會上，德國率先提出“工業4.0”的概念，之后美國也推出工業互聯網、互聯企業等類似概念。無論工業4.0還是工業互聯網，其主要特征都是智能和物聯，而主旨都在于將傳統工業生產與現代信息技術相結合，從而提高資源利用率和生產靈活性、增強客戶與商業伙伴緊密度并提升工業生產的商業價值。
4.0架構下的工業融合與智能
“工業4.0”是一個宏大的愿景，但又是一個簡單的概念：把大量的有關人、IT系統、自動化原件和機器的信息融入到虛擬網絡——實體物理系統（CPS）中，并利用產生的數據為企業服務，其本質即為“融合”。在制造系統中，工廠現場設備傳感和控制層的數據與企業信息系統融合，并傳到云端進行存儲、分析，形成決策并反過來指導、協同企業的生產和運營。
通過工業4.0可以建立一種人——技術互動的嶄新模式，即機器適應人的需求。具有多通道用戶界面的智能工業輔助系統，能將數字和模擬環境直接搬到生產車間。而未來工廠也將從局部的機器智能（如機器人）發展到全廠智能。屆時，嵌入式制造系統在工廠和企業之間的業務流程上實現縱向網絡連接，在分散的價值網絡上實現橫向連接，并可進行實時管理——從下訂單開始，直到外運物流。這一理念將零散的信息、通訊、虛擬等技術整合，通過數據可視化和共享互聯，打通企業的產品設計、研發、生產與客戶管理、供應鏈和能耗管理等系統，實現從底層控制級、中層產線級，到上層企業級的整體優化，最終幫助制造業實現更短的上市時間、更高的生產靈活性和資產利用率、更低的擁有成本和更可控的企業風險。
以4.0時代的能源行業為例，為了克服新能源的分散和不穩定等缺點，以智能電網為代表分布式的能源供應和消費技術或將成為未來能源產業的發展趨勢。虛擬發電廠、組合發電廠正在成為新的發電模式。這種新的“發電廠”將太陽能發電、風能發電、生物能發電以及天然氣發電幾種發電來源組合起來，形成一個虛擬發電站。未來的能源不僅是綠色能源，也是智能能源。今后，傳輸能量的智能電網和消耗能量的終端裝置將相互協調，最大限度地節約能量。同時，全國成百上千家電廠的數據匯總到云端進行統一管理和調度。由于發電和傳輸的精確可控，電力生產將可實現量入為出，最終實現電力在個人、公司、電廠之間的靈活雙向流通，這無疑將達到能源的最有效利用。
工業4.0的基礎是數字化、網絡化和集成化。與此相應的是，工業4.0時代的工業自動化，將在原有自動化技術和架構下，實現集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變，讓設備從傳感器到因特網的通訊能夠無縫對接，從而建立一個高度靈活的、個性化和數字化、融合了產品與服務的生產模式。在這種模式下，生產自動化技術可通過自我診斷、自我修正和各種功能軟件讓設備更加智能，以更好地輔助工人完成生產。因此要求自動化設備的通訊功能和集成能力更強，而自動化軟件則需具備更強大的分析處理及與企業其他軟件系統的數據共享能力。
在自動化層面，統一的控制平臺，順暢的通訊網絡是基礎。而要實現工業4.0，自動化在四個層面上將進一步拓展：
? 自動化系統內部的橫向連接。通過全集成自動化、集成架構等統一平臺將控制、驅動、低壓配電等系統深度集成，在單一的編程環境中為可擴展運動和機器控制提供集成的平臺。這種集成可減少需要儲存的備件數量，而控制平臺的開放性則可確保與第三方組件輕松集成。此外，在每臺機器上使用的可視化及信息軟件需實現標準化處理方式。
? 與下層現場傳感和數據采集層及上層企業管理系統的縱向連接。從機器運行和能源使用到變量處理和材料使用，在生產過程的每個環節中，控制器、傳感器及其它設備均會產生大量數據。來自生產車間的數據在幾年之內就會在數量上超過公司產生的業務數據。即便是現在，也有大量的此類數據正在通過現場的PLC進行分析。當務之急乃是將所有來自各工廠運行系統不斷劇增的數據與來自業務應用的信息相結合，從而打造運營智能，尤其是遠程維護解決方案和基于云技術的服務，以應對持續增加的圍繞數據分析的服務需求。如遠程狀態監測可以對個別部件的運動進行分析或對整個驅動鏈實施在線連續監測。
? 基于開放標準和統一協議的通訊網絡。若要充分利用智能化網絡技術的優勢，需要借助統一網絡基礎設施，來實現工廠內所有設備（包括企業級設備）彼此之間的相互通信。未來，網絡交換設備將得到更廣泛的利用。獨立IP的應用可以使產品和設備具備可識別的獨立身份、便于追蹤、定位和監測。此外，標準通訊可使更多的數字設備融入生產線網絡，如攝像機、RFID讀卡器、數字平板、安全磁卡等，以提高生產管理的精細化。
? 移動技術和虛擬化。目前在平板電腦或智能手機上訪問生產數據，信息和工廠員工已能夠實現“移動”并隨時隨地訪問應用程序。未來，很多情況下需要使用云技術處理和存儲來自各地的數據，又要在各地實時地使用這些數據。移動技術讓人變得機動靈活。人們可以隨時隨地與任何相關人事聯系，可以與全球同事交流分享經驗知識、解決業務問題。不管技術專家身在何處，呼叫中心代表都可以實時向其咨詢問題，而專家本人也可以隨地訪問世界上任意地點的設備服務歷史以及其它裝置的歷史，還能夠核對工廠更新和其它咨詢。例如，很多油井地處分散的偏遠地區，過去，技術人員需要奔波于各個油井之間將數據下載到閃存卡中，而現在則可以直接從云端下載數據，通過遠程監視設備和過程。他們可以實時生成報告，而不是按天或者按周。
虛擬化可以降低對物理服務器和其它硬件的依賴性，同時節約工廠的能源成本。虛擬化技術還可以改善機器的可靠性，打造低成本高可用性的備份解決方案，同時允許操作系統的多個實例在單一硬件上運行。最新的DCS系統已經應用虛擬化服務器實現更快的處理速度及降低生命周期成本。
現階段，每一項自動化技術都已投入使用，但大部分公司至今仍在單一地使用其中某一項技術。一旦公司理念趨于成熟，開始接受這些新技術，就能夠出現同時應用所有這些技術的局面。目前，控制層面，最新的PLC、變頻等產品都有標準的網絡通訊接口，現場設備通過傳感器數據采集和聯網傳輸即可實現診斷等智能功能；信息層面，各種數據庫軟件、制造執行系統（MES）、制造運行管理系統（MOM）、產品生命周期管理軟件（PLM）等，同企業資源規劃（ERP）解決方案連接起來，則實現數據到信息的轉換、輔助商業決策；分析運營層面：現有的云平臺也具備了遠程分析優化的基礎和經驗；安全層面：業界主流廠商都已與信息安全企業合作推出了實際方案。而未來的挑戰主要在于需要在生產工程、機械工程、工藝工程、自動化工程、IT和互聯網領域建立起一個共同認可的問題處理方式和標準。
中國智造如何彎道超車
中國的制造業近30年來發展迅速，但要從“制造大國”轉型為“制造強國”，在保持工業增長的同時完成轉型升級，將是一個很大的挑戰。當全球制造業在工業4.0、工業互聯網等新一代智能時代大潮下各自前行，中國制造業實際上正面臨著彎道超車的有利條件。雖然中國在傳統工業上與世界先進制造業還存在差距，但在信息通信技術方面卻有著更好的基礎。與此同時，中國工業的獨特優勢在于自動化部署相對較晚，最先進的技術和系統應用使其具備后發優勢；而國外企業在制造業回流潮之前的十年里基本在現在有資產的基礎上進行優化和提升。而且以德國為首的歐洲制造強國雖然在制造業方面有很強的優勢，但信息和互聯技術的應用推動相對較慢。
具體到各個行業，我們會發現中國工業4.0的需求雛形已經廣泛存在，如醫藥行業的嚴苛監管要求和生產環節的跟蹤追溯，食品飲料汽車等消費品行業客戶的需求多變、柔性生產要求的提高，能源領域數字礦山、數字油田對更多信息的獲取，重工業高價值資產的保護及事件防御等，都對工業4.0提出了需求。
當然，工業4.0并非一朝一夕可以實現，除了大環境的日臻成熟，更需要IT、通信、自動化、機械制造等產業參與者通力合作、打造生態鏈。在這種模式下，傳統的行業界限將消失，工業將變得更加人性化和個性化，這將是對存在百年的“標準化生產”、“流水線作業”、“格式化操作”的挑戰，屆時“工人”、“工廠”的定義都將被顛覆。
