工業(yè)4.0助力儀器儀表實現(xiàn)突圍
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工業(yè)4.0助力儀器儀表實現(xiàn)突圍
我國儀器儀表行業(yè)是一個高速、平穩(wěn)發(fā)展的行業(yè)，由于的重視和支持，近年來我國儀器儀表與測量控制取得了可喜的成績，獲得了較大的發(fā)展。但不可否認，即便是儀器儀表行業(yè)取得了突飛猛進的發(fā)展，但一樣存在很多問題。而德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的出現(xiàn)，似乎為我們展現(xiàn)了一幅全新的發(fā)展藍圖。德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略為我國兩化深度融合指明了發(fā)展路線，其將為儀器儀表等制造業(yè)實現(xiàn)解困突圍。
工業(yè)4.0的概念源于2011年德國漢諾威工業(yè)博覽會，其初衷是通過應用物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)提高德國制造業(yè)水平。在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的大力推動下，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部于2013年將工業(yè)4.0項目納入了《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》的十大未來項目中，計劃投入2億歐元資金，支持工業(yè)領域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。隨后，德國機械及制造商協(xié)會（VDMA）等設立了工業(yè)4.0平臺，德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會發(fā)表了德國個工業(yè)4.0標準化路線圖。
德國政府認為，盡管德國擁有強大的機械和裝備制造業(yè)，但對德國工業(yè)構(gòu)成了競爭威脅，美國也在通過各種計劃促進制造業(yè)發(fā)展，因此，制定工業(yè)4.0戰(zhàn)略的目的就是為了確保德國制造的未來。當前，正值我國大力推動兩化深度融合、促進工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關鍵時期，德國推行工業(yè)4.0戰(zhàn)略的理念、內(nèi)容和做法等諸多方面，都值得我們認真關注、學習并給出積回應。
工業(yè)4.0戰(zhàn)略愿景與要點
與美國流行的第三次工業(yè)革命的說法不同，德國將制造業(yè)領域技術(shù)的漸進性進步描述為工業(yè)革命的四個階段，即工業(yè)4.0的進化歷程。
工業(yè)1.018世紀60年代至19世紀中期，通過水力和蒸汽機實現(xiàn)的工廠機械化可稱為工業(yè)1.0.這次工業(yè)革命的結(jié)果是機械生產(chǎn)代替了手工勞動，經(jīng)濟社會從以農(nóng)業(yè)、手工業(yè)為基礎轉(zhuǎn)型到了以工業(yè)以及機械制造帶動經(jīng)濟發(fā)展的模式。
工業(yè)2.019世紀后半期至20世紀初，在勞動分工的基礎上采用電力驅(qū)動產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)可稱為工業(yè)2.0.這次工業(yè)革命，通過零部件生產(chǎn)與產(chǎn)品裝配的成功分離，了產(chǎn)品批量生產(chǎn)的新模式。
工業(yè)3.0始于20世紀70年代并一直延續(xù)到現(xiàn)在，電子與信息技術(shù)的廣泛應用，使得制造過程不斷實現(xiàn)自動化，可稱為工業(yè)3.0.自此，機器能夠逐步替代人類作業(yè)，不僅接管了相當比例的體力勞動，還接管了一些腦力勞動。
工業(yè)4.0德國學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認為，未來10年，基于信息物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem，CPS）的智能化，將使人類步入以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命。產(chǎn)品全生命周期和全制造流程的數(shù)字化以及基于信息通信技術(shù)的模塊集成，將形成一個高度靈活、個性化、數(shù)字化的產(chǎn)品與服務的生產(chǎn)模式。
工業(yè)4.0為我們展現(xiàn)了一幅全新的工業(yè)藍圖：在一個智能、網(wǎng)絡化的里，物聯(lián)網(wǎng)和務聯(lián)網(wǎng)（服務互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)）將滲透到所有的關鍵領域，創(chuàng)造新價值的過程逐步發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將重組，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的活動領域和合作形式。
先，工業(yè)4.0將使得工業(yè)生產(chǎn)過程更加靈活、堅強。這將使得動態(tài)的、適時優(yōu)化的和自我組織的價值鏈成為現(xiàn)實，并帶來諸如成本、可利用性和資源消耗等不同標準的優(yōu)化選擇。包括在制造領域的所有因素和資源間形成全新的循環(huán)網(wǎng)絡、智能產(chǎn)品獨特的可識別性、個性化產(chǎn)品定制以及高度靈活的工作環(huán)境等。
其次，工業(yè)4.0將發(fā)展出全新的商業(yè)模式和合作模式。這些模式將力爭確保潛在的商業(yè)利潤在整個價值鏈所有利益相關人之間公平地共享，包括那些新進入的利益相關人。同時，工業(yè)4.0網(wǎng)絡化制造、自我組織適應性強的物流和集成客戶的制造工程等特征，也使得它追求新的商業(yè)模式以率先滿足動態(tài)的商業(yè)網(wǎng)絡而非單個公司，這將引發(fā)一系列諸如融資、發(fā)展、可靠性、風險、責任和知識產(chǎn)權(quán)以及技術(shù)安全等問題。
再次，工業(yè)4.0將帶來工作方式和環(huán)境的全新變化。全新的協(xié)作工作方式使得工作可以脫離工廠，通過虛擬的、移動的方式開展。員工將擁有高度的管理權(quán)，可以更加積地投入和調(diào)節(jié)自己的工作。同時，隨著工作環(huán)境和工作方式的巨大改變，可以大幅度提升老年人和婦女的就業(yè)比例，確保人口結(jié)構(gòu)的變化不會影響當前的生活水平。
后，工業(yè)4.0將促進形成全新的信息物理系統(tǒng)平臺。全新的信息物理系統(tǒng)平臺能夠聯(lián)系到所有參與的人員、物體和系統(tǒng)，將提供、快捷、安全可靠的服務和應用業(yè)務流程，支持移動終端設備和業(yè)務網(wǎng)絡中的協(xié)同制造、服務、分析和預測流程等，如圖2所示。
德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的要點可以概括為：建設一個網(wǎng)絡、研究兩大主題、實現(xiàn)三項集成、實施八項計劃。
建設一個網(wǎng)絡：信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡。信息物理系統(tǒng)就是將物理設備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設備具有計算、通信、控制、遠程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡與現(xiàn)實物理的融合。CPS可以將資源、信息、物體以及人緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)及相關服務，并將生產(chǎn)工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€智能環(huán)境。這是實現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎。
研究兩大主題：智能工廠和智能生產(chǎn)。智能工廠是未來智能基礎設施的關鍵組成部分，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程以及網(wǎng)絡化分布生產(chǎn)設施的實現(xiàn)。智能生產(chǎn)的側(cè)重點在于將人機互動、智能物流管理、3D打印等技術(shù)應用于整個工業(yè)生產(chǎn)過程，從而形成高度靈活、個性化、網(wǎng)絡化的產(chǎn)業(yè)鏈。生產(chǎn)流程智能化是實現(xiàn)工業(yè)4.0的關鍵。
實現(xiàn)三項集成：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。工業(yè)4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設施通過CPS形成一個智能網(wǎng)絡，使人與人、人與機器、機器與機器以及服務與服務之間能夠互聯(lián)，從而實現(xiàn)橫向、縱向和端對端的高度集成。橫向集成是企業(yè)之間通過價值鏈以及信息網(wǎng)絡所實現(xiàn)的一種資源整合，是為了實現(xiàn)各企業(yè)間的無縫合作，提供實時產(chǎn)品與服務；縱向集成是基于未來智能工廠中網(wǎng)絡化的制造體系，實現(xiàn)個性化定制生產(chǎn)，替代傳統(tǒng)的固定式生產(chǎn)流程（如生產(chǎn)流水線）；端對端集成是指貫穿整個價值鏈的工程化數(shù)字集成，是在所有終端數(shù)字化的前提下實現(xiàn)的基于價值鏈與不同公司之間的一種整合，這將大限度地實現(xiàn)個性化定制。
實施八項計劃：工業(yè)4.0得以實現(xiàn)的基本保障。一是標準化和參考架構(gòu)。需要開發(fā)出一套單一的共同標準，不同公司間的網(wǎng)絡連接和集成才會成為可能。二是管理復雜系統(tǒng)。適當?shù)挠媱澓徒忉屝阅Ｐ涂梢詾楣芾砣遮厪碗s的產(chǎn)品和制造系統(tǒng)提供基礎。三是一套綜合的工業(yè)寬帶基礎設施?？煽俊?、高品質(zhì)的通信網(wǎng)絡是工業(yè)4.0的一個關鍵要求。四是安全和保障。在確保生產(chǎn)設施和產(chǎn)品本身不能對人和環(huán)境構(gòu)成威脅的同時，要防止生產(chǎn)設施和產(chǎn)品濫用及未經(jīng)授權(quán)的獲取。五是工作的組織和設計。隨著工作內(nèi)容、流程和環(huán)境的變化，對管理工作提出了新的要求。六是培訓和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展。有必要通過建立終身學習和持續(xù)職業(yè)發(fā)展計劃，幫助工人應對來自工作和技能的新要求。七是監(jiān)管框架。創(chuàng)新帶來的諸如企業(yè)數(shù)據(jù)、責任、個人數(shù)據(jù)以及貿(mào)易限制等新問題，需要包括準則、示范合同、協(xié)議、審計等適當手段加以監(jiān)管。八是資源利用效率。需要考慮和權(quán)衡在原材料和能源上的大量消耗給環(huán)境和安全供應帶來的諸多風險。
總的來看，工業(yè)4.0戰(zhàn)略的核心就是通過CPS網(wǎng)絡實現(xiàn)人、設備與產(chǎn)品的實時連通、相互識別和有效交流，從而構(gòu)建一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的智能制造模式。在這種模式下，生產(chǎn)由集中向分散轉(zhuǎn)變，規(guī)模效應不再是工業(yè)生產(chǎn)的關鍵因素；產(chǎn)品由趨同向個性的轉(zhuǎn)變，未來產(chǎn)品都將完全按照個人意愿進行生產(chǎn)，端情況下將成為自動化、個性化的單件制造；用戶由部分參與向全程參與轉(zhuǎn)變，用戶不僅出現(xiàn)在生產(chǎn)流程的兩端，而且廣泛、實時參與生產(chǎn)和價值創(chuàng)造的全過程。
北京百思佳特公司是高科技分析系統(tǒng)集成商。公司大量生產(chǎn)和引進外各種的在線儀器儀表及系統(tǒng)、設備與材料，為各行業(yè)用戶提供了大量的產(chǎn)品和服務，尤其在石油、化工、環(huán)保、電子、冶金、機械、光學、通訊、科技教學、醫(yī)療衛(wèi)生等領域，與眾多專業(yè)廠家有密切合作關系。
北京百思佳特公司主營行業(yè)：儀器儀表/實驗設備/礦用設備/石油產(chǎn)品/教學儀器/醫(yī)療器械
我國儀器儀表行業(yè)是一個高速、平穩(wěn)發(fā)展的行業(yè)，由于的重視和支持，近年來我國儀器儀表與測量控制取得了可喜的成績，獲得了較大的發(fā)展。但不可否認，即便是儀器儀表行業(yè)取得了突飛猛進的發(fā)展，但一樣存在很多問題。而德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的出現(xiàn)，似乎為我們展現(xiàn)了一幅全新的發(fā)展藍圖。德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略為我國兩化深度融合指明了發(fā)展路線，其將為儀器儀表等制造業(yè)實現(xiàn)解困突圍。
工業(yè)4.0的概念源于2011年德國漢諾威工業(yè)博覽會，其初衷是通過應用物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)提高德國制造業(yè)水平。在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的大力推動下，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部于2013年將工業(yè)4.0項目納入了《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》的十大未來項目中，計劃投入2億歐元資金，支持工業(yè)領域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。隨后，德國機械及制造商協(xié)會（VDMA）等設立了工業(yè)4.0平臺，德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會發(fā)表了德國個工業(yè)4.0標準化路線圖。
德國政府認為，盡管德國擁有強大的機械和裝備制造業(yè)，但對德國工業(yè)構(gòu)成了競爭威脅，美國也在通過各種計劃促進制造業(yè)發(fā)展，因此，制定工業(yè)4.0戰(zhàn)略的目的就是為了確保德國制造的未來。當前，正值我國大力推動兩化深度融合、促進工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關鍵時期，德國推行工業(yè)4.0戰(zhàn)略的理念、內(nèi)容和做法等諸多方面，都值得我們認真關注、學習并給出積回應。
工業(yè)4.0戰(zhàn)略愿景與要點
與美國流行的第三次工業(yè)革命的說法不同，德國將制造業(yè)領域技術(shù)的漸進性進步描述為工業(yè)革命的四個階段，即工業(yè)4.0的進化歷程。
工業(yè)1.018世紀60年代至19世紀中期，通過水力和蒸汽機實現(xiàn)的工廠機械化可稱為工業(yè)1.0.這次工業(yè)革命的結(jié)果是機械生產(chǎn)代替了手工勞動，經(jīng)濟社會從以農(nóng)業(yè)、手工業(yè)為基礎轉(zhuǎn)型到了以工業(yè)以及機械制造帶動經(jīng)濟發(fā)展的模式。
工業(yè)2.019世紀后半期至20世紀初，在勞動分工的基礎上采用電力驅(qū)動產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)可稱為工業(yè)2.0.這次工業(yè)革命，通過零部件生產(chǎn)與產(chǎn)品裝配的成功分離，了產(chǎn)品批量生產(chǎn)的新模式。
工業(yè)3.0始于20世紀70年代并一直延續(xù)到現(xiàn)在，電子與信息技術(shù)的廣泛應用，使得制造過程不斷實現(xiàn)自動化，可稱為工業(yè)3.0.自此，機器能夠逐步替代人類作業(yè)，不僅接管了相當比例的體力勞動，還接管了一些腦力勞動。
工業(yè)4.0德國學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認為，未來10年，基于信息物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem，CPS）的智能化，將使人類步入以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命。產(chǎn)品全生命周期和全制造流程的數(shù)字化以及基于信息通信技術(shù)的模塊集成，將形成一個高度靈活、個性化、數(shù)字化的產(chǎn)品與服務的生產(chǎn)模式。
工業(yè)4.0為我們展現(xiàn)了一幅全新的工業(yè)藍圖：在一個智能、網(wǎng)絡化的里，物聯(lián)網(wǎng)和務聯(lián)網(wǎng)（服務互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)）將滲透到所有的關鍵領域，創(chuàng)造新價值的過程逐步發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將重組，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的活動領域和合作形式。
先，工業(yè)4.0將使得工業(yè)生產(chǎn)過程更加靈活、堅強。這將使得動態(tài)的、適時優(yōu)化的和自我組織的價值鏈成為現(xiàn)實，并帶來諸如成本、可利用性和資源消耗等不同標準的優(yōu)化選擇。包括在制造領域的所有因素和資源間形成全新的循環(huán)網(wǎng)絡、智能產(chǎn)品獨特的可識別性、個性化產(chǎn)品定制以及高度靈活的工作環(huán)境等。
其次，工業(yè)4.0將發(fā)展出全新的商業(yè)模式和合作模式。這些模式將力爭確保潛在的商業(yè)利潤在整個價值鏈所有利益相關人之間公平地共享，包括那些新進入的利益相關人。同時，工業(yè)4.0網(wǎng)絡化制造、自我組織適應性強的物流和集成客戶的制造工程等特征，也使得它追求新的商業(yè)模式以率先滿足動態(tài)的商業(yè)網(wǎng)絡而非單個公司，這將引發(fā)一系列諸如融資、發(fā)展、可靠性、風險、責任和知識產(chǎn)權(quán)以及技術(shù)安全等問題。
再次，工業(yè)4.0將帶來工作方式和環(huán)境的全新變化。全新的協(xié)作工作方式使得工作可以脫離工廠，通過虛擬的、移動的方式開展。員工將擁有高度的管理權(quán)，可以更加積地投入和調(diào)節(jié)自己的工作。同時，隨著工作環(huán)境和工作方式的巨大改變，可以大幅度提升老年人和婦女的就業(yè)比例，確保人口結(jié)構(gòu)的變化不會影響當前的生活水平。
后，工業(yè)4.0將促進形成全新的信息物理系統(tǒng)平臺。全新的信息物理系統(tǒng)平臺能夠聯(lián)系到所有參與的人員、物體和系統(tǒng)，將提供、快捷、安全可靠的服務和應用業(yè)務流程，支持移動終端設備和業(yè)務網(wǎng)絡中的協(xié)同制造、服務、分析和預測流程等，如圖2所示。
德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的要點可以概括為：建設一個網(wǎng)絡、研究兩大主題、實現(xiàn)三項集成、實施八項計劃。
建設一個網(wǎng)絡：信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡。信息物理系統(tǒng)就是將物理設備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設備具有計算、通信、控制、遠程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡與現(xiàn)實物理的融合。CPS可以將資源、信息、物體以及人緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)及相關服務，并將生產(chǎn)工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€智能環(huán)境。這是實現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎。
研究兩大主題：智能工廠和智能生產(chǎn)。智能工廠是未來智能基礎設施的關鍵組成部分，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程以及網(wǎng)絡化分布生產(chǎn)設施的實現(xiàn)。智能生產(chǎn)的側(cè)重點在于將人機互動、智能物流管理、3D打印等技術(shù)應用于整個工業(yè)生產(chǎn)過程，從而形成高度靈活、個性化、網(wǎng)絡化的產(chǎn)業(yè)鏈。生產(chǎn)流程智能化是實現(xiàn)工業(yè)4.0的關鍵。
實現(xiàn)三項集成：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。工業(yè)4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設施通過CPS形成一個智能網(wǎng)絡，使人與人、人與機器、機器與機器以及服務與服務之間能夠互聯(lián)，從而實現(xiàn)橫向、縱向和端對端的高度集成。橫向集成是企業(yè)之間通過價值鏈以及信息網(wǎng)絡所實現(xiàn)的一種資源整合，是為了實現(xiàn)各企業(yè)間的無縫合作，提供實時產(chǎn)品與服務；縱向集成是基于未來智能工廠中網(wǎng)絡化的制造體系，實現(xiàn)個性化定制生產(chǎn)，替代傳統(tǒng)的固定式生產(chǎn)流程（如生產(chǎn)流水線）；端對端集成是指貫穿整個價值鏈的工程化數(shù)字集成，是在所有終端數(shù)字化的前提下實現(xiàn)的基于價值鏈與不同公司之間的一種整合，這將大限度地實現(xiàn)個性化定制。
實施八項計劃：工業(yè)4.0得以實現(xiàn)的基本保障。一是標準化和參考架構(gòu)。需要開發(fā)出一套單一的共同標準，不同公司間的網(wǎng)絡連接和集成才會成為可能。二是管理復雜系統(tǒng)。適當?shù)挠媱澓徒忉屝阅Ｐ涂梢詾楣芾砣遮厪碗s的產(chǎn)品和制造系統(tǒng)提供基礎。三是一套綜合的工業(yè)寬帶基礎設施?？煽俊?、高品質(zhì)的通信網(wǎng)絡是工業(yè)4.0的一個關鍵要求。四是安全和保障。在確保生產(chǎn)設施和產(chǎn)品本身不能對人和環(huán)境構(gòu)成威脅的同時，要防止生產(chǎn)設施和產(chǎn)品濫用及未經(jīng)授權(quán)的獲取。五是工作的組織和設計。隨著工作內(nèi)容、流程和環(huán)境的變化，對管理工作提出了新的要求。六是培訓和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展。有必要通過建立終身學習和持續(xù)職業(yè)發(fā)展計劃，幫助工人應對來自工作和技能的新要求。七是監(jiān)管框架。創(chuàng)新帶來的諸如企業(yè)數(shù)據(jù)、責任、個人數(shù)據(jù)以及貿(mào)易限制等新問題，需要包括準則、示范合同、協(xié)議、審計等適當手段加以監(jiān)管。八是資源利用效率。需要考慮和權(quán)衡在原材料和能源上的大量消耗給環(huán)境和安全供應帶來的諸多風險。
總的來看，工業(yè)4.0戰(zhàn)略的核心就是通過CPS網(wǎng)絡實現(xiàn)人、設備與產(chǎn)品的實時連通、相互識別和有效交流，從而構(gòu)建一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的智能制造模式。在這種模式下，生產(chǎn)由集中向分散轉(zhuǎn)變，規(guī)模效應不再是工業(yè)生產(chǎn)的關鍵因素；產(chǎn)品由趨同向個性的轉(zhuǎn)變，未來產(chǎn)品都將完全按照個人意愿進行生產(chǎn)，端情況下將成為自動化、個性化的單件制造；用戶由部分參與向全程參與轉(zhuǎn)變，用戶不僅出現(xiàn)在生產(chǎn)流程的兩端，而且廣泛、實時參與生產(chǎn)和價值創(chuàng)造的全過程。
北京百思佳特公司是高科技分析系統(tǒng)集成商。公司大量生產(chǎn)和引進外各種的在線儀器儀表及系統(tǒng)、設備與材料，為各行業(yè)用戶提供了大量的產(chǎn)品和服務，尤其在石油、化工、環(huán)保、電子、冶金、機械、光學、通訊、科技教學、醫(yī)療衛(wèi)生等領域，與眾多專業(yè)廠家有密切合作關系。
北京百思佳特公司主營行業(yè)：儀器儀表/實驗設備/礦用設備/石油產(chǎn)品/教學儀器/醫(yī)療器械
