序言

    工業(yè)4.0是物聯(lián)網(wǎng)中的生產(chǎn)，并將整個價值鏈網(wǎng)絡(luò)化。這意味著它將機器，產(chǎn)品，人員和系統(tǒng)連接在一起，從而實現(xiàn)很大程度上自動化的流程。公司可以在智能工廠模式下更高效，靈活，低成本地生產(chǎn)商品。但是，這也改變了對勞動力市場的要求：消除了日常工作，為新的和要求更高的活動騰出了空間，人將繼續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，企業(yè)面臨許多挑戰(zhàn)，例如：如何使較舊的計算機成為具有Web功能且可以防止黑客入侵的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)？

    機器人在工廠車間內(nèi)自主移動，將生產(chǎn)物料從A運送到B，產(chǎn)品與機器通信并自行啟動下一個制造步驟。當設(shè)備確定需要維修時，它們會自動通知技術(shù)人員。這就是智能工廠！

    第四次工業(yè)革命（或簡稱工業(yè)4.0）已經(jīng)開始。緊隨蒸汽機，傳送帶，電子設(shè)備和IT其后的是智能互聯(lián)系統(tǒng)。它們從根本上改變了我們的生產(chǎn)生活方式。將來，將有可能使整個價值鏈中的大多數(shù)流程自動化。機器將能夠彼此通信并自行做出決定。他們將使用傳感器（它們的感覺器官）來收集數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)過濾，然后再傳遞到平臺上。平臺就像是大腦-將機器數(shù)據(jù)與其他來源（例如企業(yè)資源計劃（ERP）應(yīng)用程序或環(huán)境）中的信息匯集在一起的地方，對數(shù)據(jù)進行分析以從而得出行動指令。

    一、工業(yè)4.0場景和案例

    到現(xiàn)在為止，大多數(shù)公司已經(jīng)使用工業(yè)4.0技術(shù)來使其生產(chǎn)操作更快，更便宜或減少廢品。他們可以通過分析機器數(shù)據(jù)來識別錯誤源。例如：一家歐洲飛機制造商面臨著一個問題，即為什么在漢堡工廠組裝機翼時會出現(xiàn)如此大的偏差。答案是驚人的：問題總是在潮水落下時發(fā)生。制造商通過使用大數(shù)據(jù)分析將機器數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，發(fā)現(xiàn)了這一點。然后，它能夠相應(yīng)地調(diào)整其產(chǎn)量。

    許多企業(yè)還使用預(yù)測性維護。他們不斷分析機器數(shù)據(jù)并將其與過去的模式進行比較。這樣一來，他們就可以確定通常會出現(xiàn)問題的條件，并在造成昂貴的停機時間之前進行維修工作。比如：巴斯夫工廠，巴斯夫開發(fā)了一種預(yù)警系統(tǒng)，可以更好地計劃生產(chǎn)，泵，發(fā)動機和熱交換器的維護計劃。它可以分析實時和歷史數(shù)據(jù)，從而可以預(yù)測何時需要維護工作。但是，智能工廠的原理不僅可以在本地應(yīng)用，而且可以連接世界各地不同位置的機器來創(chuàng)建一個巨大的虛擬工廠。例如，在英飛凌，亞洲的工廠將其測試結(jié)果直接傳送到德累斯頓的工廠。

    1、汽車行業(yè)的工業(yè)4.0

    汽車行業(yè)也已經(jīng)成功地使用了工業(yè)4.0。例如，戴姆勒（Daimler）評估機器數(shù)據(jù)以提高汽缸蓋生產(chǎn)的質(zhì)量。因此，負責人可以在制造過程的早期階段檢測出偏差和不規(guī)則之處，并迅速采取行動。結(jié)果，它們降低了錯誤率，并使生產(chǎn)過程更具成本效益。大眾汽車正在追求另一種令人振奮的方法：在一個工業(yè)4.0項目中，它使用RFID（射頻識別）技術(shù)來更快地從測試車輛中的組件中捕獲數(shù)據(jù)。供應(yīng)商已經(jīng)在組件上安裝了RFID芯片。在對車輛進行測試時，工程師可以毫不費力地確定已安裝的原型零件，并顯示開發(fā)所需的詳細信息。

    2、物流行業(yè)4.0

    在物流領(lǐng)域，工業(yè)4.0技術(shù)可幫助優(yōu)化運輸路線，完美利用存儲容量并預(yù)先計劃。漢堡港就是一個這樣的例子。每年有1.4億噸貨物被轉(zhuǎn)運，到2030年這個數(shù)字很可能會翻一番。但是，港口沒有足夠的空間。因此，漢堡港務(wù)局面臨著更快地轉(zhuǎn)移集裝箱的挑戰(zhàn)。

    在工業(yè)4.0項目中，人員，卡車，集裝箱，輪船，起重機和交通管理系統(tǒng)相互連接。它們彼此通信并提供與業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)。結(jié)果：卡車更快地到達目的地，駕駛員知道他們可以在何處更快地卸下貨物。船長可以提前計劃行程。所有這些都簡化了流程，使?jié)h堡港可以更迅速地轉(zhuǎn)運貨物。

    二、連接生產(chǎn)不是一種選擇，而是必須的

    工業(yè)4.0并不意味著從技術(shù)上可行的事情中獲得最大的收益。相反，由于激烈的國際競爭，企業(yè)必須完全數(shù)字化其生產(chǎn)才能在市場上生存。因此，優(yōu)化流程和削減成本成為最高準則。智能，互聯(lián)的系統(tǒng)還使公司能夠盈利地生產(chǎn)滿足客戶個人需求的小批量產(chǎn)品。這使他們有機會從以大宗產(chǎn)品給市場施加壓力的低價供應(yīng)商中脫穎而出。

    人口變化也使優(yōu)化生產(chǎn)成為必要。我們的社會正在老齡化，而就業(yè)人數(shù)卻在下降。移民也無法抵消這一趨勢。根據(jù)德國聯(lián)邦統(tǒng)計局的計算，到2040年，德國67歲及以上的人口將增長42％，至少達到2150萬。但是，預(yù)計20至60歲的人數(shù)將減少11到25％，具體取決于移民率。因此，專家們一致認為：如果我們要保持繁榮，就必須使工作環(huán)境更加高效，并更好地部署現(xiàn)有的勞動力。

    三、工業(yè)4.0將對工作產(chǎn)生什么影響

    但是，當機器接管越來越多的任務(wù)時，人會發(fā)生什么呢？許多員工擔心他們的工作。“一半的員工肯定會受到數(shù)字化的影響。但是，我們看不到工作機會的凈損失。”比如：英飛凌在德累斯頓的半導(dǎo)體生產(chǎn)業(yè)務(wù)，該公司在200毫米和300毫米晶圓上生產(chǎn)芯片。300毫米生產(chǎn)線從一開始就設(shè)計用于全自動生產(chǎn)，而較老的200毫米生產(chǎn)線在過去幾年中已逐步實現(xiàn)自動化并在更大程度上進行了連接。

    現(xiàn)在，它的自動化程度約為90％。因此，自1990年代中期成立以來，該公司已將其生產(chǎn)率提高了70％。同時，在過去十年中，員工人數(shù)一直保持在2,000人左右。數(shù)字化和連接性保留了德累斯頓工廠的競爭力，確保了增長，并為確保該廠的長期未來做出了重要貢獻。

    波士頓咨詢集團（BostonConsultingGroup）的一項研究也得出了樂觀的預(yù)測：工業(yè)4.0將每年為德國的國內(nèi)生產(chǎn)總值貢獻1％，并在2025年之前創(chuàng)造約390,000個新就業(yè)機會。這意味著將來對更復(fù)雜的任務(wù)會有更多的需求，特別是在IT，數(shù)據(jù)分析和維護領(lǐng)域。簡單的重復(fù)的任務(wù)將主要減少。當然，人們也沒必要為自己的損失悲傷。畢竟，讓機器人在沉重的箱子周圍徘徊意味著保護人類工人的健康，而人類也將有更多時間傾向于更具挑戰(zhàn)性的事情。

    這種趨勢意味著員工必須愿意繼續(xù)發(fā)展和深造自己的技能。

    四、工業(yè)4.0中的安全

    鑒于每個連接的設(shè)備都為黑客提供了新的攻擊目標，這是一個合理的假設(shè)。只要將生產(chǎn)機器與IT分開，將它們與外界隔離相對容易。但是，在工業(yè)4.0的互聯(lián)世界中，有許多潛在的滲透手段。網(wǎng)絡(luò)罪犯可以控制生產(chǎn)工廠，操縱機器或進行工業(yè)間諜活動。比如：2017年5月，加密蠕蟲Wannacry感染了英國國家衛(wèi)生局的計算機，法國的汽車制造商雷諾（Renault）和德意志鐵路（DeutscheBahn）等。該惡意軟件對系統(tǒng)進行了加密，從而使它們暫時癱瘓。黑客們想以此來勒索贖金。

    為了保護自己，公司必須從工業(yè)4.0項目的一開始就考慮安全性。這包括使系統(tǒng)保持最新狀態(tài)并安裝安全更新?；谲浖陀布陌踩鉀Q方案的組合也可以確保所連接的機器和通信節(jié)點受到保護。例如OPTIGATPM芯片，它們可以內(nèi)置在路由器，工業(yè)PC或復(fù)雜的控制單元中，并由通信合作伙伴用作驗證網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備身份的一種方式。因此，它們可以在網(wǎng)絡(luò)中進行身份驗證并保護數(shù)據(jù)傳輸。

    五、使舊機器適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)

    除安全性外，企業(yè)在其工業(yè)4.0項目中面臨的一個基本挑戰(zhàn)是：如何使他們的機器支持Internet？盡管供應(yīng)商已經(jīng)在提供帶有集成物聯(lián)網(wǎng)模塊的新設(shè)備，但是很少有工廠是在綠色領(lǐng)域從頭開始建造的。他們的生產(chǎn)線隨著時間的推移而發(fā)展，包含不同年齡的機器。這種設(shè)備很昂貴，不能一時更換。

    為了使這些較舊的機器適合工業(yè)4.0，必須對它們進行升級，以配備傳感器，軟件和具有IoT功能的工業(yè)控制器。市場為此提供了改造解決方案。例如，博世力士樂（BoschRexroth）的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（IoTGateway）甚至可以制造出1887年可上網(wǎng)的踏板操作車床。傳感器監(jiān)視車床的速度并將此數(shù)據(jù)傳輸?shù)街薪樵O(shè)備IoT網(wǎng)關(guān)，該設(shè)備又與公司的其他系統(tǒng)連接。車床的操作人員可以在監(jiān)視器上實時查看傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，從而知道是加快還是慢速踩踏以保持理想速度。

    六、綜述

    第四次工業(yè)革命（工業(yè)4.0）代表了工業(yè)生產(chǎn)過程的全面數(shù)字化。換句話說，商品的機械生產(chǎn)正與數(shù)字信息和通信技術(shù)越來越緊密地聯(lián)系在一起，可以協(xié)調(diào)人員和機器完成工作以及相關(guān)的物流活動，以確保不僅優(yōu)化一個生產(chǎn)步驟，而且可以優(yōu)化整個價值鏈。

    七、工業(yè)4.0中常見的問題

    1、什么是工業(yè)4.0

    工業(yè)4.0是生產(chǎn)中的物聯(lián)網(wǎng)，連接整個價值鏈。這就是為什么工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)這個術(shù)語也會被用到。智能機器相互交換信息并進行自我組織。整個價值鏈的流程是相互連接的，并且可以實現(xiàn)自動化。這使得生產(chǎn)作為一個整體更加高效和敏捷。因此，工業(yè)4.0這個術(shù)語是第四次工業(yè)革命的簡稱。

    2、德國工業(yè)4.0現(xiàn)狀

    目前，約有五分之一的德國企業(yè)已經(jīng)實施了最初的工業(yè)4.0項目。領(lǐng)先的是擁有超過1000萬歐元IT預(yù)算的大公司。半導(dǎo)體行業(yè)尤其活躍。木材和家具行業(yè)以及機械工程已經(jīng)開始依靠工業(yè)4.0項目。(來源:《工業(yè)4.0——德國的現(xiàn)狀》)

    3、工業(yè)革命的四個階段

    工業(yè)革命的第一階段始于1784年機械化織布機的發(fā)明。機械生產(chǎn)廠是由蒸汽動力驅(qū)動的。第二階段是在19世紀末開始的，用電力來驅(qū)動機器。1870年，辛辛那提屠宰場的第一條傳送帶使勞動分工成為可能。第三階段是在1970年代開始在生產(chǎn)中使用通信科技和電子產(chǎn)品。1969年出現(xiàn)了第一個可編程邏輯控制器(PLC)，使進一步的自動化成為可能。我們現(xiàn)在正處于第四次工業(yè)革命的開端，在這個過程中，互聯(lián)的智能系統(tǒng)在智能工廠中相互作用。

    4、工業(yè)4.0出現(xiàn)了多長時間

    這個詞最早出現(xiàn)在2011年漢諾威貿(mào)易博覽會上。工業(yè)協(xié)會、他們的成員公司、德國聯(lián)邦教育和研究部(BMBF)、經(jīng)濟事務(wù)和能源部(BMWi)聯(lián)合起來推動第四次工業(yè)革命向前發(fā)展。2013年4月，他們創(chuàng)建了支持企業(yè)數(shù)字化的工業(yè)4.0平臺。

    5、工業(yè)4.0的機遇和風險

    工業(yè)4.0使企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)運營，具有國際競爭力。數(shù)據(jù)分析使所有流程步驟都變得透明。制造業(yè)變得更自動化，更靈活，更便宜。公司還可以高效地根據(jù)個人需求生產(chǎn)小批量產(chǎn)品。與此同時，工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)需要高水平的安全性，因為每一個連接設(shè)備都為黑客創(chuàng)造了一種新的潛在滲透手段。

    6、什么是邊緣計算

    工業(yè)4.0項目中產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，必須進行分析-理想情況下是實時的。然而，將其全部轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)中心會花費時間，金錢和大量存儲空間。這就是為什么許多公司分析數(shù)據(jù)起源于連接系統(tǒng)附近（即“邊緣”）的原因。在此過程中，不重要的信息將立即刪除，僅將相關(guān)數(shù)據(jù)饋送到數(shù)據(jù)中心。例如傳送帶一旦溫度過高而停止運行，則“正常溫度”信息并不重要。僅當傳感器測量偏差時，才需要分析此類數(shù)據(jù)。

    7、什么是M2M通訊

    工業(yè)4.0的一項重要要求是機器必須能夠共享信息。但是，僅當設(shè)備使用相同的語言時，才可能進行這種機器對機器通信（M2M）。這不是那么容易，因為在通信傳感器數(shù)據(jù)時使用了許多不同的協(xié)議。專家們正在努力定義統(tǒng)一的標準。OPCUA和MQTT協(xié)議已在歐洲廣泛建立，在美國已建立DDS。