本期導讀：

工業4.0相關資訊

工業4.0時代到來

工業4.0時代:智慧工業的信息化改造

※動態資訊※

2014年12月22日，全國工業和信息化工作會議在京召開。會議指出，智能制造將成為兩化融合的主攻方向，實現兩個IT(Industry Technology & Information Technology)融合和倍增發展，以工業互聯網和自主可控的軟硬件產品為重要支撐，加快生產型制造向服務型制造轉變。預計2015年地方將密集出臺一批智慧工業、兩化融合等相關配套方案，全國將掀起智能制造應用推廣的熱潮。

※主題解析※

工業4.0時代到來

十八世紀末期以來，前三次工業革命的發生徹底改變了人類的生產生活方式，它們分別源于機械化技術、電力技術和信息技術。如今，將物聯網及服務引入制造業正迎來第四次工業革命。“工業4.0”概念是在2011年德國漢諾威工博會被首次提出，2014年11月10 日，中德雙方發表《中德合作行動綱要：共塑創新》，宣布兩國開展“工業4.0”合作。兩國政府將為雙方提供更為有利的框架條件和政策支持，中德合作無疑將為“中國版工業4.0”注入外部動力。

工業4.0的兩大主題是智慧工廠與智能制造，工業4.0的核心內容是依靠CPS（信息物理系統）而構建的一張智慧工業網絡系統，打通所有生產環節的數據壁壘，即是運用大量物聯網傳感技術、基于大量數據、模型及算法結合而成的產物。以新一代信息技術為核心的信息化技術應用，不斷推動傳統制造業生產方式的變革，使柔性制造、網絡制造、綠色制造、智能制造成為新的發展方向。信息技術正在向制造業各個環節滲透，創造了新的服務、生產體系和發展模式。

※主題觀點※

工業4.0時代，智慧工業的信息化改造

中國已成為世界制造大國，在全球制造業占比約20%，與美國相當。從全球制造業發展形勢來看，歐美發達國家在技術上始終處于領先，搶占制造業高端市場。而印度、印尼等發展中國家正以更低的勞動力成本承接全球的勞動密集型產業，占據了制造業的中低端部分的市場份額。我國低成本競爭優勢明顯削弱，注重數量擴張的傳統發展模式已不可持續，并且同時存在著工業產品結構性短缺問題，自主創新能力不強，在高端裝備、核心芯片等方面仍需要大量進口，傳統制造業面臨轉型升級，創新驅動的迫切需求。

一、工業4.0發展新趨勢

1、服務型制造轉型態勢明顯

傳統制造業是以產品為企業核心，屬于生產型制造業，而現在制造業正逐漸向服務型制造業轉變，以生產+服務或者以服務為企業核心。中國為世界輸出了大量的工業產品，面對激烈的全球競爭格局，產品只能成為解決問題的一種手段，并且處于價值鏈低端。越來越多的傳統設備制造商向行業服務集成商轉變，基于原有的產品基礎，提供更具價值的智能服務，從而增加產業鏈價值。

IBM作為百年IT企業，可謂是轉型為服務型制造商中最成功的案例，早在1993時，IBM就面臨了業績下滑、連年虧損、互聯網泡沫等一系列危機，IBM通過實現二次重大戰略轉變，提出電子商務戰略理念，將自己定位為綜合服務提供商，創造了“隨需應變”的新服務模式，從容應對企業危機，并在2008年前瞻性的提出“智慧星球”概念，引領科技進步。

2、工業互聯網開始萌芽

工業互聯網是實現智能制造的必備基礎，它的概念就是把機器聯入網絡，數據來自安裝在機器上的傳感器，傳送到云端進行存儲、分析與決策，從而為企業服務。過去互聯網的數據是由人產生，而物聯網的數據是由傳感器產生，物聯網的普及推廣很重要的因素是降低人的成本，而工業互聯網更是信息技術與運營管理技術的結合。我們現在面臨的人力成本越來越高，而未來更低成本的傳感器、數據存儲設備以及更先進的分析工具將推動工業互聯網的普及。未來許多東西將被重新定義，數據在云端，服務是可云的，工人也是可云的。

二、智慧工業信息化改造領域分類

智慧工業中對于現代信息技術的運用十分廣泛。以物聯網、云計算、高端軟件為代表的新一代信息技術的應用，通過云端平臺的打造，將人與人之間、物與物之間、應用系統之間、供應鏈之間進行互通聯系，實現人、設備、環境、數據的互動。使得在生產制造過程中獲取數據更便捷，數據處理更加快速，實現了生產系統、企業管理系統、對外服務系統的智能分析與決策優化。

我們按照工業生產流程中的全智能化應用，將智慧工業的信息化改造領域進行總結分類，共分為五大類。

圖1：智慧工業應用領域分類

1、智能化物資管理

智能化物資管理是通過信息化管理技術，建立科學有效的信息化網絡，在物資管理的采購、驗收、入庫、運輸以及調度管理環節實現高效、智能管理，達到“全面感知、自動控制、優化決策、預測分析”效果。具體表現在過程管理流程化、全程管理信息化、事件管理精準化、實物管理電子化、身份管理關系化。

智能化物資管理主要服務于大宗物資領域，包括原油、有色金屬、農產品、鐵礦石、煤炭行業等。大致分為能源商品、基礎原材料和農副產品三大類別。由于面向的領域相對較窄，且這些大宗物資企業的內部管理專用系統已經包括物資管理，市場需求非常小，目前也并沒有相關的政策導向優勢，未來在智慧工業的應用領域中屬于較為冷門的領域。

2、工業安全管理

智慧工業應用中的工業安全管理主要是針對高危行業作業生產工程所進行的氣體檢測、環境安全監控、安全運輸等所提供的集成服務。智慧工業中的工業安全管理主要包括以下幾個方面：

開采過程監測系統：主要包括礦山綜合防塵、地質監控、防火、防治水、危險氣體檢測、安全環境預警系統、作業場景信息采集與集成、作業人員精確定位及事故應急處理系統等。

生產過程監測系統：重點包括車間、庫房、倉庫等廠房在溫度、濕度、氣體、壓力、雷電、水、火等環境指標方面的監測控制設備。

運輸過程監測系統：主要包括用于易燃易爆品、氣體管道運輸安全監測、運輸工具安全狀況檢測等一系列監控系統與設備。

智能工業安全管理中涉及大量的專業檢測技術、信息采集技術、數據采集及監控技術、精準定位技術及現代通訊技術。

2012年中央政府在《企業安全生產費用提取和使用管理辦法》中將高危行業定位煤炭生產、非煤礦山開采、建設工程施工、危險品生產與儲存、交通運輸、煙花爆竹生產、冶金、機械制造、武器裝備研制生產與實驗，共九大類別。

我國目前在工業安全管理發展上主要集中在礦山開采應用上，在《非煤礦山安全生產“十二五”規劃》中要求1萬座礦山建立安全避險等六大系統，總體市場需求在100億元左右。從市場化程度來看，環境空氣自動監測系統合格企業有10家，因為受眾面較小，為工業企業提供安全生產成套解決方案的企業并不多，集中在幾家龍頭企業。整體來看，我國的智慧工業應用在工業安全管理尚處于起步發展階段，市場需求較小，但隨著高新技術的不斷提升與未來自動化作業的趨勢，未來市場需求有望進一步擴大。

3、智能化生產線

智能化生產線是制造自動化的提升，在柔性化、智能化與高度集成化上有顯著提高。智能化生產線是一種由人工智能技術、機器人技術和數字化制造技術等相結合的智能制造技術，人機一體化智能系統的運用在制造過程中能夠實現感知、分析、推理、決策和控制等智能活動。3D打印技術、工業機器人自動化生產線、先進工業嵌入式軟件、虛擬實現等技術正在引領新一輪的制造業變革。

智能化生產線牽涉技術復雜而廣泛，主要核心技術包括以下：機械自動化技術、微機電系統（MEMS）技術、高端新型傳感技術、鑲入式系統集成技術、微內核操作系統技術、組態語言和人機界面技術等。在汽車、工程機械制造、建材、農業器械、冶金等行業使用最為廣泛。

隨著中德工業4.0合作綱要的簽訂，我國也正在著手編制《中國制造業發展規劃（2015-2025）》，智能化生產線未來成為智慧工業應用中的核心領域。據統計，2010 年我國智能化生產線市場需求量共計165.23 億元，“十二五”期間，市場需求平均增長率將在20%以上。預計到2015年，智能化生產線市場規模約為410億元，2020年達到1000億元規模，其中汽車、工程機械行業對智能生產線的需求量約占總規模的40%。

4、質量管理控制

質量管理控制的智能化包括在產品的采購、生產、銷售、服務過程中實行全程信息追溯與質量檢測。智能化的質量安全管理系統又包含了六大子系統，從而提高產品質量，解決生產經營中的質量管理問題。

智能化質量控制管理是基于云計算基礎的信息化集成服務，輔助RFID、條碼等數據采集技術、物聯網傳感技術、衛星導航定位技術以及專業領域的質量檢測技術的綜合應用。

在醫藥、食品、農產品直接關系公眾生命健康領域得到迅速推廣，這些領域受到政府嚴格監管，應用最為廣泛。以全國肉類蔬菜流通追溯體系建設為例，全國已進行了3批試點共35個城市的試點工作，目標覆蓋所有百萬人口以上城市。由此可見，我國的產品追溯系統進入全面建設期，政府購買將成為未來的主要市場力量。

5、節能減排

工業化進程中的資源約束與環境破壞問題日益凸顯，如何在較低的資源消耗水平中做出最大的產值貢獻，同時減少污染物的排放是每個企業關心的問題。在我國“十一五”規劃綱要中，首次對節能減排提出具體要與指標。依據《2010年國民經濟和社會發展統計報告》，中央將化學原料及化學制品制造業、非金屬礦物制品業、黑色金屬冶煉及壓延加工業、有色金屬冶煉及壓延加工業、石油加工煉焦及核燃料加工業、電力熱力的生產和供應業確定為高能耗行業。

節能減排具體是指在工業生產過程中，對工業生產能源進行檢測、統計及計算，提升能源使用效率，針對污水處理、工業固體廢物、工業廢氣排放等實現凈化處理，實現各種再生能源的高效智能分選及循環利用。智能化的節能減排領域中涉及到大量的新型傳感技術、新一代通訊網絡技術、識別技術基于大數據與云計算的控制系統設計技術與先進控制與優化技術。

整體來看，工業節能減排應用步入新發展階段，以集成化系統服務為主要核心，智能化程度越來越高。隨著政府對環保領域重視度的提升，伴隨系列政府的出臺與扶持，在政府、央企等多方力量的聯合推動，在“十二五”期間工業節能領域投資總需求達到5900億元，將會成為智慧工業應用的一大熱門領域。

※案例借鑒※

西門子智慧工業發展窺探

西門子公司創立于1847年，集成了目前全球最先進的生產管理系統，以及生產過程軟件和硬件，產生的專利數量達到60000項。西門子是全球電氣化、自動化、數字化領域的領先企業。

1、智慧工廠——制造網絡互聯化

西門子位于德國的安貝格工廠有24年歷史，占地面積10萬平方英尺是全歐洲乃至全球最先進的數字化工廠，工廠致力于為巴斯夫、拜耳、戴姆勒、寶馬等德國工業公司以及它們的眾多海外競爭對手生產自動化機器。

在安貝格工廠，真實工廠與虛擬工廠同步運行，真實工廠生產時的數據參數、生產環境等都會通過虛擬工廠反映出來，而人則通過虛擬工廠對真實工廠進行把控。

安貝格工廠擁有一套高度數字化的生產流程，生產的產品本身擁有16億個部件，且每年的衍生產品制造數量超過5萬臺。根據Gartner在2010年的調查顯示，安貝格工廠中每100萬件產品中的殘次品數量只有15件，生產線的可靠性達到99%、可追溯性高達100%。廠內1000個制造單元是如何通過網絡進行聯絡的。通過網絡控制，廠房里的大多數設備都可以在脫離人類勞動力的情況下對零部件進行挑選和組裝。為了準確收集數據，安貝格工廠超過3億個元器件都有自己的“身份證”。這些基礎識別信息包括：所屬生產線、材質、規格等等。機器會對元器件做自動判別與操作，適時調節生產參數。

安貝格工廠是由德國政府、企業、大學以及研究機構合力研發全自動、基于互聯網的智能工廠，通過利用龐大的公共研究機構來幫助企業進行研究和開發工作。德國政府在對于工業4.0的支持上，并沒有通過提供補貼優秀企業進行扶持，而是提供2億歐元資金支持研發，為企業形成統一的標準創造新的技術和網絡化條件，目前西門子距離工業4.0所所描繪的場景仍有差距，西門子董事指出：西門子擁有構建模塊的核心優勢，設計基于互聯網網絡的全自動智能制造系統可能還要10年時間才能變為現實。

2、生產線優化應用

以寶馬集團全球最先進工廠之一的華晨寶馬鐵西工廠為例，應用了西門子LIS超寬帶實時定位識別系統的輔助，該廠的總裝車間取消原來專門用于掃描車輛條形碼的工位。車輛每到一個工位，車型、車輛識別碼、根據車輛的不同配置，需要裝配的各種零件等信息會自動顯示在工位前方的操作屏上，甚至會自動提供圖片及裝配輔助指令，直接引導工人完成相應工作，這一流程被視作定制式生產的基礎?，F在，一款汽車需要上千人設計，設計人員設計3年、生產模具1年、建設工廠4年，至少需要8年的時間。而在未來工廠，制造高度靈活，一條生產線能同時生產多個車型；用戶根據個人喜好選擇的車型、車輛配置，甚至可以實現當月定制，下個月就生產出來。

3、提升節能減排能力應用

亞洲最大的紙漿和紙張制造商之一的亞洲紙漿紙業集團（APP）在浙江省寧波市的造紙廠借助全集成驅動系統，能源消耗和二氧化碳排放量大減。由此，該造紙廠每條生產線年均節省數千萬元開支，年均停機時間被保持在最低的12.5小時。

4、提高生產效率應用

汽車生產設備制造商柯馬（上海）工程有限公司采用西門子的產品生命周期軟件，借助虛擬仿真技術發現設計中存在的缺陷及問題，在投產前就加以校正，使得設計與規劃實現“所見即所得”，生產線模擬的精準度為98%，把產品上市時間縮短了20%-30%。