探究工业4.0的背景及其在制造业的应用集成

工业4.0就是第四次工业革命。它由德国政府的高科技战略项目组在一个喝着咖啡的小型聚会上提出，这个项目旨在推进制造业的信息化。在2011年汉诺威工业展中，工业4.0作为术语第一公开使用。在2013年4月8日汉诺威工业展前，项目组提交了工业4.0的最终报告，并被确定为德国国家重点战略。

工业4.0是一系列信息技术创新在制造业的应用集成。它基于物联网的物理信息系统，促成了智能工厂的形成。在基于模型化构建的工业4.0智能工厂中，物理信息系统监控物理流程，创造一个和现实世界同步的虚拟物理世界，并通过虚拟世界来优化和控制现实世界。把基本的运行控制决策本地化，实现分布式决策。通过物联网、物理信息系统让人、设备、产品和物料彼此实时链接协作。通过服务网、内部的和跨组织的服务可以实时由价值链上的参与者为客户提供服务。

提出工业4.0的这批专家是干什么的呢？什么背景促使他们提出了工业4.0的概念和理论，并促成了德国和欧盟为之倾心，每年欧盟要投资1400亿欧元用于工业4.0的转型？

德国人工智能研究中心是工业4.0的首先提出者，其中被誉为工业4.0之父的是人工智能研究中心的总裁德特勒夫博士（Dr.Ing.Detlef Zühlke），他带领团队研究信息技术推进制造业的进步。其中几个关键的课题分别是：

（1）知识基础管理。这个项目致力于使人类在某一领域的知识，通常来自某一特定领域的专家群，通过构架模型，让系统能够复制这一领域中的最佳实践。人类的知识用“IF-THEN”的逻辑构建模型，用于语义网的应用，来操控制造体系中的设备运行、生产技术工程等。

（2）神经网络。这个类型的项目模仿人类大脑的运行模式，用一个网络把输入的外部刺激信号（如在设备运行中的一个运行参数的设定和变化）与输出结果信号（设备运行效率、产品质量）连接起来。这项技术广泛应用于分析和优化的场景。用大量的历史数据来“训练”网络，自动优化网络的大量参数设定。

（3）模糊逻辑。它研究不确定或模糊的信息表示和处理，例如客户希望一辆车“相当豪华”，对于判断类（如“奢侈”和“经济”）量化的信息，在数学建模或目标设定中得以使用。

（4）基于案例推理。该系统的智能组件包含了过去的问题和历史（成功的）解决方案的应用。未来的问题可以通过类比过去的案例来参考，迅速定位最有效的解决方案。下一个步骤是通过在“案例库”中更新解决方案，以及学习被证明是成功的那个解决方案。

这些技术在制造业中的应用是工业4.0的基因。如果我们想充分理解工业4.0就不得不了解这些技术。在本书中对工业4.0技术、案例和原理的阐述，会让您深刻理解这一点。

工业4.0是将一系列信息通信技术在制造企业业务流程应用中的大集成。其中主要包括：

（1）以内嵌式系统发展而来的物联网技术。(www.xing528.com)

（2）虚拟现实软件技术。

（3）各个领域基于知识的建模技术。

（4）大数据和大计算技术。

（5）语义网技术。

（6）移动互联网技术。

基于这些技术集成的称为信息物理系统的整体技术在制造业的广泛应用，使企业经营模式发生了革命性变革。具体特征是：智能工厂、社会化生产、大规模定制。给客户带来的是按需量身定制的、高质量的、低价格的产品和服务。企业可以实现零库存、低成本、高效率、绿色生产运营。工业4.0的重点如下所示。

第四次工业革命的重点项目见表1-4。

表1-4 第四次工业革命的重点项目