本文是工業(yè)4.0俱樂部秘書長杜玉河先生《智能制造時代——設(shè)備智能化與綠色再制造》的文檔，我們首先從產(chǎn)業(yè)大勢開始分析，由表及里，剖析企業(yè)的在4.0框架下，智能設(shè)備如何與4.0的理念架構(gòu)相互融合。
一、從工業(yè)1.0到工業(yè)4.0
從1733年，機械師凱伊發(fā)明了“飛梭”，到1765年，織工哈格里夫斯發(fā)明了“珍妮紡織機”的出現(xiàn)首先在棉紡織業(yè)引發(fā)了機器發(fā)明的潮流，進行技術(shù)革新的連鎖反應，揭開了工業(yè)革命的序幕。而1785年的瓦特制成的改良型蒸汽機，蒸汽機是人類歷史上，在全世界廣泛使用的第一種普及機器，人類社會由此進入了“蒸汽時代”。
隨著工業(yè)生產(chǎn)中機器生產(chǎn)逐漸取代手工操作，傳統(tǒng)的手工業(yè)無法適應機器生產(chǎn)的需要，為了更好地進行生產(chǎn)管理，提高效率，資本家開始建造工房，安置機器雇傭工人集中生產(chǎn)，這樣，一種新型的生產(chǎn)組織形式—工廠出現(xiàn)了。工廠成為工業(yè)化生產(chǎn)的最主要組織形式，發(fā)揮著日益重要的作用。
19世紀70年代，開始第二次工業(yè)革命。，主要標志：電力的廣泛應用（即電氣時代)，第二次工業(yè)革命以電器的廣泛應用最為顯著?？茖W技術(shù)應用于工業(yè)生產(chǎn)的另一項重大成就，是內(nèi)燃機的創(chuàng)新和使用。但科技創(chuàng)新不僅僅是各種層出不重的科學發(fā)明，還有大型組織、壟斷的出現(xiàn)，而現(xiàn)代管理學的誕生也源自第二次工業(yè)革命。
第三次科技革命以原子能、電子計算機、空間技術(shù)和生物工程的發(fā)明和應用為主要標志，涉及信息技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、生物技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)等諸多領(lǐng)域的一場信息控制技術(shù)革命。第三次科技革命有幾大特征，空間技術(shù)的利用和發(fā)展是這次技術(shù)革命的一大成果;原子能技術(shù)的利用和發(fā)展,電子計算機技術(shù)的利用和發(fā)展是另一重大突破。
在前三次的工業(yè)革命造就了現(xiàn)存的全球制造業(yè)競爭格局中，中國處在工業(yè)2.0時代，美德日韓處于工業(yè)3.0時代，其余大部分地區(qū)處于工業(yè)1.0時代。具體表現(xiàn)為中國在材料技術(shù)工藝能源、裝備制造，生產(chǎn)應用上處于中低端。全球產(chǎn)業(yè)分工中，中國主要處在組裝加工上。使用微笑曲線能清晰地表述出前三次工業(yè)革命形成的全球產(chǎn)業(yè)分工格局，而未來的世界產(chǎn)業(yè)競爭新格局，美國AMP2.0/德國工業(yè)4.0/中國制造2025/互聯(lián)網(wǎng)+，是全球競爭環(huán)境變化下不同國家根據(jù)自己的位置與競爭優(yōu)勢所提出的不同表述，其根本是謀求本國利益最大化與持續(xù)競爭優(yōu)勢，而國家的競爭最終反映在行業(yè)上及具體的企業(yè)上。綜上所訴，中國的企業(yè)發(fā)展之路應該力爭從微笑曲線中端向兩端擴展，不僅僅是企業(yè)利潤，附加價值高的問題，還有在向工業(yè)4.0方向升級過程中，研究開發(fā)、新產(chǎn)品設(shè)計、售后服務等都將是4.0的制高點和風口。
二、工業(yè)4.0時代下的新模式
工業(yè)4.0中，物聯(lián)網(wǎng)和服務網(wǎng)絡(luò)是智慧工廠的基礎(chǔ)，工業(yè)4.0擁有巨大的潛力。智慧工廠讓用戶的個性定制化需求得以滿足，這就意味著，即使是一次性的產(chǎn)品也可以通過頗具收益的方式制造出來。
我們以一個智能工廠的架構(gòu)為例，智能物料、智能工廠、智能產(chǎn)品為三大架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)化深入制造環(huán)節(jié)已經(jīng)開展多年，MES、PLM、ERP、QMS等在制造環(huán)節(jié)也已經(jīng)成熟。一家傳統(tǒng)的制造業(yè)企業(yè)，只有看得見的東西才是真實的。從技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)制造、營銷推廣、銷售以及相關(guān)的采購，物流等環(huán)節(jié)構(gòu)成了一家傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)的基礎(chǔ)和流程。但在工業(yè)4.0架構(gòu)下，一家企業(yè)的主要基礎(chǔ)設(shè)施將會是服務互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，設(shè)計生產(chǎn)直接和用戶結(jié)合。
傳統(tǒng)的工廠模型從客戶的訂單開始，向后接設(shè)計、工藝、加工、質(zhì)檢、物流和客戶的現(xiàn)場服務，最后到回收環(huán)節(jié)，形成了完整的產(chǎn)品生命周期。當服務互聯(lián)網(wǎng)融合到物料、工廠、產(chǎn)品時，我們稱之為智能物料、智能生產(chǎn)和智能產(chǎn)品。
使用三個集成的概念可以為我們清晰表述出工業(yè)4.0下的工廠如何運作。我們認為，縱向集成，是指企業(yè)全流程的信息打通。也就是產(chǎn)品全生命周期，如產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計、計劃、工藝到生產(chǎn)、服務的全生命周期的信息集成。工業(yè)4.0的縱向集成要真正的讓生產(chǎn)過程走互聯(lián)網(wǎng)的模式，讓信息傳遞平臺化，任何一個工作節(jié)點都能與平臺直接做交互。
橫向集成，是指工廠生產(chǎn)的某一個節(jié)點向外拓展，比如橫向集成意味著從設(shè)計圖紙、工藝圖紙、工藝總裝圖、工藝加工工序圖，甚至到工步，都要做冗余或自動化。所謂橫向集成能力，就是當一個主要供應商發(fā)生了火災，要恢復產(chǎn)能的時候，能迅速給出圖紙、設(shè)備需求、工裝需求、運輸協(xié)調(diào)等等。
端到端集成，最常見的概念就是一站式服務，即端點與端點之間的集成。比如在C2B模式下，用戶可以參與到產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)中來，這意味著大規(guī)模、個性化定制時代的來臨。因此為了實現(xiàn)這個目標，企業(yè)必須通過互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)與用戶的互動，為用戶帶來更多的體驗。最終為客戶實現(xiàn)定制化生產(chǎn)、企業(yè)柔性生產(chǎn)。
三、我國智能裝備發(fā)展新思路及企業(yè)走向4.0的路徑
1、智能制造的發(fā)展以企業(yè)的自動化和信息化發(fā)展為基礎(chǔ)。自動化主要實現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化控制，離不開各類過程控制類軟件的深度應用;信息化主要實現(xiàn)企業(yè)研發(fā)、制造、銷售、服務等環(huán)節(jié)和流程的數(shù)字化，打通企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)流，以研發(fā)設(shè)計類、生產(chǎn)調(diào)度類、經(jīng)營管理類、市場營銷分析類軟件的深度應用為特征。
2、而智能裝備的新思路，其核心技術(shù)是工業(yè)智能軟件，以及價值理念和人才培養(yǎng)；核心部件與解決方案圈是機器人、智能傳感器、MES、數(shù)控系統(tǒng)等；智能裝備的應用圈是包裝機械、木工機械、模具以及陶瓷機械等；其終端制造業(yè)圈是家電制造、家具制造、汽車制造、鐵路船舶、航空航天、醫(yī)藥制造等。
3、由智能裝備衍生出來的制造業(yè)企業(yè)走向工業(yè)4.0大的路徑，包括高度網(wǎng)絡(luò)化、高度自動化與信息化和有序完成技術(shù)體系的構(gòu)建。高度網(wǎng)絡(luò)化指建立以通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)為主要基礎(chǔ)設(shè)施，以業(yè)務管理、控制、網(wǎng)絡(luò)、接入和終端的通信網(wǎng)；通過互聯(lián)網(wǎng)連接業(yè)務體驗、云業(yè)務、云平臺；并通過物聯(lián)網(wǎng)將實現(xiàn)數(shù)據(jù)從一臺終端傳送到另一臺終端，也就是機器與機器的對話（M2M）；高度自動化與信息化不僅僅是機器換人與制造設(shè)備的自動化，也包括制造管理層、信息管理層和工廠層的互聯(lián)。從而實現(xiàn)生產(chǎn)制造過程中的實時化、可視化、無紙化和智能化；有序的技術(shù)體系構(gòu)建以智能化為目標，通過標準化、精益化、模塊化、自動化、數(shù)字化一步步實現(xiàn)。
4、在高度網(wǎng)絡(luò)化、信息化和自動化的環(huán)境下，M2M（MachineToMachine）是制造業(yè)企業(yè)走向工業(yè)4.0的主要特征。而M2M是指將數(shù)據(jù)從一臺終端傳送到另一臺終端，也就是機器與機器的對話。目前，人們提到M2M的時候，更多的是指非IT機器設(shè)備通過移動通信網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備或IT系統(tǒng)的通信。值得注意的是，M2M不是簡單的數(shù)據(jù)在機器和機器之間的傳輸，更重要的是，它是機器和機器之間的一種智能化、交互式的通信。當M2M的涵蓋范圍繼續(xù)推廣時，將涵蓋人、機器、系統(tǒng)、產(chǎn)品等，建立通信連接的技術(shù)和手段，此時，我們將之稱為物聯(lián)網(wǎng)。
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