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第四次工业革命的主要内容及展望

点击: 次  来源:美国邦纳 时间:2017-08-01

第四次工业革命的主要内容及展望
 
在《保障德国制造业的未来:关于实施“工业4.0”战略的建议》这份报告中认为:“工业4.0”即第四次工业革命的核心是信息物联网和服务互联网与制造业的融合创新。美国于2005年末曾对信息物联网和服务互联网与制造业的融合做出综合性的概括,称之为虚拟网络——实体物理系统(Cyber-Physical System,CPS)。该系统可以实现透明化生产,预测性制造。“工业4.0”与美国的“CPS”异曲同工。  
(一)智能是第四次工业革命的主要特征。
 
第四次工业革命中,资本和贸易在产业发展中的地位和作用将逐渐下降,信息、技术作为未来产业发展不可或缺的生产要素,越来越发挥着基础性和引领性作用。电子器件微型化、计量机及存储介质的性能飞跃,使得现在的小体积和无线功能成为可能。把智能手机的智能应用于所有工业领域就是工业4.0的目标。“智能”成为第四次工业革命的关键词。在未来的智能工厂中,产品信息都将被输入到产品零部件本身,它们会根据自身生产需求,直接与生产系统和设备沟通,发出下一道生产工序指令,指挥设备进行自组织生产。这种自主生产模式能够满足每位用户的“定制”需求。如:作为全球最主要的飞机引擎制造商的美国通用公司(GE),正在用智能飞机引擎让飞机更智能。飞机引擎上的各种传感器会收集飞机在空中飞行时的各种数据,这些数据传输到地面,经过智能软件系统分析,可以精确检测飞机运行状况,甚至预测飞机故障,提示做预防性保养等,以提升飞机安全性以及引擎使用寿命。这其实只是智能的一个表现例子。在其他工作中,“智能”已成为工业的“心脏”、“大脑”。 
 
美国是国际智能制造思想的发源地之一,美国政府高度重视智能制造的发展,并且已经把它作为21世纪占领世界制造技术领先地位的基石。从上世纪90年代开始,美国国家科学基金会(NSF)就着重资助有关智能制造的诸项研究,项目覆盖了智能制造的绝大部分,包括制造过程中的智能决策、基于多施主(multi-agent)的智能协作求解、智能并行设计、物流传输的智能自动化等。2005年,美国国家标准与技术研究所(NIST)提出了“聪明加工系统(smart machining system,SMS)”研究计划。智能制造被视为制造业转型的出路。在2014年的汉诺威工业博览会上,德国企业还展示了自己的“工业4.0”构想生产线:西门子展示在其生产线上,车体与机器人一边“对话”一边进行组装;博士力士乐和萨博分别展示了一条能在同一条生产线上生产两种产品和六种断路器的概念灵活装配线;萨博展示了一台可以生产16种不同产品,并对它们进行区分的设备装置。
  

(二)互联互通是第四次工业革命的重要手段。

工业4.0时代,数字化的灵活性将更加强烈地影响现实世界。软件将不再仅仅是为了控制仪器或者执行某步具体的工种程序而编写,也不再仅仅被嵌入到产品或生产系统里,要实现数字化与现实的交互,通过软件、电子及环境的结合,生产出全新的产品和服务。因此互联互通是必不可少的。对于工业来说,通过数字化企业平台,将虚拟和现实世界进行融合,实现从车间到公司管理层的双向信息流和数据协同优化,这是通往实现工业4.0的必由之路。 
几年前,英格索兰发现空调压缩机市场的竞争日趋激烈,而一台寿命15年的空调压缩机如果没有持续的服务难以销售,于是把空调压缩机变成了智能的可联网产品。现在每一台空调压缩机都具备联网能力。“从本质上来说,人们并不需要为产品付费,而应为舒适(产品创造的价值)付费。”美国参数技术公司(PTC)全球总裁贺普曼(Jim Heppelmann)说。“我们发现,智能连接产品的爆炸式增长将重新定义整个产业链条,它会对产业结构产生影响,也会改变参与竞争的战略。”
  
在2014年PTC全球用户大会上,贺普曼阐释了未来产品价值变化的三大趋势:原先硬件创造的价值正在被软件创造的价值所共享;网络联接让我们在软件创新方面有了新的选择,价值正在从产品向云转变;商业模式从产品转向了服务。”就像人们在电信运营商那里购买两年通信套餐服务就可以免费或低价获得移动电话一样,未来洗衣机、咖啡机、跑步机都可能通过服务合约而免费赠送。物联网—未来工厂与世界“一线之隔”。GE公司2012年11月发布的《工业互联网—— 打破智慧与机器的边界》的报告中预测:在美国,如果工业互联网能够使生产率每年提高1%-1.5%,那么未来20年,它将使美国人的平均收入比当前水平提高25%-40%;如果世界其他地区能确保实现美国生产率增长的一半,那么工业互联网在此期间会为全球GDP增加10万亿-15万亿美元。
  

(三)传感器的研制和传感技术的创新将成为影响第四次工作革命进程的重要因素之一。

互联网、物联网都需要大量的信息,而这些信息的产生都是来自仪器仪表或直接来自传感器。智能制造、智能生产,没有计量测试便无从谈起。根据我国工业和信息化部制定和发布的智能制造装备产业发展路线图规划,智能制造装备的发展重点为:
 
(1)九大关键智能基础共性技术,包括:新型传感技术、模块化、嵌入式控制系统设计、先进控制与优化技术、系统协同技术、故障诊断与健康维护技术、高可靠实时通信网络技术、功能安全技术、特种工艺与精密制造技术、识别技术等。
  
(2)八项核心智能测控装置与部件,包括:新型传感器及其系统、智能控制系统现场总线、智能仪表、精密仪器、工业机器人与专用机器人、精密传动装置、伺服控制机构、液气密元件及系统。
  
从以上这两个发展重点不难看出,传感技术和传感器的研究是其中的重点项目。传感器和传感技术是计量测试的一种表现形式,而其他重点项目的研究,如机器人、液气密系统等都离不开计量测试的使用和计量测试精度和能力的保障。传感器及传感技术的发展将成为第四次工业革命的关键中的关键。计量测试的水平和能力,在一定程度上决定着第四次工业革命的进程。