【干货】为你解密何为工业4.0？

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【干货】为你解密何为工业4.0？

Original 2017-08-17 Sujay Wu 设计史论

关于德国工业4.0

越来越多的人在说

也有不少的人在写。

但是对于大部分听众和读者来说

它依然是一个模糊的概念

由于昨天分享了一批《中国制造2028》对工业设计的启示和思考，那么已经风靡全球的一个名词【工业4.0】到底是指的是什么？

那我们先了解一下老外是怎么理解它的吧！~

First we had inflection points; then paradigm shifts were all the rage.

Now we are hearing about a new Industrial Revolution - Industry 4.0. According to its proponents it is a new method of production that is creating a fourth Industrial Revolution. Really? What's that about?

To back up a bit - actually about 250 years - James Watt's improvements to the Newcomen steam engine in the late 18th century kick started the First Industrial Revolution. Watt did not invent the steam engine, but his numerous innovations increased the productivity of the textile industry by three orders of magnitude. Mechanized factories had arrived.

The Second Industrial Revolution dates from Henry Ford's introduction of the assembly line in 1913, which resulted in a huge increase in production of Model T's - over 15 million by the time they were discontinued in 1927. Soon every other manufacturing industry was using assembly lines to increase efficiency and productivity as well as cut costs. The days of mass production had arrived.

The Third Industrial Revolution resulted from the introduction of the computer onto the factory floor in the 1970s, giving rise to the automated assembly line. For mechanical work, computers increasingly replaced humans, another major inflection point in productivity. Today, seemingly every manufacturing function that can be automated has been. Highly automated factories turn out the complex consumer electronics products that we take for granted at prices we can afford.

Industry 4.0

But wait - there is more. The vision of Industry 4.0 is for "cyber-physical production systems" in which sensor-laden "smart products" tell machines how they should be processed; processes would now govern themselves in a decentralized, modular system. Smart embedded devices start working together wirelessly either directly or via either the Internet 'cloud' - the Internet of Things (IoT) - to once again revolutionize production. Rigid, centralized factory control systems give way to decentralized intelligence as machine-to-machine (M2M) communication hits the shop floor. This is the Industry 4.0 vision of the Fourth Industrial Revolution.

The concept of cyber-physical systems (CPS) was first defined by Dr. James Truchard, CEO of National Instruments, in 2006, based on a virtual representation of a manufacturing process in software. In January 2012, the German Federal Ministry of Education and Research set up a working group to draft comprehensive strategic recommendations for implementing "Industry 4.0", a term coined by the group. The Industry 4.0 Project is now part of the German government's official High-Tech Strategy, which it is actively pursuing in conjunction with private sector partners. Discussions about Industry 4.0 took center stage at April's Hannover Fair, which is why we are suddenly hearing about it.

Industry 4.0 is currently more of a vision than a reality, but it is one with potentially far reaching consequences; and the concept continues to evolve as people think of innovative ways to implement it. However, some things are already clear:

Sensors will be involved at every stage of the manufacturing process, providing the raw data as well as the feedback that is required by control systems.
Industrial control systems will become far more complex and widely distributed, enabling flexible, fine-grained process control.
RF technologies will tie together the distributed control modules in wireless mesh networks, enabling systems to be reconfigured on the fly in a way that is not possible with hard-wired, centralized control systems.
Programmable logic will become increasingly important since it will be impossible to anticipate all the environmental changes to which control systems will need to dynamically respond.
Smart, connected embedded devices will be everywhere, and designing and programming them will become that much more challenging - not to mention interesting and rewarding.

Most of the techniques and technologies needed to implement Industry 4.0 exist today. For example, the radios, sensors, and GPS modules used for asset tracking could just as easily track circuit board assets around the fa 38 39530 38 15265 0 0 4405 0 0:00:08 0:00:03 0:00:05 4405ctory floor as they evolve from slabs of FR4 into server blades. The Industry 4.0 spin is that instead of simply attaching an RFID tag and passively tracking the PCB down a linear assembly line, the pick-and-place module could alert inventory when it was running short of memory chips. If the response was that they could not be restocked in time, then all the relevant machines in the entire factory - from the cutting machines and drill presses right through to the systems assembly robots - would reprogram themselves to begin producing the next product for which all parts were in stock, drawing them down from remote inventory as needed, automatically delivered to the right machine just-in-time. Meanwhile, second-source suppliers would be alerted and their assets automatically reconfigured accordingly. The result would be an enormous savings in time and cost versus what even current heavily automated factories can deliver.

Revolution or Evolution?

Earlier Industrial Revolutions did not happen overnight, nor were they recognized as such at the time. For its part, Industry 4.0 may or may not be recognized as revolutionary - rather than evolutionary - in retrospect. Yet it is a natural consequence of M2M communication further automating the factory floor, and like its predecessors it should result in more plentiful, lower cost products which is a net benefit for all concerned.

Whether revolution or evolution, industrial production is about to become a lot more efficient. Stay tuned for more exciting developments. Better yet, get involved in making them happen.

华丽的风格线

如果大家阅读以上英文文献有难度的话，那么大家就需要在英语一上的复习多花些功夫和时间了，毕竟阅读并理解这样的一篇文献是对准研究生的基本要求吧，个人感觉是这样的。毕竟Sujay也没上过研究生。

从今天起

Sujay将会在每天一篇的推文里增加一篇

有关考研英语的一些复习攻略和资料

希望这些辅文可以同样帮助到大家

栏目的名称就是

【英语神助攻】

12月中旬，德国法兰克福总领馆经商室举行了一场别开生面的中资企业新年招待会，没有热闹的场面，也没有丰盛的晚宴，只有5名来自全德华人机电工程学会的博士，用整整一个下午的时间，为20多家中企和媒体的约40名代表，介绍了他们对于德国工业4.0的研究。

这5位博士是

全球汽车精英组织海外成员

机电工程学会主席|：|张式程（就职于戴姆勒集团）

副主席：陈祯福（大陆集团）

理事：武震宇（博世公司）

特聘专家：葛杰（博世公司）

安琪（西门子公司）

归纳5位博士的介绍，大体可以解答以下几个有关工业4.0的核心问题

国家战略，不是国际标准德国工业4.0，

是德国政府出于领先意识、危机意识和机遇意识

为了确保未来德国在世界上的经济竞争力和技术领先地位

于2013年在《德国高技术战略2020》中提出的国家发展战略，是给德国企业明确的一个努力方向。

工业4.0，意即

“第四次工业革命”

其总体目标是实现

“绿色的”智能化生产。

这是德国试图以高科技带动工业生产发展的国家战略，而不是国际标准

也就是说

各国没有跟上的义务

事实上，许多国家都发表了类似的纲领性文件，只不过各有不同的提法

如美国的“先进制造业国家战略计划”

日本的“科技工业联盟”

英国的“工业2050战略”

中国的“智能加工”

等等。

自然，谁能早日实现这一战略，谁就在国际上获得了“先发制人”的先机，拥有了标准制定者的地位。资源整合，并非创造发明德国工业4.0的目标，是在2020年至2030年之间，实现“第四次工业革命”，即

“以信息物理系统为基础的智能化生产”。

工业4.0的基础，是已经实现的前三次工业革命。按一般的划分，

第一次工业革命开始于18世纪后半叶

其主要标志是以蒸汽机的发明带来的机械化生产

第二次工业革命开始于19世纪后半叶

主要标志是以电力的发明带来的电气化和大规模流水线生产；

第三次工业革命开始于20世纪后半叶

主要标志是通过信息技术和电气化的结合实现的自动化生产。

第四次工业革命

从现在开始

其主要特征就是

综合利用第一次和第二次工业革命创造的“物理系统”

和

第三次工业革命带来的日益完备的“信息系统”

通过两者的融合

实现智能化生产

这就是为什么工业4.0就是

“以信息物理系统为基础的智能化生产”。

那我们其实很有必要来回顾一下前三次工业革命

第一次工业革命：机械化时代

第二次工业革命：电气化时代

第三次工业革命：自动化时代

第四次工业革命：智能化时代

第一次工业革命

18世纪从英国发起的技术革命是技术发展史上的一次巨大革命，它开创了以机器代替手工工具的时代。这不仅是一次技术改革，更是一场深刻的社会变革。这场革命是以工作机的诞生开始的，以蒸汽机作为动力机被广泛使用为标志的。这一次技术革命和与之相关的社会关系的变革，被称为第一次工业革命或者产业革命。从生产技术方面来说，工业革命使工厂制代替了手工工场，用机器代替了手工劳动；从社会关系来说，工业革命使依附于落后生产方式的自耕农阶级消失了，工业资产阶级和工业无产阶级形成和壮大起来。

第二次工业革命

19世纪最后30年和20世纪初，科学技术的进步和工业生产的高涨，被称为近代历史上的第二次工业革命。世界由“蒸汽时代”进入“电气时代”。在这一时期里，一些发达资本主义国家的工业总产值超过了农业总产值；工业重心由轻纺工业转为重工业，出现了电气、化学、石油等新兴工业部门。由于19世纪70年代以后发电机、电动机相继发明，远距离输电技术的出现，电气工业迅速发展起来，电力在生产和生活中得到广泛的应用。

　　内燃机的出现及90年代以后的广泛应用，为汽车和飞机工业的发展提供了可能，也推动了石油工业的发展。化学工业是这一时期新出现的工业部门，从80年代起，人们开始从煤炭中提炼氨、苯、人造燃料等化学产品，塑料、绝缘物质、人造纤维、无烟火药也相继发明并投入了生产和使用。原有的工业部门如冶金、造船、机器制造以及交通运输、电讯等部门的技术革新加速进行。

第三次工业革命

从20世纪四五十年代以来，在原子能、电子计算机、微电子技术、航天技术、分子生物学和遗传工程等领域取得重大突破，标志着新的科学技术革命的到来。这次科技革命被称为第三次科技革命。它产生了一大批新型工业，第三产业迅速发展。其中最具划时代意义的是电子计算机的迅速发展和广泛运用，开辟了信息时代。它也带来了一种新型经济—知识经济，知识经济发达程度的高低已成为各国综合国力竞争中成败的关键所在。

　　第三次科技革命是人类文明史上继蒸汽技术革命和电力技术革命之后科技领域里的又一次重大飞跃。它以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程的发明和应用为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命。这次科技革命不仅极大地推动了人类社会经济、政治、文化领域的变革，而且也影响了人类生活方式和思维方式，使人类社会生活和人的现代化向更高境界发展。80年代以来，国内史学工作者对第三次科技革命史的研究日益深入，相关研究成果不断问世。

第四次工业革命

第四次科技革命（20世纪后期）依据曾邦哲的观点，以系统科学的兴起到系统生物科学的形成为标志，系统科学、计算机科学、纳米科学与生命科学的理论与技术整合，形成系统生物科学与技术体系，包括系统生物学与合成生物学、系统遗传学与系统生物工程、系统医学与系统生物技术等学科体系，将导致的是转化医学、生物工业的产业革命。

　　发展新能源被看成是第四次科技革命的核心任务。从战略的眼光来看，新能源本身就是一个经济发展方向，促进新能源经济的发展，可以推进能源结构乃至经济结构的转变，对国民经济产生深远影响，也是未来世界各国的竞争重点，能源工业未来的方向将是从能源资源型走向能源科技型。美国利用经济低迷的时机，大力发展新能源，如果成功了，未来的能源格局可能将被美国所主导。

　　以生物技术为重点的第四次科技革命，已经实现或者即将实现：塑料将不以石油为原料而完全以玉米替代；建筑材料将由洋麻等纤维类作物替代；石油的枯竭也不再可怕，因为用秸秆完全可以替代；2050年人类的寿命有可能达到120岁；5亿亩的不毛之地、盐碱地将会成为植物的生长乐园。

来自机械制造、自动技术和信息通信及软件开发等三个领域的十多家领头企业，作为三次工业革命的佼佼者，顺理成章地组成了第一梯队，成为德国工业4.0的研究者和践行者。

智能工厂，高于自动生产德国工业4.0的定义是“以信息物理系统为基础的智能化生产”。

那么，什么是“信息物理系统”？

人体的结构，也许是最好的比拟。人体即由“物理”和“信息”两个系统组成，健壮的身体、灵巧的四肢、敏锐的感官，便相当于一个嵌入了无数传感器的“物理系统”，人的大脑和意识，赋予了人思考、社交和活动的能力，构成了一个完备的“信息系统”，控制和操纵肌体这一“物理系统”。