工业4.0智能制造趋势，制造业会如何变化？

智能制造已经成为全球制造业的重要趋势。随着人口红利的逐步消失，工厂企业需要找到一种全新的生产模式，以缓解昂贵的劳动力成本和应对快速更新的产品需求。而工业40模式的出现，为制造业提供了新的思路。通过物联网连接产品生命周期的所有阶段，从原料采购到生产再到交付和进入客户家中，整个过程都能可视化管理。

这也是第四次工业革命的场景，物联网为整个制造过程搭建了桥梁，创造了一个具有凝聚力的制造环境。原料供应商知道何时应该发货，制造商知道如何保证产品质量，每个客户反馈的信息让厂商获得对产品和市场新的认识，物联网解决了供应商、制造商和客户之间信息隔断的问题，智能工厂将制造业服务能力提升到一个全新的水平。

未来，物联网将给制造业带来巨大的价值，潜在价值可能会达数十万亿美元。据估计，在未来五年内以每年6％的速度增长，市场到2020年将接近700亿美元。巨大的应用场景包括 汽车 和运输、采矿、电子、化工、制药、石油和天然气等行业。那么，在新的制造场景将会怎样变化，工厂企业又将如何迎接趋势？

制造业供应链的变革

消费市场的需求变化如此之快，对于传统的制造业无疑是一大难题。客户实时期望不断上升，供应链越来越复杂，通过人力分析或者落后的工具去管理控制制造过程，已经难以满足当前市场需求。而智能工厂通过智能传感器和物联网采集的大量实时数据，再基于云端高算力服务器的分析，以及创造更灵活的生产流程来跟上客户需求的步伐。

智能制造的模式与传统制造完全不同，依托于先进的数字化制造技术，工厂可以进行按需生产，从世界各地供应商采购原料，避免了大量库存的风险，并通过社交媒体管理客户反馈，实现个性化的制造，达到更快、更灵活、更高效的产品交付水平。

得益于物联网和数字化技术的发展，智能制造为工厂带来了新的能力，虽然升级智能工厂并不是必要的，但却是非常有价值的事。利用优化的供应链，不仅可以减少交货时间和成本，同时基于市场信息的掌握，还可以减少生产过程缺陷产品数量。

产品质量保持一致性

过去的制造业，当工厂收到车间信息或者从客户调查到数据的时候，产品已经进入了客户群体，也就是损害已经产生了，给用户留下了低质量的印象。而新的制造模式，借助于物联网技术，允许工厂企业实时收集到传输数据，可以及时洞察到问题所在，并在产品造成严重问题之前进行更改。

未来的产品将放置智能传感器，这些感知零件将能够确保每件产品一致性的质量水平，无论是电子消费品、家用电器还是工业类设备，传感器能够将产品的异常数据汇报给厂家，然后工厂提供更准时的售后服务。还有，工厂可以从数据中分析产品的不足，在下一件产品上进行优化，最终能够更好的保证产品的质量。

这种方式避免了客户投诉和公司品牌的损害，同时可能为公司节省巨大的成本。过去， 汽车 产品重大问题发生后，大量召回的事件屡见不鲜，不仅导致公司品牌影响力的下跌，还要负出沉重的金钱代价。

物联网连接制造过程的好处在于，一旦发现问题或者缺陷，可以在错误产生严重后果之前及时进行自我修复。尤其在人工智能突破的今天，可以快速分析出存在的隐患，以近乎实时的速度完成生产质量的管控，并带来更好的产品和更少的损失。

预测性维护的重要价值

工厂生产线意外停机事件和计划外的维护将会给企业带来巨大损失，每一台设备和机器都不可能保持不出问题，但停机在计划之外发生，不仅让公司蒙受生产损失的打击，同时也拖低了生产效率。在成本越来越贵的今天，这种意外停机可能需要较长时间去检查维修，并要支付巨额金钱，对于中小企业更是无法承受的。

在工业40的模式里，有一种预测性维护的方法，通过在智能工厂中生产设备上放置各种传感器，从而能够实时自动监测机器磨损的情况。再借用于机器学习算法，可以准确跟踪零件和机器的更换时间。

预测性维护有助于在错误发生之前安排更换设备部件，而且可以安排合理的更换时间，例如在机器闲置的时段，就不会占用生产时间。这样不仅可以保证生产线的效率，同时提高了工厂整体敏捷性。

如何构建智能工厂？

智能工厂是未来制造业发展的必然趋势，目前已经有一些优秀的案例，例如全球大型制造商包括通用电气、西门子、霍尼韦尔、三菱电机、罗克韦尔自动化、施耐德电气、通用动力等都在尝试新的制造模式。不过，升级智能工厂要结合自身的需要和环境特点，不同的企业应该采用不同的方式，这样才能达到其想要的效果。

通常企业转型有几个目标方向，例如缓解决劳动力成本，降低工厂的整体成本；提升生产线的效率，将产品的交付时间缩短；增加工厂的灵活性，以便于能够快速响应市场的需求等等。企业可以根据自身的需求，制造完善的升级方案。

首先要构建物联网将传感器、电机、开关和其他各种小工具联网，工业40时代的智能工厂包括生产线、机器人、物联网、远程自动化等内容。此外，还涉及到生产网络和定制生产系统、产品的虚拟规划以及生产和远程维护等。

《纽约时报》2012年2月13日撰文称，“移动互联网、大数据、智能制造这三个技术结合在一起，正在彻底颠覆我们的生活”。2015年中国有几个概念非常的热火，第一是大众创业、万众创新，第二是工业40，第三个是“互联网+”。
“互联网+”
“互联网+”这个巨大无比的概念里，包含“互联网+金融”、“互联网+零售”等等，而“互联网+制造”就是工业40。中国政府积极推进工业40工程，明确提出“制定‘互联网+’行动计划，推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合”。国务院提出的“互联网+”的本质是指产业互联网，与早期提出的两化融合，和现在提出的工业40不谋而合。“互联网+”是两化融合的升级版，将推动中国制造向中国创造转型。
中国发展“互联网+制造”具有三方面显著优势：首先，ICT产业领先，在移动通信领域，华为、中兴已经是全球领先的电信设备供应商，中国移动是TD-LTE标准的重要推动者之一，中国企业在该领域已经建立起自己的知识产权武器库。在应用端，中国移动互联企业也已取得全球领先地位；其次，市场前景广阔，2012年中国制造业增加值占全球制造业增加值的224%，居全球第一位，比排名第二的美国高5个百分点，是排名第三的日本的两倍多，而且中国的制造业中劳动密集型企业仍然占据很大份额，未来提升的空间很大；再次，政策支持，从中央到地方政府，已为制造业转型升级制定多项支持计划。2012年7月，国务院印发《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》，将新一代信息技术、高端装备制造、新能源、新材料等七大产业列为国家重点发展的新兴产业，并把物联网、云计算单独列为重大专项工程。“中国制造2025”的出台，更将互联网和制造业的结合作为未来制造业发展的重要方向。
助推“互联网+中国制造”的三个基础分别是：软件一体化、创新生产硬件以及移动互联网。
移动互联网在中国扎根已有十五年的时间，移动互联网过去的所有的资源、资金都已经压在第三产业，所以我们称之为消费互联网。现在移动互联网来到工业、农业。按照马云的说法，互联网成为这个社会的底层基础设施，是水、电、煤和高速公路。那么，随着移动互联网对工业领域、农业领域的颠覆、侵袭，实际上整个移动互联网个人认为它进入深层次的再造，深层次的重新产生效率的一个阶段。这也就是我们中国政府提出“互联网+”的核心要义所在。
实际上在过去的15年当中，我本人不仅见证了自动化到互联网化，还洞察了万物互联所带来的技术变迁。以移动互联网为核心的工业制造业，它影响到整个中国的就业，因为在制造领域里，就业人员达8000万以上，它会影响到军事、国防，影响所有的产品生产、制造、流程、供应链，是对制造业中传统工业生产模式的彻底颠覆，称之为工业革命，是毫不为过的。
看世界工业的演进史会发现，工业革命是经济史上的“奇点”，它推动了一系列的政治、军事、经济和社会变革。工业革命在放大人类力量的过程中形成了一些重要特点，第一次工业革命以蒸汽机与大机械结合为代表，生产效率大幅提高，生产引领消费，延续时间86年；第二次工业革命以内燃机与电气结合为代表，物动人不动，生产线将产品随时送到工作台，工人站定岗位，每人完成单一任务，以“一对多”规模生产，延续时间99年；第三次工业革命以自动化与网络化结合为代表，人动物也动，灵活生产“一对一”产品，到现在已经44年，大概还会延续10到20年。
第四次工业革命以2013年德国汉诺威为起始，基于信息物理融合系统的智能制造诞生。此次新一轮全球工业革命实际上是工业和互联网融合。
美国提出了工业互联网标准，希望关注设备互联、数据分析、以及数据基础上对业务的洞察，他们对传统工业互联网互联互通，其关注点在大数据和云计算。德国提出工业40，拥有强大的机械制造技术，嵌入式以及控制设备的先进设备和能力，德国很关注生产过程智能化和虚拟化的深刻改变。
可以看到，美国工业互联网和德国工业40，实施路径和逻辑相反，但是目标一致。美国是以GE、IBM这些公司为支持，侧重于从软件出发打通硬件；德国是以西门子、库卡、SAP这些公司为主导，希望可以从硬件打通到软件。无论从软到硬，还是从硬到软，两者的目标是一致的，就是实现智能制造，实现移动互联网和工业的融合。
德国政府所定义的德国工业40，由一个信息，一个网络，四大主题、三项集成、八项计划组成的框架结构。德国推出工业40，目的在于重新引导全球制造业潮流、引导第四次工业革命。谁主导了这场工业革命，谁可以制订标准，就可以成为这个革命的王者，可以挽救欧盟的衰落，也可以使德国重新成为世界的霸主。
工业40带来的三大红利领域
第一类，智能工厂。也分为两小类：一是传统的工厂转型成智能工厂；二是一出生就是智能工厂的。

第二类，技术解决方案公司。为制造业提供智能工厂、顶层设计、转型路径图、软硬件一体化设施的“工业40”解决方案公司，总集成商。在“工业40”解决方案里，包括软件、硬件。软件有工业物联网、工业网络安全、工业大数据、云计算平台、MES系统、虚拟现实，人工智能，支持工作的自动化等。硬件有机器人（包括高端的零部件）、传感器、RFID、3D打印，机器视觉，智能物流，也是AGV，PLC，数据采集器，工业交换机等。
实际上中国有400万传统的制造业企业，在未来10年，甚至20年的时间，他们都会逐渐地分步骤地转型成“工业40”工厂。那么，这里就面临一个巨大的市场。
第三类，为中国的制造业转型成“工业40”过程当中的九大技术供应商，包括工业物联网，工业网络安全，工业大数据，云计算平台等等。
工业40的两大目标：智能制造&智能工厂
第一个目标是智能制造，第二个是智能工厂。过去智能制造商有几种说法：第一数字化制造，第二智慧制造，这些表述都不准确。工信部和中国工程院把中国版的工业40的核心目标定义为智能制造，这个词表述非常准确。由智能制造再延伸到具体的工厂而言，就是智能工厂。
智能制造是工业40的核心，作为广义概念，智能制造包含五个方面，实现这五个方面的智能化之后，才可以实现大的智能制造的概念。
智能制造是一个巨系统，工业40就意味着超复杂的巨系统正在形成，车间里面的机器如同智能手机，通过更新 *** 作系统实现功能升级，通过工业APP实现各种功能，通过API不断拓展制造生态系统。
所有的机器、产品、零部件、人员、原材料、所有的研发工具、测试验证平台、虚拟产品和工厂，所有的产品管理、生产管理、运营管理流程，所有的研发、生产、管理、销售员工，各级供应商以及成千上万的客户，都将是这一个系统的重要组成部分，一个基于云端、管道、端到端的信息复杂的体系正在形成。在这里面，车间的机器就像智能手机一样，整个 *** 作会形成一个巨大无比的巨系统。
在智能工厂，德国人希望实现两个概念目标。第一个是机器生产机器，或者说自己生产自己。第二个就是无人工厂，或者是黑灯工厂，或百分百全智能工厂，人与智能机器并存。智能工厂是现代工厂发展的新阶段，是在数字化基础上，利用物联网技术和设备监控技术，来加强信息和服务。

智能工厂有三大特征：第一个特征是信息基础设施高度互联，包括生产设备、机器人、 *** 作人员、物料和成品；第二是制造过程数据具备实时性，生产数据具有平稳的节拍和到达流，数据的存储与处理也具有实时性；第三是可以利用存储的数据从事数据挖掘分析，有自学习功能，还可以改善不优化制造工艺过程。
智能工厂的发展趋势是从柔性化到敏捷化到智能化再到信息化。
工业40的五个特点
互联
互联工业40的核心是连接，当然今天移动互联网的整个世界核心在连接，就像百度一样，在连接人和信息，就像腾讯一样，连接人和人。工业40要把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地联系在一起。
数据
当传感器无处不在，智能设备无处不在，智能终端无处不在，连接无处不在，必然的结果就是数据无处不在。这些数据包括产品数据、设备数据、研发数据、工业链数据、运营数据、管理数据、销售数据、消费者数据等等。
马云说过，阿里巴巴本质上是一家数据公司，雷军也讲过，小米本质是一家数据公司，从IT到DT，未来整个社会变成大数据的社会。
从工业30到工业40，我提出一个自己的观点，实际上从模具到数据，30的工业是以模具为核心，40的工业是以数据为基础，所有的工厂都会变成数据工厂。
集成
集成是工业40的关键词，也是中国推动两化融合的关键词，工业40将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络。
通过这个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器、以及服务于服务之间，能够形成一个互联，从而实现横向、纵向和端到端的高度集成。
创新
工业40的实施过程是制造业创新发展的过程，制造技术、产品、模式、业态、组织等方面的创新，将会层出不穷，从技术创新到产品创新，到模式创新，再到液态创新，最后到组织创新。
转型
对于中国的传统制造业而言，转型实际上是从传统的工厂，从20、30的工厂转型到40的工厂，整个生产形态上，从大规模生产，转向个性化定制。阿里巴巴在三年前就提出，整个制造业的生产流程，从B2B、B2C，转成C2B。他们很敏锐地看到了这样的一个方向，整个生产的过程更加柔性化、个性化、定制化。这是工业40一个非常重要的特征。
工业40是从生产型制造转型成服务型制造。未来生产和服务的界限会更加模糊，按照德国工业40整个框架来说，未来的工厂有可能从集中式生产转成分布式生产。3D打印会快速使用，未来工厂的概念，可能是一个全新的概念，不是我们今天所看到的，有几百人、几千人和设备。未来的工厂可能在客户的客厅，通过3D打印来完成，有可能每一个客户的客厅都是一个生产的车间。
举一个例子，过去生产一台电饭煲，可能在中国的广东生产，然后运到非洲送给客户。但是在未来，工业40时代，这个广东的电饭煲公司只需要电脑设计图纸，传到非洲客户的电脑，客户就可以通过客厅的3D打印机把这台电饭煲打印出来，就意味着客厅已经成为生产车间，所以未来工厂的概念是需要刷新我们的想象的。
工业40是从过去要素驱动向未来的创新驱动。过去是基于人口红利，是基于整个生产的大规模化、定制化，基于汇率低估，破坏环境所导致的要素驱动。未来工业40时代，整个生产制造业向40工厂转型、向创新驱动，科技的含量会变的越来越多，工厂人数在急剧减少，过去蓝领工人会转向黑领工人，是由电脑 *** 作人员在 *** 作整个机器，车间里面会大量使用低成本自动化装备，启用工业机器人，生产过程当中机器可以实现德国40所定义的自己生产自己，机器生产机器。
中国制造2025
由中国政府在2015年初提出，将信息技术与制造技术深度融合的数字化、智能化制造作为今后发展主线，以未来十年为发展周期，目标是驱动制造业转型升级，推动中国由制造业大国向制造业强国转型。
从本质上看，工业互联网是数据流、硬件、软件和智能的交互，由智能设备和网络收集的数据存储之后，利用大数据分析工具进行数据分析和可视化，由此产生智能信息供决策者进行实时判断处理。从工作流程上来看，工业互联网通过三个步骤实现其效能：工业数据的获取、工业数据的分析、调度执行，分别对应于物联网、云计算和大数据、专网通信，这是工业互联网的关键元素。
在我国当前阶段，工业互联网具体表现为将互联网作为当前信息化的核心，推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合，推动两化融合深度发展。我们认为，工业互联网是2015年政府工作报告中提出的互联网+行动计划的关键部分，即互联网+工业。而中国制造2025也为后续产业升级指明了方向。在人类的发展史上，经历了两次技术的飞跃，分别是工业革命、计算机与互联网革命，我们认为，第三次技术的飞跃将是工业互联网革命。
工业革命：18世纪蒸汽机的发明，开创了以机器代替手工劳动的工业革命时代。工业革命在推进的过程中，分别出现了蒸汽机、内燃机，然后是电报电话和电力。
计算机与互联网革命：1947年，第一款点接触晶体管在贝尔实验室研制成功，标志着计算机与互联网革命的到来。1986年，思科推出第一款多协议路由器产品，市场需求强烈，有力的推动万维网的发展。1981年8月只有不到300台电脑可以连接到互联网，而今天连接互联网的设备则以数十亿计，信息传输的速度和数量大幅增长。然而，目前互联网在工业领域的渗透率还比较低。
工业互联网革命：经过工业革命的发展，大型机器在工业生产中得到了广泛的应用，促进了社会进步和经济大发展。但是机器的性能还没有完全发挥，系统性的效率低下问题比较严重。于是，在过去的十年中，部分企业开始逐步将互联网技术应用到工业生产，发展开放的工业计算机和通信系统。工业互联网将有助于工业系统各层面更好的运转，通过优化检查、维护和修理过程，资产的可靠性和运行的效率得以提高。

一、将真实的加工制造连接到工业40
如果使用了工业40技术，一个新的加工制造生产线可以实现多达25种的产品变化，同时将产量提高10%，库存减少30%。工业40架构的应用让制造商在生产过程中可以获得更丰厚的投资回报率。
工业40是一场工业的革命，目的是将信息技术(IT)的虚拟世界、机器的物理世界以及互联网合为一体。其中心是将具有IT功能的所有工业领域都整合起来。这些科技提高了灵活度和速度，能够使产品更具有个性化，生产更高效且规模可扩展，以及在生产控制方面具有更高的可变性。机器与机器之间的通讯和先进的机器智能化，提高了工艺的自动化水平，并带来了更多的自我监控以及实时数据。开放的基于Web的平台会增加制造企业的竞争力。
1分布式智能
这里说的分布式智能是指在智能传动和控制技术网络的机器设备中，加入尽可能多的智能和控制功能、或者单独的传动轴，而不是从一个中央处理单元（CPU）来处理所有的动作。
拥有机器层面的过程数据并决定用它做什么，反映出了人们相信一台机器可以经过装备使用过程数据做一些事情并且独自改善工艺流程，诸如实现调整产量、更加有效率的利用能源等目标，而不是依赖“云”来处理所有这些任务。
联网的机器可以与更高的生产线级别、工厂级别以及企业级别的网络进行通讯，从而能够实现对特定事件或特定产品的实时调节。集成了传动的伺服马达和无机柜传动系统将传动组件和运动逻辑顺序放到了单独的轴向上。
　 2快速连接
那些允许数据在整个企业架构中自由流动的系统，往往需要持续的投资和改进。一家工业40工厂车间所产生的大数据和信息流，可能会让公司的网络不堪重负。我们该如何改进自动化系统中的硬件和软件的功能，使这种设计流程更简单、花费更少的时间以及更加开放？通讯路径随着其创建和实施而变得更加流畅。在决定应该使用现场总线的什么功能时，应该看一下生产平台是否支持例如OPC
UA（来自于OPC基金会）这样的标准。消除不同供应商系统的障碍，而且对通讯和控制平台采取一种更加开放的方式很重要。
3开放标准和系统
重点是要思考系统到底“开放”到什么程度，是否支持新兴的通讯协议和软件标准，以及开放的独立组件如何让工业40成为现实。
开放标准允许基于软件的解决方案可以更加灵活地集成，并有可能将新的技术移植进现有的自动化架构中。开放的控制和工程软件也沿着这个方向将自动化和IT软件程序之间的间隙弥合。一个开放的控制器核心能够使用常用的高级IT语言（例如Java和C++）来创建自动化应用程序。
一台机器的 *** 作应该支持与智能手机或平板电脑进行简单的连接。软件可以借助控制器与3D模型软件的连接来加快自动化系统的设计和调试。一个运动控制器可以与模型之间发送指令以及接收反馈，使得机器的功能性在机械设计阶段通过运动控制就得到优化。这也让机器测试和编程可以在调试之前进行。在部件订货、组装机器之前，虚拟机器可以用来进行测试并完善设计。
4实时数据整合
在工业40的工厂里，可能利用实时的机器和工厂性能数据来改变自动化系统和生产工艺的管理方式。不用捕捉并分析数月以来有价值的关于生产率、机器停机时间或者能源消耗的数据，支持工业40的平台能够将数据整合到常规的工厂管理报告之中。这会让制造商和机器具备详细的信息来执行快速的工艺和生产变更，以实现产品满足特定客户需求的愿景。
5自适应性
现实世界中的主动性可以让生产更加连贯并以需求为导向。科技帮助生产线变得主动。目标就是让工作站和模块可以适应个性化的客户或产品需求。
在一个制造液压阀的工厂里，一套新的自适应组装生产线在每一件被加工件上都使用射频识别芯片。生产线上的9个智能站会识别出最终产品是如何被装配的，以及哪些工具设置和 *** 作步骤是必须的。每个相关加工件都带有蓝牙标签，会自动将信息传送给装配站。装配步骤信息会根据不同的产品以及相关加工件的技术水平不同而显示出来。该生产线可以生产一批相同尺寸的液压阀，也可以不需要人工干预就能生产25种不同产品型号。不再需要设定时间或者多余的库存。这使得生产线的产量增加了10%，库存减少了30%。
二、让工业40和IIoT在智能工厂里运行
工业40和工业物联网(IIoT)能够为设备（从传感器到大规模控制系统）、数据和分析之间提供更好的连接性，Beckhoff自动化的TwinCAT产品专家Daymon
Thompson这样认为。传感器和系统需要网络连接来共享数据，分析有助于做出更明智的决策。
物联网主要包括4个基本元素：实体的设备、与设备之间的双向连接、数据以及分析。设备可以是小到一个传感器大到一个大规模控制系统中的任何一种。传感器和系统需要与更大的网络进行连接，以共享由传感器或系统产生的数据。对此数据进行的分析会产生可执行的信息，其结果是让人们做出精明的决策。
在IIoT的实际应用中，
企业通过将设备或资产连接到云或者本地信息技术(IT)设施上来进行数据的采集和传送。然后对采集到的数据进行分析，可以发现设备或资产更多的潜在信息，防患于未然。
例如
，监控机械组件运行温度的传感器可以追踪任何异常状况或者偏离底线的情况。这使公司可以主动地处理不希望发生的行为，从而在可能造成有害危险的系统故障加剧之前进行预测性维护，否则这些系统故障可能会导致工厂停机以及生产收益损失。这种类型的信息有助于企业新产品的设计、系统性能效率的提高以及实现利润的最大化。
工业40让加工制造更灵活
在一个生产制造流程，甚至是整个供应链中，通过连接性推动更多的新发现和系统优化，这是工业40的核心概念之一，这种科技进步也被称为第四次工业革命。
工业40工作组成员、德国国家科学与工程院Acatech，将18世纪蒸汽机的发明和广泛使用定义为第一次工业革命。第二次革命是20世纪早期在装配线上使用传送带。第三次革命是在20世纪中叶开发出来的微电子学、PC和可编程逻辑控制器(PLC)。第四次革命是将PC和机器连接到互联网，并启用信息物理系统（CPS）。
工业40要求传统的生产制造工业实现计算机化。使用物联网和信息物理系统的概念会帮助实现“智能工厂”的目标，使生产制造具有前所未有的灵活性和非常高的精益生产效率。在生产制造中，一个显着的特点是重点关注的领域从产品本身扩展到了生产这些产品的工艺上。
制造商需要灵活的生产线来适应快速变化的客户需求。灵活的机器运行能够生产很多类型的产品，通过调整批量大小来获得更高的生产利润，这使得同一个生产线可以运行更复杂的混合产品以适应客户不断变化的需求。

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