工業(yè)4.0所需要的9大類技術(shù)

如今，我們終于迎來第四波工業(yè)創(chuàng)新浪潮，這就是工業(yè)4.0，它以9大類科技技術(shù)為基礎(chǔ)。在這次工業(yè)轉(zhuǎn)型中，傳感器、機器、工件和IT系統(tǒng)將在整條價值鏈上融合到一起。這種實體設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相互連接的制造系統(tǒng)能對數(shù)據(jù)進行收集分析，對錯誤進行預(yù)判，并能不斷進行自我調(diào)整，從而適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。在生產(chǎn)效率方面，在未來5-10年，越來越多的公司將采用工業(yè)4.0技術(shù)，除生產(chǎn)資料以外的可變成本將降低15-25%，工業(yè)部件制造企業(yè)將獲得最大的生產(chǎn)效率提升（20-30%），例如汽車制造企業(yè)生產(chǎn)率將提高10-20%。工業(yè)4.0技術(shù)將大大提升制造效率，推動經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，改進勞動力就業(yè)結(jié)構(gòu)，并最終改變公司乃至國家之間的競爭格局。

工業(yè)4.0的9大類技術(shù)中的很多技術(shù)其實已經(jīng)應(yīng)用在制造業(yè)中，但工業(yè)4.0技術(shù)將這些技術(shù)整合到一起，成為完整的生產(chǎn)流程，這將改變供應(yīng)商、制造商和消費者之間的關(guān)系，以及人與機器之間的關(guān)系。

對于制造領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)分析還是新鮮事物，但它已經(jīng)能幫助企業(yè)改進產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省能源并提高設(shè)備的性能。在工業(yè)4.0的環(huán)境下，對不同數(shù)據(jù)源（設(shè)備、系統(tǒng)和企業(yè)）進行收集和分析將成為未來企業(yè)進行實時決策的標(biāo)準(zhǔn)配備。

半導(dǎo)體制造商收集生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，這幫助它在生產(chǎn)流程的早期預(yù)判出故障的芯片，從而提高生產(chǎn)質(zhì)量。

很多生產(chǎn)行業(yè)已經(jīng)廣泛采用機器人進行生產(chǎn)，但今天的機器人技術(shù)變得更加強大。自動機器人不但更加靈活和智能，更可以在彼此之間進行溝通互動，甚至具備學(xué)習(xí)新技能的能力。這些新機器人不但在性能上遠(yuǎn)超目前的工業(yè)機器人，更在成本上大大降低。

機器人設(shè)備制造商提供生產(chǎn)的機器人就具備相互溝通的能力。這些機器人可以在一起合作，根據(jù)生產(chǎn)線上的工序調(diào)整自己的行動。這些機器人還搭載了先進的傳感器和控制單元，能與人類進行緊密的合作。ABB公司推出了雙臂機器人YuMi，它可以與工人肩并肩的工作，它們具備計算機視覺系統(tǒng)，不但可以識別零件，還能保證與人進行安全的互動。

在工程設(shè)計領(lǐng)域，不少公司都采用了3D模擬技術(shù)來設(shè)計產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材料。未來，模擬技術(shù)將擴展到更廣的范圍。人們可以用實時數(shù)據(jù)來模仿物理世界，將新產(chǎn)品放入虛擬的生產(chǎn)環(huán)境中。在進行實際生產(chǎn)前，公司可以對這些新產(chǎn)品進行測試和優(yōu)化，從而減少設(shè)備裝配調(diào)試的時間并提高產(chǎn)品質(zhì)量。

西門子公司開發(fā)了一個虛擬機器系統(tǒng)，它可以通過真實數(shù)據(jù)對機器進行模仿。這個系統(tǒng)最多能減少設(shè)備裝配調(diào)試時間達(dá)80%。

今天大部分公司的IT系統(tǒng)并未完全整合。公司、供應(yīng)商和顧客常常是各自為戰(zhàn)。在企業(yè)內(nèi)部，工程設(shè)計、生產(chǎn)和職能部門也往往相互隔絕。即便是工程設(shè)計這一環(huán)節(jié)，也沒有幾家公司能做到設(shè)計——制造——自動化的三點一線。但隨著工業(yè)4.0技術(shù)的發(fā)展，公司、部門和能力將成為更加緊密的整體，一條橫跨公司的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將讓價值鏈真正實現(xiàn)自動化。

Dassault Systèmes和BoostAeroSpace為歐洲航天和國防工業(yè)搭建了名為AirDesign的合作平臺。該平臺搭建在私有云上，參與的合作伙伴可通過該平臺進行復(fù)雜的合作以及數(shù)據(jù)交換。

目前內(nèi)置傳感器和計算機的互聯(lián)產(chǎn)品數(shù)量仍有限。然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，以及連接標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，越來越多的產(chǎn)品將相互連接。屆時，身處不同地理位置的產(chǎn)品設(shè)備將能進行互動和溝通，并由中央處理器集中控制。物聯(lián)網(wǎng)將實現(xiàn)決策的去中心化，互聯(lián)設(shè)備能進行自動分析和決策，對環(huán)境變化進行實時反應(yīng)。

博世集團旗下的Rexroth公司推出一套自動生產(chǎn)系統(tǒng)。通過無線電編碼，不同位置的工作站可以感知每件產(chǎn)品需要進行的生產(chǎn)步驟，并自動執(zhí)行生產(chǎn)流程。

隨著工業(yè)4.0時代的到來，原先相互隔絕的設(shè)備將相互連接，工業(yè)系統(tǒng)和生產(chǎn)線將連接成一體。到時，網(wǎng)絡(luò)安全的重要性將大幅提高。安全可靠的網(wǎng)絡(luò)通信以及身份辨別和接入管理系統(tǒng)將變得至關(guān)重要。

去年，歐洲幾家大型工業(yè)設(shè)備制造商已經(jīng)通過聯(lián)手和并購的形式與網(wǎng)絡(luò)安全公司進行了合作。

很多企業(yè)已經(jīng)開始使用職能和數(shù)據(jù)分析的云應(yīng)用。未來更多的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和功能將搭載在云端，為生產(chǎn)制造提供更多的數(shù)據(jù)相關(guān)服務(wù)。隨著技術(shù)的進化，未來的監(jiān)測和控制流程也可能會遷移到云上。

目前一些企業(yè)已經(jīng)開始采用3D打印技術(shù)，但大多數(shù)都處于試驗階段或用于制造獨立部件。未來3D打印技術(shù)將廣泛應(yīng)用到小批量生產(chǎn)和大規(guī)模定制領(lǐng)域。3D打印技術(shù)將大大降低企業(yè)的庫存成本和物流成本。

飛機制造企業(yè)已經(jīng)開始使用3D打印技術(shù)降低飛機的重量，節(jié)省稀有材料如鈦的使用量。

現(xiàn)實增強系統(tǒng)可以在很多方面協(xié)助工人生產(chǎn)，例如通過手持設(shè)備挑選倉庫中的配件或發(fā)送維修指令。這些系統(tǒng)目前還處在實驗期，但未來這些技術(shù)將為工人提供實時信息，幫助他們進行實時決策，改善生產(chǎn)流程。

比如，未來工人可以裝備現(xiàn)實增強眼鏡等設(shè)備，當(dāng)他們檢查一臺設(shè)備時，計算機就將故障原因和維修指南發(fā)送到工人的眼鏡上。

另一種應(yīng)用是虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)。西門子為Comos軟件開發(fā)了一套發(fā)電站虛擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)。操作人員佩戴現(xiàn)實增強眼鏡，訓(xùn)練他們在緊急狀況下的操作。