工業(yè)4.0助力儀器儀表實(shí)現(xiàn)突圍
我國(guó)儀器儀表行業(yè)是一個(gè)高速、平穩(wěn)發(fā)展的行業(yè)，由于的重視和支持，近年來(lái)我國(guó)儀器儀表與測(cè)量控制取得了可喜的成績(jī)，獲得了較大的發(fā)展。但不可否認(rèn)，即便是儀器儀表行業(yè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但一樣存在很多問(wèn)題。而德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略的出現(xiàn)，似乎為我們展現(xiàn)了一幅全新的發(fā)展藍(lán)圖。德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略為我國(guó)兩化深度融合指明了發(fā)展路線，其將為儀器儀表等制造業(yè)實(shí)現(xiàn)解困突圍。
工業(yè)4.0的概念源于2011年德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)，其初衷是通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)提高德國(guó)制造業(yè)水平。在德國(guó)工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)、西門子公司等學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的大力推動(dòng)下，德國(guó)聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部于2013年將工業(yè)4.0項(xiàng)目納入了《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》的十大未來(lái)項(xiàng)目中，計(jì)劃投入2億歐元資金，支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。隨后，德國(guó)機(jī)械及制造商協(xié)會(huì)（VDMA）等設(shè)立了工業(yè)4.0平臺(tái)，德國(guó)電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)表了德國(guó)個(gè)工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化路線圖。
德國(guó)政府認(rèn)為，盡管德國(guó)擁有強(qiáng)大的機(jī)械和裝備制造業(yè)，但對(duì)德國(guó)工業(yè)構(gòu)成了競(jìng)爭(zhēng)威脅，美國(guó)也在通過(guò)各種計(jì)劃促進(jìn)制造業(yè)發(fā)展，因此，制定工業(yè)4.0戰(zhàn)略的目的就是為了確保德國(guó)制造的未來(lái)。當(dāng)前，正值我國(guó)大力推動(dòng)兩化深度融合、促進(jìn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，德國(guó)推行工業(yè)4.0戰(zhàn)略的理念、內(nèi)容和做法等諸多方面，都值得我們認(rèn)真關(guān)注、學(xué)習(xí)并給出積回應(yīng)。
工業(yè)4.0戰(zhàn)略愿景與要點(diǎn)
與美國(guó)流行的第三次工業(yè)革命的說(shuō)法不同，德國(guó)將制造業(yè)領(lǐng)域技術(shù)的漸進(jìn)性進(jìn)步描述為工業(yè)革命的四個(gè)階段，即工業(yè)4.0的進(jìn)化歷程。
工業(yè)1.018世紀(jì)60年代至19世紀(jì)中期，通過(guò)水力和蒸汽機(jī)實(shí)現(xiàn)的工廠機(jī)械化可稱為工業(yè)1.0.這次工業(yè)革命的結(jié)果是機(jī)械生產(chǎn)代替了手工勞動(dòng)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)從以農(nóng)業(yè)、手工業(yè)為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)型到了以工業(yè)以及機(jī)械制造帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式。
工業(yè)2.019世紀(jì)后半期至20世紀(jì)初，在勞動(dòng)分工的基礎(chǔ)上采用電力驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)可稱為工業(yè)2.0.這次工業(yè)革命，通過(guò)零部件生產(chǎn)與產(chǎn)品裝配的成功分離，了產(chǎn)品批量生產(chǎn)的新模式。
工業(yè)3.0始于20世紀(jì)70年代并一直延續(xù)到現(xiàn)在，電子與信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得制造過(guò)程不斷實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可稱為工業(yè)3.0.自此，機(jī)器能夠逐步替代人類作業(yè)，不僅接管了相當(dāng)比例的體力勞動(dòng)，還接管了一些腦力勞動(dòng)。
工業(yè)4.0德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，未來(lái)10年，基于信息物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem，CPS）的智能化，將使人類步入以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命。產(chǎn)品全生命周期和全制造流程的數(shù)字化以及基于信息通信技術(shù)的模塊集成，將形成一個(gè)高度靈活、個(gè)性化、數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。
工業(yè)4.0為我們展現(xiàn)了一幅全新的工業(yè)藍(lán)圖：在一個(gè)智能、網(wǎng)絡(luò)化的里，物聯(lián)網(wǎng)和務(wù)聯(lián)網(wǎng)（服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)）將滲透到所有的關(guān)鍵領(lǐng)域，創(chuàng)造新價(jià)值的過(guò)程逐步發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將重組，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式。
先，工業(yè)4.0將使得工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程更加靈活、堅(jiān)強(qiáng)。這將使得動(dòng)態(tài)的、適時(shí)優(yōu)化的和自我組織的價(jià)值鏈成為現(xiàn)實(shí)，并帶來(lái)諸如成本、可利用性和資源消耗等不同標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化選擇。包括在制造領(lǐng)域的所有因素和資源間形成全新的循環(huán)網(wǎng)絡(luò)、智能產(chǎn)品獨(dú)特的可識(shí)別性、個(gè)性化產(chǎn)品定制以及高度靈活的工作環(huán)境等。
其次，工業(yè)4.0將發(fā)展出全新的商業(yè)模式和合作模式。這些模式將力爭(zhēng)確保潛在的商業(yè)利潤(rùn)在整個(gè)價(jià)值鏈所有利益相關(guān)人之間公平地共享，包括那些新進(jìn)入的利益相關(guān)人。同時(shí)，工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)化制造、自我組織適應(yīng)性強(qiáng)的物流和集成客戶的制造工程等特征，也使得它追求新的商業(yè)模式以率先滿足動(dòng)態(tài)的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)而非單個(gè)公司，這將引發(fā)一系列諸如融資、發(fā)展、可靠性、風(fēng)險(xiǎn)、責(zé)任和知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及技術(shù)安全等問(wèn)題。
再次，工業(yè)4.0將帶來(lái)工作方式和環(huán)境的全新變化。全新的協(xié)作工作方式使得工作可以脫離工廠，通過(guò)虛擬的、移動(dòng)的方式開(kāi)展。員工將擁有高度的管理權(quán)，可以更加積地投入和調(diào)節(jié)自己的工作。同時(shí)，隨著工作環(huán)境和工作方式的巨大改變，可以大幅度提升老年人和婦女的就業(yè)比例，確保人口結(jié)構(gòu)的變化不會(huì)影響當(dāng)前的生活水平。
后，工業(yè)4.0將促進(jìn)形成全新的信息物理系統(tǒng)平臺(tái)。全新的信息物理系統(tǒng)平臺(tái)能夠聯(lián)系到所有參與的人員、物體和系統(tǒng)，將提供、快捷、安全可靠的服務(wù)和應(yīng)用業(yè)務(wù)流程，支持移動(dòng)終端設(shè)備和業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)同制造、服務(wù)、分析和預(yù)測(cè)流程等，如圖2所示。
德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略的要點(diǎn)可以概括為：建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、研究?jī)纱笾黝}、實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)集成、實(shí)施八項(xiàng)計(jì)劃。
建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。信息物理系統(tǒng)就是將物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)實(shí)物理的融合。CPS可以將資源、信息、物體以及人緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)服務(wù)，并將生產(chǎn)工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)智能環(huán)境。這是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。
研究?jī)纱笾黝}：智能工廠和智能生產(chǎn)。智能工廠是未來(lái)智能基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程以及網(wǎng)絡(luò)化分布生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)。智能生產(chǎn)的側(cè)重點(diǎn)在于將人機(jī)互動(dòng)、智能物流管理、3D打印等技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，從而形成高度靈活、個(gè)性化、網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)業(yè)鏈。生產(chǎn)流程智能化是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的關(guān)鍵。
實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)集成：橫向集成、縱向集成與端對(duì)端的集成。工業(yè)4.0將無(wú)處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過(guò)CPS形成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對(duì)端的高度集成。橫向集成是企業(yè)之間通過(guò)價(jià)值鏈以及信息網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)的一種資源整合，是為了實(shí)現(xiàn)各企業(yè)間的無(wú)縫合作，提供實(shí)時(shí)產(chǎn)品與服務(wù)；縱向集成是基于未來(lái)智能工廠中網(wǎng)絡(luò)化的制造體系，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制生產(chǎn)，替代傳統(tǒng)的固定式生產(chǎn)流程（如生產(chǎn)流水線）；端對(duì)端集成是指貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的工程化數(shù)字集成，是在所有終端數(shù)字化的前提下實(shí)現(xiàn)的基于價(jià)值鏈與不同公司之間的一種整合，這將大限度地實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制。
實(shí)施八項(xiàng)計(jì)劃：工業(yè)4.0得以實(shí)現(xiàn)的基本保障。一是標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)。需要開(kāi)發(fā)出一套單一的共同標(biāo)準(zhǔn)，不同公司間的網(wǎng)絡(luò)連接和集成才會(huì)成為可能。二是管理復(fù)雜系統(tǒng)。適當(dāng)?shù)挠?jì)劃和解釋性模型可以為管理日趨復(fù)雜的產(chǎn)品和制造系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。三是一套綜合的工業(yè)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施?？煽俊?、高品質(zhì)的通信網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)4.0的一個(gè)關(guān)鍵要求。四是安全和保障。在確保生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品本身不能對(duì)人和環(huán)境構(gòu)成威脅的同時(shí)，要防止生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品濫用及未經(jīng)授權(quán)的獲取。五是工作的組織和設(shè)計(jì)。隨著工作內(nèi)容、流程和環(huán)境的變化，對(duì)管理工作提出了新的要求。六是培訓(xùn)和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展。有必要通過(guò)建立終身學(xué)習(xí)和持續(xù)職業(yè)發(fā)展計(jì)劃，幫助工人應(yīng)對(duì)來(lái)自工作和技能的新要求。七是監(jiān)管框架。創(chuàng)新帶來(lái)的諸如企業(yè)數(shù)據(jù)、責(zé)任、個(gè)人數(shù)據(jù)以及貿(mào)易限制等新問(wèn)題，需要包括準(zhǔn)則、示范合同、協(xié)議、審計(jì)等適當(dāng)手段加以監(jiān)管。八是資源利用效率。需要考慮和權(quán)衡在原材料和能源上的大量消耗給環(huán)境和安全供應(yīng)帶來(lái)的諸多風(fēng)險(xiǎn)。
總的來(lái)看，工業(yè)4.0戰(zhàn)略的核心就是通過(guò)CPS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備與產(chǎn)品的實(shí)時(shí)連通、相互識(shí)別和有效交流，從而構(gòu)建一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的智能制造模式。在這種模式下，生產(chǎn)由集中向分散轉(zhuǎn)變，規(guī)模效應(yīng)不再是工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素；產(chǎn)品由趨同向個(gè)性的轉(zhuǎn)變，未來(lái)產(chǎn)品都將完全按照個(gè)人意愿進(jìn)行生產(chǎn)，端情況下將成為自動(dòng)化、個(gè)性化的單件制造；用戶由部分參與向全程參與轉(zhuǎn)變，用戶不僅出現(xiàn)在生產(chǎn)流程的兩端，而且廣泛、實(shí)時(shí)參與生產(chǎn)和價(jià)值創(chuàng)造的全過(guò)程。
北京百思佳特公司是高科技分析系統(tǒng)集成商。公司大量生產(chǎn)和引進(jìn)外各種的在線儀器儀表及系統(tǒng)、設(shè)備與材料，為各行業(yè)用戶提供了大量的產(chǎn)品和服務(wù)，尤其在石油、化工、環(huán)保、電子、冶金、機(jī)械、光學(xué)、通訊、科技教學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域，與眾多專業(yè)廠家有密切合作關(guān)系。
北京百思佳特公司主營(yíng)行業(yè)：儀器儀表/實(shí)驗(yàn)設(shè)備/礦用設(shè)備/石油產(chǎn)品/教學(xué)儀器/醫(yī)療器械