工业与知识型工作自动化的调研分析报告.doc

工业4.0和知识型工作自动化调研汇报

摘要：工业4.0，是从嵌入式系统向信息物理融合系统(CPS)发展技术进化。
作为未来第四次工业革命代表，工业4.0不停向实现物体、数据和服务等无缝连接互联网(物联网、数据网和服务互联网)方向发展。文中首先介绍了知识型工作自动化概念，其次介绍了工业4.0进化过程，提出了CPS概念及其功效，同时分析了工业4.0缺点及实施困境。

关键词:工业4.0;智能工业;CPS;知识型工作自动化；

（一）知识型工作自动化
桂卫华院士所做相关步骤工业自动化汇报引发了我对于知识型工作自动化方面爱好，以下关键对知识型工作自动化进行初步概括。世界著名麦肯锡研究所发表了一项162页研究汇报“Disruptive technologies : Advances that will transform life , business , and the global economy”，5月27日《参考消息》报道了这一研究结果，发表了一篇名为“12种颠覆性技术驱动未来经济”文章，这12种技术全部含有广泛潜在影响并有可能造成重大经济影响。这12种技术是：移动互联网、知识型工作自动化、物联网、云计算、高级机器人、全自动和几乎全自动年辆、下―代基因组学、能源储存、3D打印、高级材料、高级油气勘探和采集技术、可再生能源。其中“知识型工作自动化”位列第二，到2025年其经济规模将达成5.2-6.7万亿美元。
知识型工作自动化关键技术是人工智能，1997 年，IBM“深蓝”首次击败了等级分排名世界第一国际象棋棋手卡斯帕罗夫，成为了知识型工作自动化一个关键里程碑；美国科学家经过长达努力，构建了一个无法被击败西洋跳棋人工智能程序——切努克（Chinook）；IBM超级电脑“沃森”在智力竞赛中，战胜了美国智力竞赛节目《危险边缘》两位冠军选手肯·詹宁斯和布拉德·鲁特。这些全部是在国际上含有很高影响力知识型工作自动化代表。在欧美也有若干实用教授系统，实现了知识型工作自动化。
未来因为知识型工作自动化产生，更多自动化方向人才将转入技术服务方向。

（二）工业4.0
智能工业或工业4.0，是从嵌人式系统向信息物理融合系统(CPS)发展技术进化。作为未来第四次工业革命代表，工业4.0不停向实现物体、数据和服务等无缝连接互
联网(物联网、数据网和服务互联网)方向发展。同时，分散型智能利用代表了生产制造过程虚拟世界和现实世界之间交互关系，在构建智能物体网络中发挥关键
作用。
工业4.0表现了生产模式从集中型到分散型范式转变，正是因为有了让传统生产过程理论发生颠覆技术进步，这一切才成为可能。未来，工业生产机械不再只是“加工”产品，
取而代之是，产品经过通信向机械传达怎样采取正确操作。
工业4.0经过将嵌人式系统生产技术和智能生产过程相结合，将给工业领域、生产价值链、业务模式带来根本性变革(如智能工厂)，从而开创一条通往新技术时代道路。

1工业4.0进化过程
（1）工业革命1.0
18世纪末期始于英国第一次工业革命，19世纪中叶结束。这次工业革命结果是机械生产替换了手工劳动，经济社会从以农业、手工业为基础转型到了以工业及机械制造带动经济发展模式。
（2）工业革命2.0
第二次工业领域大变革发生在20世纪早期，批量工业生产开始阶段。经过零部件生产和产品装配成功分离，开创了产品批量生产新模式。20世纪70年代以后，伴随电子工程和信息技术充实到工业过程之中，实现了生产最优化和自动化。
（3）工业革命3.0
第三次工业革命始于第二次工业革命过程中发生生产过程高度自动化。自此，机械能够逐步替换人类作业。
（4）工业革命4.0
未来，第四次工业革命将步人分散化生产新时代。工业4.0经过决定生产制造过程等网络技术，实现实时管理。
2 CPS
CPS连接了虚拟空间和物理现实世界，使智能物体通信和相互作用，发明一个真正网络世界。
CPS表现了目前嵌人式系统深入进化。和互联网或网上可搜集数据、服务一起，嵌人式系统也是组成CPS要素之一。
CPS可提供构建物联网基础部分，而且和服务互联网一体化，实现工业4.0。这些技术被称为实现技术，培育愈加广泛基于创新型应用或过程新现实空间，淡化现实世界
和虚拟空间界限。实现技术就像互联网使得个人通信和相互作用关系发生变革一样，将给我们和物理现实世界之间相互作用关系带来根本性改变。
基于高性能软件嵌人式系统和融合在数字网络中专业用户接口之间，发生相互作用，将诞生全新系统功效性世界。举一个简单例子，智能手机囊括很多应用和服务，已
经远远超出设备本身通话功效。
因为全新划时代应用和服务提供商将不停涌现，逐步形成新价值链，所以，CPS也将对现有业务和市场模式带来范式转变。汽车工业、能源经济，还有包含诸如工业4.0生产技术各个工业部门，将同时因这些新价值链发生巨变。
未来，CPS将以以往人类无法想象形式，对人类安全、效率、生活舒适度、提升健康水平等做出贡献。同时，CPS也将对处理人口结构改变、自然资源不足、可连续发展和能
源结构改变等带来问题，发挥关键性作用。
3智能工厂:自动化制造业未来
CPS连接了虚拟空间和物理现实世界，技术过程和业务过程也所以得到融合，从而开创新工业时代。最能够正确表示新工业时代就是工业4.0项目提倡智能工厂概念，智能
工厂是经过在生产系统中配置CPS来实现。相对于传统生产系统，智能工厂产品、资源及处理过程因CPS存在，将含有很高水平实时性，同时在资源、成本节省中也颇具优势。
智能工厂根据重视可连续性服务中心业务来设计，所以，服从性、灵活性、自适应和学习等特征、容错能力，甚至风险管理全部是其中不可或缺要素。
智能工厂装备将实现高级自动化，关键是由基于自动观察生产过程CPS生产系统灵活网络来实现。经过可实时应正确灵活生产系统，能够实现生产过程根本优
化。同时，生产优势不仅仅是在特定生产条件下一次性表现，也能够实现多家工厂多个生产单元所形成世界级网络最优化。
这就意味着，创新技术、成本和时间节省，拥有培育新市场机会网络容量“自下而上”型生产模式中革命。
智能工厂生产相对于传统制造工业育以下优势:
由CPS形成最优化生产过程:智能工厂“单元”决定其活动范围、设定选项和生产条件，可和其它单元进行独立无线通信。
理想生产系统，智能编辑产品特征、成本、物流管理、安全、信赖性、时间和可连续性等要素，为每个用户进行最优化产品制造。
为了让机械服从人类作业周期，可对人工进行定制调整。

4工业4.0缺点
工业4.0实现关键问题还在于怎样能确保网络安全，怎样预防网络间谍、黑客等网络犯罪所造成侵害，和是否应该普及到全部行业等等。
这些全部是避不开话题，具体来说有以下多个层面二
（1）.安全和保密问题。
这就要求必需满足两个条件:一是确保生产设施和产品本身对人或环境不造成任何危险;二是预防数据被滥用和未经授权访问。所以，当务之急是必需妥善处理好保密安全问题。在工业4.0中，以往界限全部将消失，生产性信息技术、销售物流、零部件产业、商业信息技术等领域全部将链接到一起。数字世界和现实世界日益融合，网络安全挑战却越发严峻。就德国高科技工业而言，尤其是机械设备制造业中小企业，采取有力方法应对经济间谍行为对它们存亡至关关键。面对非法攻击，云端数据也应得到更强有力安全保障。
（2）标准化和参考架构构建。在漫长信息化发展进程中，企业发展前期极难在可连续发展信息化计划下构建信息系统，通常情况是对需求迫切部门，先在相对独立业务步骤中开发出一套信息系统，这造成出现很多信息孤岛。因为缺乏中国统一标准硬件和基础软件支撑，故工业软件被不一样技术规范实施平台所“绑定”。现在，中国软件产业规模受到极大限制，中国相关软件技术资源整合进程和信息技术发展总趋势还存在较大落差。中国制造业走向集成化兼容化生产，在软件方面还需依靠进口。不过，伴随工厂和工厂内外很多事物和服务连接起来，通信手段及数据格式等很多事物必需有统一IT架构，制订共同标准，而且需要一个参考架构来为这些标准提供描述并促进标准实现。
（3）复杂系统管理。伴随生产系统和其它系统连接起来，整个系统变得复杂，管理变得越来越困难。制造系统正在日益变得复杂，合适计划、描述和说明模型(模块化)能够为这些复杂系统提供管理基础。工程师们应该为了发展这些模型而进行更多模块化研究，包含方法创新和工具应用。
5工业4.0实施困境
关键有:(1)实施“工业4.0”不一定全部能降低人员，短期成本可能要增加，所以要思索实现“工业4.0”怎样降低成本。
(2)即使感觉自己企业上“工业4.0"时机成熟了，但也要考虑管理步骤梳理+系统实施同时推进。
(3)实现数据采集是“工业4.0"前端基础部分，关键是把数据采集上来干什么用?有些企业花00万上软件认为就是实现“工业4.0”了，其实只是起一个信息采集作用，充其量是信息系统或模块集成，离智慧生产概念还差之甚远，假如花很大代价采集数据而又没用好就得不偿失。
(4)精益生产管理需要展示和控制生产过程并按价值链进行分析和优化，但有些企业数据很大部分现在还没应用起来，或数据质量不高，不足以进行系统优化，即每个工序效率高，但不代表整体最优，这全部是需要改善地方。
(5)中国部分企业曾自己开发了智能化部分应用，推行过精益生产，对设备监控、成本控制全部有考虑，但数据采集方面有很大短板。
(6)信息化关键要素是人，人观念要先转变过来。大家说德国制造企业很优异，但个人感觉除汽车工业生产很优异以外，其它产品生产可能跟中国差不多，为何中国企业做不好?是因为中国大部分企业老板短视，不愿意为未来投资。中国推行企业信息化、智慧工厂，往往需要国家政策、资源支持才愿意行动。另外，“工业4.0"在企业推行下去会对职员自主、自律管理产生作用，关键是职员是否愿意配合，怎样配合?

总结：
作为指导未来工业生产一个全新概念，德国“工业4.0"思绪是:在工厂生产新系统中，产品组件直接和生产系统沟通，发出接下来所需生产过程指令，这么将改变整个制造过程，整个系统将愈加智能，联网愈加紧密，不一样组件之间能够相互沟通，反应愈加
快速。德国电子电气工业协会估计:不一样部分之间能够相互沟通效率提升30%。我们能够看到，在提倡能源节省、高效生产今天，“工业4.0"将会在未来影响或决定着工业生产发展速度。