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當(dāng)下，以工業(yè)4.0為綱領(lǐng)的第四次工業(yè)革命正在興起。工業(yè)4.0以及它的核心——信息物理系統(tǒng)CPS引起了工業(yè)技術(shù)界愈來愈多的關(guān)注。我國近年來所提出的“信息化帶動(dòng)工業(yè)化、工業(yè)化促進(jìn)信息化，走新型工業(yè)化道路”的兩化融合工業(yè)發(fā)展方針與工業(yè)4.0綱領(lǐng)異曲同工，如出一轍。本講座分為四講：分別是：第一講：工業(yè)革命與工業(yè)4.0；第二講：信息物理系統(tǒng)（CPS）——新工業(yè)革命的基礎(chǔ)；第三講：兩化融合系統(tǒng)——工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)；第四講：構(gòu)建工業(yè)4.0的系統(tǒng)集成技術(shù)。通過對(duì)工業(yè)4.0與兩化融合相關(guān)技術(shù)的介紹希望拋磚引玉，引出新工業(yè)革命實(shí)踐中實(shí)實(shí)在在的成果。

1　工業(yè)革命

1.1　第一次工業(yè)革命

人類歷史進(jìn)入18世紀(jì)，在歐美一些主要資本主義國家先后發(fā)生了以機(jī)器生產(chǎn)取代手工勞動(dòng)的一系列重大變革。對(duì)人類的貢獻(xiàn)最大、最能代表時(shí)代特征的是蒸汽機(jī)的發(fā)明和使用。它利用熱能、為機(jī)械供給推動(dòng)力，結(jié)束了人類對(duì)畜力、風(fēng)力、水力的依賴，把人類帶入了“蒸汽時(shí)代”，是人類認(rèn)識(shí)和利用自然力的一個(gè)巨大進(jìn)步。蒸汽機(jī)成為對(duì)人類影響最大的發(fā)明創(chuàng)造。

第一次工業(yè)革命從英國發(fā)起，它開創(chuàng)了以機(jī)器代替手工勞動(dòng)的時(shí)代。這不僅是一次技術(shù)改革，更是一場深刻的社會(huì)變革。第一次工業(yè)革命以工作機(jī)的誕生開始，以蒸汽機(jī)作為動(dòng)力機(jī)廣泛使用為標(biāo)志。工廠制代替了手工工場，機(jī)器代替了手工勞動(dòng)，第一次工業(yè)革命大大加強(qiáng)了世界各地之間的聯(lián)系，改變了世界的面貌。

1785年，瓦特制成的改良型蒸汽機(jī)投入使用，提供了更加便利的動(dòng)力，得到迅速推廣，極大推動(dòng)了機(jī)器的普及和發(fā)展。瓦特蒸汽機(jī)是大工業(yè)普遍應(yīng)用的第一動(dòng)力機(jī)，它取代了在生產(chǎn)過程中動(dòng)力提供者——人。同時(shí)一臺(tái)蒸汽機(jī)推動(dòng)許多臺(tái)工具機(jī)形成有組織的機(jī)器體系，從而產(chǎn)生了工廠，導(dǎo)致了工業(yè)革命或產(chǎn)業(yè)革命。人類社會(huì)由此進(jìn)入了“蒸汽時(shí)代”。隨著工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)器生產(chǎn)逐漸取代手工操作，傳統(tǒng)的手工業(yè)無法適應(yīng)機(jī)器生產(chǎn)的需要，為了更好地進(jìn)行生產(chǎn)管理，提高效率，資本家開始建造工房，安置機(jī)器雇傭工人集中生產(chǎn)，這樣，一種新型的生產(chǎn)組織形式——工廠出現(xiàn)了。工廠成為工業(yè)化生產(chǎn)的最主要組織形式，發(fā)揮著日益重要的作用。機(jī)器生產(chǎn)的發(fā)展，促進(jìn)了交通運(yùn)輸事業(yè)的革新，為了快捷便利地運(yùn)送貨物、原料，人們想方設(shè)法地改造交通工具。美國人富爾頓制成的以蒸汽為動(dòng)力的汽船試航成功。英國人史蒂芬孫又發(fā)明了蒸汽機(jī)車。這些重大的機(jī)器發(fā)明推動(dòng)人類文明進(jìn)入了第一次工業(yè)革命。第一次工業(yè)革命的主要特點(diǎn)從制造的視角看，就是機(jī)械化。

1.2　第二次工業(yè)革命

第二次工業(yè)革命以電力的發(fā)明與應(yīng)用開始。1871年法拉第電磁定律的發(fā)現(xiàn)奠定了發(fā)明電力的基礎(chǔ)，1878年，愛迪生發(fā)明了商業(yè)普遍應(yīng)用的雙極發(fā)電機(jī)，并提出公共供電系統(tǒng)計(jì)劃，次年，愛迪生制造出了白熾電燈，進(jìn)而出現(xiàn)了完全新型的電力工業(yè)。接著又出現(xiàn)了長距離的輸電線路。于是電器開始代替機(jī)器，電力成為替代以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的新能源。隨后，電車、電影放映機(jī)相繼問世，人類進(jìn)入了“電氣時(shí)代”。

19世紀(jì)七八十年代，以煤氣和汽油為燃料的內(nèi)燃機(jī)相繼誕生，90年代柴油機(jī)創(chuàng)制成功。內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明解決了交通工具的發(fā)動(dòng)機(jī)問題。80年代德國人卡爾?弗里特立奇?本茨等人成功地制造出由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃汽車。洋輪船、飛機(jī)等也得到了迅速發(fā)展。內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明，推動(dòng)了石油開采業(yè)的發(fā)展和石油化工工業(yè)的生產(chǎn)。

19世紀(jì)70年代，美國人貝爾發(fā)明了電話，90年代意大利人馬可尼試驗(yàn)無線電報(bào)取得成功，都為迅速傳遞信息提供了方便。世界各國的經(jīng)濟(jì)、政治和文化聯(lián)系進(jìn)一步加強(qiáng)，世界的面貌因工業(yè)革命而改變。

電氣化開啟了新的工業(yè)革命。從制造的視角看，第二次工業(yè)革命就是電氣化+機(jī)械化。

1.3　第三次工業(yè)革命

第三次工業(yè)革命始于IT技術(shù)，在世界范圍內(nèi)，工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用電子技術(shù)、通信技術(shù)與IT技術(shù)，自動(dòng)化生產(chǎn)線上應(yīng)用了可編程邏輯控制器（PLC）；機(jī)器不光由電力驅(qū)動(dòng)，代替人的勞動(dòng)，還帶上了電腦，裝上了微處理器，具有了人腦的某些功能。此后又出現(xiàn)了智能電子裝置IED（Intelegent Electronic Devices）。制造業(yè)在IT技術(shù)的推動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化及全過程的信息化。曾經(jīng)風(fēng)靡一時(shí)的CIMS制造推動(dòng)了工業(yè)領(lǐng)域的大變革。

IT技術(shù)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)，與生產(chǎn)有關(guān)的企業(yè)部門中集成地用電子數(shù)據(jù)處理：包括了在生產(chǎn)計(jì)劃和控制、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量管理之間信息技術(shù)上的協(xié)同工作，其中為生產(chǎn)產(chǎn)品所必需的各種技術(shù)功能和管理功能都可集成地實(shí)現(xiàn)。

從企業(yè)系統(tǒng)到制造控制系統(tǒng)都在采用計(jì)算機(jī)裝置與系統(tǒng)。以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的DCS控制器遍布流程工業(yè)生產(chǎn)線，PLC和IED遍布在離散制造生產(chǎn)線上，地理上分散的大型監(jiān)控系統(tǒng)——SCADA（Supevisory Control And Data Aquisision）系統(tǒng)進(jìn)入電力、輸油、輸氣等關(guān)乎到社會(huì)的重大經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。工業(yè)生產(chǎn)的面貌由于IT技術(shù)的促進(jìn)發(fā)生根本變化。工業(yè)與信息化在深度融合，企業(yè)管理系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)制造控制系統(tǒng)被集成在一起。工業(yè)過程由于IT技術(shù)的加入產(chǎn)生了革命性變化。第三次工業(yè)革命在機(jī)械化、電氣化的基礎(chǔ)上由于信息技術(shù)的促進(jìn)而實(shí)現(xiàn)。從制造的視角看，第三次工業(yè)革命就是IT+電氣化+機(jī)械化。

1.4　第四次工業(yè)革命綱領(lǐng)——工業(yè)4.0

自從70年代以來，通信技術(shù)與信息技術(shù)（ICT）成為第三次工業(yè)革命發(fā)展的靈魂。在一些工業(yè)發(fā)展較快的國家，ICT大約支撐了90%的工業(yè)制造過程。IT革命給我們的生活和工作帶來了根本性變革。

近年來，從個(gè)人電腦到智能設(shè)備的演進(jìn)，越來越多的IT基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)正在由智能網(wǎng)絡(luò)（云計(jì)算）提供。出現(xiàn)了以下發(fā)展趨勢：

比以往任何時(shí)候都更加小型化的設(shè)備與勢不可擋的互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，使無處不在的計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)。

功能強(qiáng)大的、自主的微型計(jì)算機(jī)（嵌入式系統(tǒng)）正越來越多地相互間互聯(lián)或與互聯(lián)網(wǎng)以無線方式互聯(lián)，正在實(shí)現(xiàn)所謂“無處不連接”。

這一發(fā)展主流正在導(dǎo)致實(shí)體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界（cyberspace）以虛擬網(wǎng)絡(luò)——實(shí)體物理系統(tǒng)（CPS）的方式相融合。繼2012年推出新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6，現(xiàn)在已有足夠的地址使智能對(duì)象間通過互聯(lián)網(wǎng)大范圍直接互聯(lián)。技術(shù)的發(fā)展，使工業(yè)制造進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

2013年，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上提出了一個(gè)嶄新的概念——“德國工業(yè)4.0”，人類社會(huì)從此步入了工業(yè)4.0時(shí)代。工業(yè)4.0是一個(gè)德國政府提出的高科技戰(zhàn)略計(jì)劃，該項(xiàng)目由德國聯(lián)邦教育及研究部和聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)合資助，預(yù)計(jì)投資2億歐元。旨在提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應(yīng)性、資源效率及人因工程學(xué)的智慧工廠，在商業(yè)流程及價(jià)值流程中整合客戶及商業(yè)伙伴之間的資源。中國首套工業(yè)4.0流水線也已亮相第十六屆中國工業(yè)博覽會(huì)。工業(yè)4.0進(jìn)入中德合作新時(shí)代，中德雙方簽署的《中德合作行動(dòng)綱要》中，明確提出工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化就是“工業(yè)4.0”，對(duì)于未來中德經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義。

德國人在工業(yè)4.0的綱領(lǐng)中提出：第四次工業(yè)革命就是第三次工業(yè)革命的成果上再加上互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。“the introduction of theInternet of Things and Services into the manufacturing environment isushering in a fourth industrial revolution”，物事互聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)引入制造業(yè)引發(fā)了第四次工業(yè)革命。

必須說明這里所要求的互聯(lián)網(wǎng)是：“Things and Services”的互聯(lián)網(wǎng)，Things可認(rèn)識(shí)為物和事情，或曰“物事”，Services泛指一切服務(wù)。所以，第四次工業(yè)革命首先要建設(shè)“物事互聯(lián)網(wǎng)”與“服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)”（簡稱：“物聯(lián)網(wǎng)”和“務(wù)聯(lián)網(wǎng)”英文縮寫為：IoT和IoS）。這意味著有史以來第一次將資源、信息、物事、人和對(duì)這一切的服務(wù)進(jìn)行互聯(lián)。在the Internet of Things and Services的支持下革新、改造整個(gè)工業(yè)及制造業(yè)。制造業(yè)中的智能機(jī)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施將融入the Internet of Things and Services中。當(dāng)制造業(yè)加（+）互聯(lián)網(wǎng)，或互聯(lián)網(wǎng)加（+）制造業(yè)，使工業(yè)制造的面貌發(fā)生巨變，制造業(yè)被互聯(lián)網(wǎng)連接在世界范圍內(nèi)進(jìn)行，互聯(lián)網(wǎng)思維進(jìn)入了制造業(yè)實(shí)體經(jīng)濟(jì)。

第四次工業(yè)革命從制造的視角看就是“機(jī)械化+電氣化+IT+互聯(lián)網(wǎng)”，如圖1所示。

圖1 工業(yè)四次革命的發(fā)展歷程

2　工業(yè)4.0新工業(yè)革命的特點(diǎn)

目前，工業(yè)4.0僅僅是新工業(yè)革命的發(fā)展綱領(lǐng)，但剛剛出現(xiàn)就產(chǎn)生了極大的影響力。

首先，“工業(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。

在這種模式中：

傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式；創(chuàng)造新價(jià)值的過程在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將重組。

工業(yè)4.0描繪了制造業(yè)的未來愿景，提出人類將迎來以信息物理系統(tǒng)（CPS）為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、機(jī)器自組織為標(biāo)志的第四次工業(yè)革命。

第四次工業(yè)革命的興起、發(fā)展以及它的核心特征有以下五個(gè)方面：

（1）工業(yè)4.0的核心是通過IoT和IoS支持的CPS實(shí)現(xiàn)四個(gè)“智能”。

通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)相結(jié)合的手段，促成信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System)的實(shí)現(xiàn)、將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。“工業(yè)4.0”項(xiàng)目主要分為四大主題：

一是“智能工廠”，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)。

二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及3D打印技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。該計(jì)劃將特別注重吸引中小企業(yè)參與，力圖使中小企業(yè)成為新一代智能化生產(chǎn)技術(shù)的使用者和受益者，同時(shí)也成為先進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)造者和供應(yīng)者。

三是“智能物流”，主要通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、務(wù)聯(lián)網(wǎng)（IoS），整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應(yīng)方的效率，而需求方，則能夠快速獲得服務(wù)匹配，得到物流支持。

四是“智能產(chǎn)品”，新工業(yè)革命時(shí)代，工業(yè)產(chǎn)品是智能產(chǎn)品。

工業(yè)4.0的CPS系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)四個(gè)智能化：

第一，通過價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的橫向集成實(shí)現(xiàn)世界范圍的智能制造。

第二，實(shí)現(xiàn)IoT和IoS支持的智能工廠。

第三，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)線，如圖2所示。

第四，生產(chǎn)出源源不斷的智能工業(yè)產(chǎn)品。

圖2 在物聯(lián)網(wǎng)與務(wù)聯(lián)網(wǎng)支持下的智能生產(chǎn)線

（2）工業(yè)4.0的基礎(chǔ)是從底層的制造系統(tǒng)發(fā)起。

近年來，新一代信息通信技術(shù)的發(fā)展，催生了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能工業(yè)可編程控制器等的創(chuàng)新和應(yīng)用，推動(dòng)了制造業(yè)生產(chǎn)方式和發(fā)展模式的深刻變革。在這一過程中，盡管德國擁有世界一流的機(jī)器設(shè)備和裝備制造業(yè)，尤其在嵌入式系統(tǒng)和自動(dòng)化工程領(lǐng)域德國更處于領(lǐng)軍地位，但德國工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)及其相對(duì)弱項(xiàng)也顯而易見。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是德國工業(yè)的相對(duì)弱項(xiàng)。

為了保持作為全球領(lǐng)先的裝備制造供應(yīng)商以及在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的優(yōu)勢，面對(duì)新一輪技術(shù)革命的挑戰(zhàn)，德國推出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，其目的就是充分發(fā)揮德國的制造業(yè)基礎(chǔ)及傳統(tǒng)優(yōu)勢，大力推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，形成信息物理系統(tǒng)（CPS），以便在向未來制造業(yè)邁進(jìn)的過程中先發(fā)制人，與美國爭奪新一輪工業(yè)革命的話語權(quán)。

美國是利用互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，向未來制造業(yè)進(jìn)軍。而德國是基于制造業(yè)基礎(chǔ)，向未來互聯(lián)網(wǎng)融合。

實(shí)施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略是積極應(yīng)對(duì)新一輪工業(yè)革命，爭奪國際競爭力和話語權(quán)的重要舉措。為此，德國的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略詳盡描繪了信息物理系統(tǒng)（CPS）的概念。希望利用CPS系統(tǒng)，開創(chuàng)新的制造方式，通過傳感器物聯(lián)網(wǎng)緊密連接物理現(xiàn)實(shí)世界，將網(wǎng)絡(luò)空間的高級(jí)計(jì)算能力有效運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)世界中，從而實(shí)現(xiàn)“智能工廠”，使得在生產(chǎn)制造過程中，設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)都將通過傳感器采集并進(jìn)行分析，形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。

從某種意義上說，“工業(yè)4.0”是德國希望阻止信息技術(shù)不斷融入制造業(yè)之后所形成的支配地位。一旦制造業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)都被云計(jì)算接管，那么制造業(yè)還是制造業(yè)嗎？所以，“工業(yè)4.0”希望用“信息物理系統(tǒng)”升級(jí)“智能工廠”中的“生產(chǎn)設(shè)備”，使生產(chǎn)設(shè)備因信息物理系統(tǒng)而獲得智能，使工廠成為一個(gè)實(shí)現(xiàn)自律分散型系統(tǒng)的“智能工廠”。那時(shí)，云計(jì)算不過是制造業(yè)中的一個(gè)使用對(duì)象，不會(huì)成為掌控生產(chǎn)制造的中樞。

事實(shí)上，全世界工業(yè)發(fā)展的歷史表明，工業(yè)發(fā)展是由生產(chǎn)現(xiàn)場、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線、生產(chǎn)的控制系統(tǒng)、生產(chǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)及信息化系統(tǒng)來決定的，其中的IT技術(shù)包括云計(jì)算只是其中的內(nèi)涵部分。本質(zhì)上講，新工業(yè)革命應(yīng)該是從大地上奠基而起，不應(yīng)該是從云端降落。工業(yè)4.0開啟了正確的發(fā)展方向。

（3）工業(yè)4.0采用新的生產(chǎn)模式。

工業(yè)4.0不再是以大規(guī)模生產(chǎn)模式，而是定制化生產(chǎn)，是可以盈利的小規(guī)模甚至極小量產(chǎn)品、個(gè)性化產(chǎn)品的生產(chǎn)模式。由數(shù)字網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字化的自動(dòng)生產(chǎn)線支持，由于生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)配置，整個(gè)生產(chǎn)流程支持自律的生產(chǎn)設(shè)備，支持智能產(chǎn)品在流程中的定制與修改，生產(chǎn)方式更加靈活，傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)才可盈利的模式被數(shù)字化與智能化打破。

（4）工業(yè)4.0將滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)工業(yè)革命的要求，意義非常深遠(yuǎn)。

如同前三次工業(yè)革命一樣，新的工業(yè)革命必然要解決全社會(huì)對(duì)工業(yè)的新要求。新工業(yè)革命將應(yīng)對(duì)并解決當(dāng)今世界所面臨的一些挑戰(zhàn)，如資源和能源利用效率，城市生產(chǎn)和人口結(jié)構(gòu)變化等。工業(yè)4.0使資源生產(chǎn)率和效率增益不間斷地貫穿于整個(gè)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)，它使工作的組織考慮到人口結(jié)構(gòu)變化和社會(huì)因素。

智能輔助系統(tǒng)將工人從執(zhí)行例行任務(wù)中解放出來，使他們能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新、增值的活動(dòng)。由于智能生產(chǎn)與智能工廠的發(fā)展，引發(fā)技術(shù)工人短缺問題，也將允許年長的工人延長其工齡，保持更長的生產(chǎn)力。靈活的工作組織使得工人能夠?qū)⑺麄兊墓ぷ骱退饺松钕嘟Y(jié)合，并且繼續(xù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)更好的平衡。

工業(yè)4.0的實(shí)施將使企業(yè)員工可以根據(jù)形勢和環(huán)境敏感的目標(biāo)來控制、調(diào)節(jié)和配置智能制造資源網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)步驟。員工能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新性和高附加值的生產(chǎn)活動(dòng)。他們將在智能生產(chǎn)線上、智能工廠里，保持其關(guān)鍵作用，特別是在質(zhì)量保證方面。與此同時(shí)，靈活的工作條件，將在他們的工作和個(gè)人需求之間實(shí)現(xiàn)更好的協(xié)調(diào)。

（5）工業(yè)4.0更注重人在智能生產(chǎn)中的作用。

工業(yè)4.0是從生產(chǎn)、制造的實(shí)體經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生的革命，而不是由信息的虛擬云中產(chǎn)生的推動(dòng)。工業(yè)4.0與生產(chǎn)的工作組織和工廠勞動(dòng)力的素質(zhì)密切相關(guān)。通過工作組織和能力發(fā)展計(jì)劃相結(jié)合，人與技術(shù)系統(tǒng)之間的互動(dòng)合作將為企業(yè)提供新的機(jī)會(huì)，將人口變化轉(zhuǎn)化為自身優(yōu)勢。面對(duì)熟練勞動(dòng)力的短缺和日益多樣化的勞動(dòng)力（如年齡、性別和文化背景），工業(yè)4.0將提供靈活多樣的職業(yè)路徑，讓人們的工作生涯更長，并且保持生產(chǎn)能力。使用CPS的公司更加靈活的工作組織模式，意味著它們可以很好地滿足員工不斷增長的需求，讓員工在工作與私人生活之間，以及個(gè)人發(fā)展與持續(xù)的職業(yè)發(fā)展之間實(shí)現(xiàn)更好的平衡。使用CPS的公司在招聘最優(yōu)秀員工方面將具備明顯優(yōu)勢。創(chuàng)新不僅聚焦在克服技術(shù)難題上，由于員工在執(zhí)行與吸收技術(shù)創(chuàng)新中起到關(guān)鍵作用，因此，創(chuàng)新的范圍應(yīng)擴(kuò)展到包括工作與員工技能的智能組織。隨著開放虛擬工作平臺(tái)與人機(jī)交互系統(tǒng)的廣泛使用，員工的角色會(huì)發(fā)生很大變化。工作內(nèi)容、工作流程和工作環(huán)境會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，同時(shí)導(dǎo)致在工作靈活性、工作時(shí)間規(guī)章、醫(yī)療保健、人口學(xué)和人們業(yè)余生活方面產(chǎn)生影響。

在工業(yè)4.0時(shí)代，工作性質(zhì)很可能將在管理復(fù)雜局面、抽象工作與解決問題方面對(duì)所有的勞動(dòng)力提出更高的要求。員工需要有更強(qiáng)的主觀能動(dòng)性、極好的溝通能力、組織自身工作的能力，簡單說，就是對(duì)員工的主觀能力和潛力提出了更高的要求。同時(shí)，也會(huì)在豐富的工作內(nèi)容、更有趣的工作環(huán)境、很好的自主性和個(gè)人發(fā)展方面提供更多機(jī)會(huì)。

智能工廠將創(chuàng)建一個(gè)新的工作文化環(huán)境來滿足勞工人員的利益。采用合適的工作組織和設(shè)計(jì)模型將至關(guān)重要，這種組織模型可以將高度的個(gè)人責(zé)任感、自主權(quán)與分散的領(lǐng)導(dǎo)和管理方法相結(jié)合，讓員工擁有更大的自由來做出決定，更多地參與和調(diào)節(jié)他們自己的工作量，同時(shí)又能支持靈活的工作安排。技術(shù)可用于完全不同的工作，系統(tǒng)可以對(duì)一個(gè)人工作的微小細(xì)節(jié)設(shè)置嚴(yán)格的控制，或者它們可以配置一個(gè)開放的信息來源，員工以此為基礎(chǔ)做出自己的決定。工業(yè)4.0中，將持續(xù)的職業(yè)發(fā)展措施與技術(shù)、軟件進(jìn)行緊密配合，提供一個(gè)單一的、連貫的解決方案。解決方案為整個(gè)價(jià)值鏈的員工和（或）技術(shù)操作系統(tǒng)之間提供智能、合作、自我組織的相互協(xié)調(diào)機(jī)制。工業(yè)4.0的智能工廠將被配置為高度復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的和靈活的系統(tǒng)。工廠里被授權(quán)的員工將充當(dāng)決策者和控制者，這一點(diǎn)是工業(yè)4.0的重要特征。在工業(yè)4.0框架下，技術(shù)發(fā)展目標(biāo)和工作組織模式應(yīng)該根據(jù)具體的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)條件一起建立和配置。建立靈活的制造業(yè)組織模式是必要的，可以在員工的工作和私人生活之間建立清晰的邊界，使他們達(dá)到現(xiàn)實(shí)的工作和生活的平衡。在這種背景下可以為創(chuàng)造良好公平就業(yè)和工作人員的安全提供標(biāo)準(zhǔn)和途徑。這一戰(zhàn)略包含一個(gè)擁有參與權(quán)、共同決策和培訓(xùn)機(jī)會(huì)的以員工為本的組織設(shè)計(jì)。盡管如此，它仍能滿足全球競爭力的要求和更大靈活性的需要，如圖3所示。

圖3 CPS智能輔助系統(tǒng)對(duì)員工的輔助功能

由上可見，工業(yè)4.0非常重要的變革始于工廠、始于生產(chǎn)線、始于工作組織以及新的工作關(guān)系。工業(yè)4.0是真正的以人為本的系統(tǒng)，這是工業(yè)4.0“腳踏實(shí)地”的根本所在。

工業(yè)4.0對(duì)智能產(chǎn)品提出了一個(gè)重要的戰(zhàn)略目標(biāo)：“更好，而不是更便宜”（Better but not cheap）。這就確保了“好的工作”、“技術(shù)創(chuàng)新”和“職工共同決策”三方面在工業(yè)4.0背景下并不相排斥；相反，使得在智能生產(chǎn)線上生產(chǎn)出的高質(zhì)量智能產(chǎn)品得到市場的認(rèn)可，物有所值，甚至使得困擾電商的假冒偽劣得到根治。

總結(jié)起來以工業(yè)4.0為綱領(lǐng)的新工業(yè)革命與舊的工業(yè)有許多新發(fā)展：

（1）工業(yè)4.0將在制造領(lǐng)域的所有因素和資源間形成全新的社會(huì)——技術(shù)互動(dòng)水平。它將使生產(chǎn)資源（生產(chǎn)設(shè)備、機(jī)器人、傳送、裝置、倉儲(chǔ)系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施）形成一個(gè)循環(huán)網(wǎng)絡(luò)，這些生產(chǎn)資源將具有以下特性：自主性、可自我調(diào)節(jié)以應(yīng)對(duì)不同形勢、可自我配置、基于以往經(jīng)驗(yàn)、配備傳感設(shè)備、分散配置，同時(shí)，它們也包含相關(guān)的計(jì)劃與管理系統(tǒng)。

（2）作為工業(yè)4.0的一個(gè)核心組成，智能工廠將滲透到公司間的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)中，并最終促使數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)的完美結(jié)合。智能工廠以端對(duì)端的工程制造為特征，這種端對(duì)端的工程制造不僅涵蓋制造流程，同時(shí)也包含了制造的產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字和物質(zhì)兩個(gè)系統(tǒng)的無縫融合。智能工廠將使制造流程的日益復(fù)雜性對(duì)于工作人員來說變得可控，在確保生產(chǎn)過程具有吸引力的同時(shí)使制造產(chǎn)品在都市環(huán)境中具有可持續(xù)性，并且可以盈利。

（3）工業(yè)4.0中的智能產(chǎn)品具有獨(dú)特的可識(shí)別性，可以在任何時(shí)候被分辨出來。甚至當(dāng)它們?cè)诒恢圃鞎r(shí)，它們就可以知道整個(gè)制造過程中的細(xì)節(jié)。在某些領(lǐng)域，這意味著智能產(chǎn)品能半自主地控制它們生產(chǎn)的各個(gè)階段。此外，智能產(chǎn)品也有可能確保它們?cè)诠ぷ鞣秶鷥?nèi)發(fā)揮最佳作用，同時(shí)在整個(gè)生命周期內(nèi)隨時(shí)確認(rèn)自身的損耗程度。這些信息可以匯集起來供智能工廠參考，以判斷工廠是否在物流、裝配和保養(yǎng)方面達(dá)到最優(yōu)，當(dāng)然，也可以應(yīng)用于商業(yè)管理應(yīng)用的整合。

（4）在未來，工業(yè)4.0將可能使有特殊產(chǎn)品特性需求的客戶直接參與到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、構(gòu)造、預(yù)訂、計(jì)劃、生產(chǎn)、運(yùn)作和回收各個(gè)階段。更有甚者，在即將生產(chǎn)前或者在生產(chǎn)的過程中，如果有臨時(shí)的需求變化，工業(yè)4.0都可立即使之變?yōu)榭赡堋．?dāng)然，這就會(huì)使生產(chǎn)獨(dú)一無二的產(chǎn)品或者小批量的商品仍然可以獲利。

（5）工業(yè)4.0的實(shí)施將使企業(yè)員工可以根據(jù)形勢和環(huán)境敏感的目標(biāo)來控制、調(diào)節(jié)和配置智能制造資源網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)步驟。員工將從執(zhí)行例行任務(wù)中解脫出來，使他們能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新性和高附加值的生產(chǎn)活動(dòng)。因此，他們將保持其關(guān)鍵作用，特別是在質(zhì)量保證方面。與此同時(shí)，靈活的工作條件，將在他們的工作和個(gè)人需求之間實(shí)現(xiàn)更好的協(xié)調(diào)。

（6）工業(yè)4.0的實(shí)施需要通過服務(wù)水平協(xié)議來進(jìn)一步拓展相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和特定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。這將可能滿足那些具有高帶寬需求的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，同時(shí)也可以滿足那些提供運(yùn)行時(shí)間保障的服務(wù)供應(yīng)商，因?yàn)橛行?yīng)用具有嚴(yán)格的時(shí)間要求。

作者簡介

魏曉東，1967年天津大學(xué)精儀系畢業(yè)。1984~1991任安徽工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化系副教授。1991出版《分散型控制系統(tǒng)》（上海科技文獻(xiàn)出版社）。2000-2012任北京和利時(shí)系統(tǒng)工程公司副總工、事業(yè)部總設(shè)計(jì)師，北京地鐵13號(hào)線、深圳地鐵一期工程、廣州地鐵3號(hào)線綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)總負(fù)責(zé)人。2006、2010年出版《城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)》初版與第二版（電自工業(yè)出版社）；2010年主編國家標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50636-2010）《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB/T50732-2011）；2010年主編關(guān)于兩化融合的國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)規(guī)范》（GB/T26335-2010）。2013至今任清華同方數(shù)字城市工程中心技術(shù)專家，住建部城市軌道交通標(biāo)注技術(shù)網(wǎng)Eu委員會(huì)委員，全國自動(dòng)化系統(tǒng)與集成標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)委員。

摘自《自動(dòng)化博覽》2015年11月刊