工業(yè)4.0帶來(lái)機(jī)器人的進(jìn)化

2009～2012年歐洲深陷債務(wù)危機(jī)，德國(guó)經(jīng)濟(jì)卻一枝獨(dú)秀，依然堅(jiān)挺。德國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的動(dòng)力來(lái)自其基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)——制造業(yè)所維持的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于德國(guó)而言，制造業(yè)是傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)動(dòng)力，制造業(yè)的發(fā)展是德國(guó)工業(yè)增長(zhǎng)不可或缺的因素，基于這一共識(shí)，德國(guó)政府傾力推動(dòng)進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新，其關(guān)鍵詞是“工業(yè)4.0”。

工業(yè)4.0的誕生背景。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、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(guò)程中，盡管德國(guó)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)域更是處于領(lǐng)軍地位，但德國(guó)工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)及其相對(duì)弱項(xiàng)也顯而易見(jiàn)。一方面，機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域的全球競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，不僅美國(guó)積極重振制造業(yè)，亞洲的機(jī)械設(shè)備制造商也正在奮起直追，威脅著德國(guó)制造商在全球市場(chǎng)的地位。另一方面，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是德國(guó)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(shì)，面對(duì)新一輪技術(shù)革命的挑戰(zhàn)，德國(guó)推出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，其目的就是充分發(fā)揮德國(guó)的制造業(yè)基礎(chǔ)及傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，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)（Cyber-Physical System，CPS），以便在向未來(lái)制造業(yè)邁進(jìn)的過(guò)程中先發(fā)制人，與美國(guó)爭(zhēng)奪新一輪工業(yè)革命的話語(yǔ)權(quán)。

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(zhēng)奪國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和話語(yǔ)權(quán)的重要舉措。為此，德國(guó)的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略詳盡描繪了信息物理系統(tǒng)（CPS）概念。希望利用CPS系統(tǒng)，開(kāi)創(chuàng)新的制造方式，通過(guò)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(guò)程中，與設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)將通過(guò)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(shuō)，“工業(yè)4.0”是德國(guó)希望改變信息技術(shù)不斷融入制造業(yè)所造成的支配地位。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(guò)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)制造的中樞所在。

在德國(guó)，“工業(yè)4.0”概念被認(rèn)為是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，旨在通過(guò)深度應(yīng)用信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)等技術(shù)手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。與美國(guó)的第三次工業(yè)革命說(shuō)法不同，德國(guó)“工業(yè)4.0”認(rèn)為，在制造業(yè)領(lǐng)域，將各種資源、信息、物品和人融合在一起，相互聯(lián)網(wǎng)的眾多CPS系統(tǒng)組成了“工業(yè)4.0”。CPS包括智能設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和生產(chǎn)制造業(yè)務(wù)流程管理，從生產(chǎn)原材料采購(gòu)到產(chǎn)品出廠，整個(gè)生產(chǎn)制造和物流管理過(guò)程，都基于信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、可視化的智能制造。

制造業(yè)內(nèi)植入互聯(lián)網(wǎng)，是深度應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)界限、全民化、信息化、傳播速度快等特性，創(chuàng)新制造模式、整合生產(chǎn)資源、提升生產(chǎn)效率，從而促進(jìn)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。德國(guó)“工業(yè)4.0”是制造業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化的一個(gè)體現(xiàn)。具體而言，就是在“智能工廠”以“智能生產(chǎn)”方式制造“智能產(chǎn)品”，整個(gè)過(guò)程貫穿以“網(wǎng)絡(luò)協(xié)同”。

“工業(yè)3.0”與“工業(yè)4.0”的差別。“工業(yè)4.0”時(shí)代的智能化，是在“工業(yè)3.0”時(shí)代的自動(dòng)化技術(shù)和架構(gòu)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)從集中式中央控制向分散式增強(qiáng)控制的生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，利用傳感器和互聯(lián)網(wǎng)讓生產(chǎn)設(shè)備互聯(lián)，從而形成一個(gè)可以柔性生產(chǎn)的、滿足個(gè)性化需求的大批量生產(chǎn)模式。

20世紀(jì)70年代后期，自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)始用于生產(chǎn)制造之中。此后，許多工廠都在不斷探索如何提高生產(chǎn)效率，如何提高生產(chǎn)質(zhì)量以及生產(chǎn)的靈活性。一些工廠從機(jī)械制造的角度提出了機(jī)電一體化、管控一體化。機(jī)電一體化實(shí)現(xiàn)了流水線工藝，按順序操作，為大批量生產(chǎn)提供了技術(shù)保障，提高了生產(chǎn)效率；管控一體化基于中央控制能夠?qū)崿F(xiàn)集中管理，一定程度上節(jié)約了生產(chǎn)制造的成本，提高了生產(chǎn)質(zhì)量。但是，兩者都無(wú)法解決生產(chǎn)制造的靈活性問(wèn)題。

如今，隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的飛躍發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品需求的變化，使得靈活性進(jìn)一步成為生產(chǎn)制造領(lǐng)域面臨的最大挑戰(zhàn)。具體而言，由于技術(shù)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁，產(chǎn)品的生命周期越來(lái)越短。對(duì)于制造業(yè)工廠來(lái)說(shuō)，既要考慮對(duì)產(chǎn)品更新?lián)Q代的快速響應(yīng)能力，又要考慮因生命周期縮短而減少產(chǎn)品批量。隨之而來(lái)的，是成本提升和價(jià)格壓力問(wèn)題。

“工業(yè)4.0”則讓生產(chǎn)靈活性的挑戰(zhàn)成為新的機(jī)遇，將現(xiàn)有的自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)與迅速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)相融合來(lái)解決柔性化生產(chǎn)問(wèn)題。“個(gè)性化”是有針對(duì)性的、量身定制的代名詞；“規(guī)?；?rdquo;意味著大批量、重復(fù)生產(chǎn)。“工業(yè)4.0”時(shí)代的智能制造就是讓“個(gè)性化”和“規(guī)?；?rdquo;這兩個(gè)在工業(yè)生產(chǎn)中相互矛盾的概念相互融合的生產(chǎn)方式，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段讓供應(yīng)鏈上的各個(gè)環(huán)節(jié)更加緊密聯(lián)系、高效協(xié)作，使得個(gè)性化產(chǎn)品能夠以高效率的批量化方式生產(chǎn)，即大規(guī)模定制生產(chǎn)。

通過(guò)比較，可以看出，大規(guī)模定制既保留了大規(guī)模生產(chǎn)的低成本和高速度，又具有定制生產(chǎn)的靈活性，將工業(yè)化和個(gè)性化比較完美地結(jié)合在了一起。大規(guī)模定制生產(chǎn)也是企業(yè)參與競(jìng)爭(zhēng)的新方法，是制造業(yè)企業(yè)獲得成功的一種新的思維模式。大規(guī)模定制以顧客愿意支付的價(jià)位和能獲得一定利潤(rùn)的成本，來(lái)高效率地進(jìn)行產(chǎn)品定制，滿足顧客的個(gè)性化需要。

定制產(chǎn)品由于更接近互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的個(gè)性化需求，所以比標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品有更大的價(jià)值空間。此外，大規(guī)模定制生產(chǎn)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，使供應(yīng)商、制造商、經(jīng)銷商以及顧客之間的關(guān)系更加緊密。借助互聯(lián)網(wǎng)和電子商務(wù)平臺(tái)進(jìn)行大規(guī)模定制也可以實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者、經(jīng)銷商和制造商等多方的“滿意”與“共贏”。