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如果有人说“工厂将解决当前的全球性问题”，你可能会认为这是一个大谈特谈。但是现在有一个国家正在努力实现这个宏伟的概念，这个国家就是德国。
现在，德国政府提出了高科技战略“工业4.0”，并开始推动工业、政府和学习的一体化。如果用一个词来概括这个概念，那就是“互联工厂”。它通过互联网等通信网络将工厂与工厂内外的事物和服务联系起来，创造前所未有的价值，建立新的商业模式，甚至解决许多社会问题。本文将简要描述从1.0到4.0的工业革命，并结合2013年汉诺威工业博览会上关于第四次工业革命的一些讨论。
受中国液压气动密封行业协会委托，作者参加了2013年汉诺威工业博览会。本届汉诺威博览会的热门话题是“第四次工业革命”。
第四次工业革命(industrie 4.0)是由三位大学教授在2011年汉诺威博览会上首次提出的。
制造业占德国国民经济的26%。作为提升传统制造业的战略发展方向，项目研究小组于2012年10月2日向德国联邦政府教育研究部、经济事务部和内政部提交了112页的实施方案。2亿欧元(约16亿元人民币)已被分配作为研发资金的第一步。
这是一场有组织的革命。德国机械设备制造协会(vdma)、电子工业中央联盟(zvei)和信息与通信新媒体协会(bitkom)在历史上首次建立了联合工作平台，并于2013年4月开始工作。任务之一是协调现有的和即将到来的研究项目。
在德国，工业革命是如此的分裂:
机械化第一次。自18世纪末以来，蒸汽机逐渐取代了人力。
当时，机器由集中动力驱动，动力通过皮带从上空动力轴传递给机器。
以前已经开始分工的机械制造业，直到采用一种新的动力模式才开始其目前的形式。
机床制造业作为一个行业，最早起源于英国。“德国制造”是英国人在德国人造机床上张贴的警告标志(作为次品)。
第二次，流水线生产。自1913年以来，美国福特公司就采用装配线生产汽车，并进行标准化生产。成本大大降低，价格从850美元降到了370美元。但同时，它也大大放弃了个性化。
机器和生产线逐渐由电力驱动，这更容易控制。
第三，自动化。它始于1974年。当时，德国一个小地方的小企业(klaschka gmbh)开发了一种由集成电路制成的plc(可编程逻辑控制器)。与继电器组成的控制器相比，控制逻辑的更换和修改更加方便和灵活，这是微处理器控制在工业应用中的第一步。但当时是冷战时期，没有人认为这个小东西会给工业生产带来如此巨大的变化，以至于它值得被称为一场革命。此后，硬件水平和集成度不断提高，采用了C语言和高级编程语言，不仅可以描述简单的与或逻辑关系，还可以描述各种复杂的控制策略(pid、自适应、自学习等)。)。现在它已经被广泛使用，几乎无处不在。
一个典型的例子是汽车工业。20世纪80年代末，美国麻省理工学院完成的一份研究报告《机器改变了世界》(The Machine Changed the World)称，除了“超薄”(零库存)工厂之外，日本汽车工业之所以能在20年内占领三分之一的世界市场，最重要的原因是装配自动化已经得到广泛实现，机器人辅助装配大大提高了质量和生产率。因此，在未来，美国和欧洲的汽车工业非常。然而，德国的汽车工业停滞不前，原因之一是德国的机器人配备了plc，并且程序可以灵活地改变和不断改进。
第四次工业革命的目标是工厂智能化，智能工厂。
中心:让网络技术进入制造业。
背景:制造业未来将面临的形势——资源短缺、能源变化、员工年龄结构变化、全球化。
技术基础:网络与空之间的分布式系统，通信顺畅，宽带速度高达7000兆位/秒
特点:灵活性、高资源效率、考虑人体工程学，以及企业与客户和商业伙伴的最紧密结合。
设想的变化大致有以下几个方面。
1)生产技术和信息技术的融合
目前，数字化工厂强调生产计划的数字化和各种计算机辅助技术的广泛应用:cad、cam、cim、pps(生产计划控制系统)、pdm、dmu(数字测试模型)、plm(产品生命周期管理)等。，它们大多基于相对固定的、自上而下的集中式生产控制系统。新的革命强调分散化，降低集中控制的程度，增加生产设备的独立控制，通过网络将分散化、独立化和智能化的制造设备紧密连接起来，具有更加开放和主动的通信系统结构，更加动态和灵活，从而探索更多的优化可能性，预计生产效率可提高30%。其中，cps将发挥核心作用。
网络实体融合控制系统是由传感器、控制计算机、执行器和网络组成的控制系统。
目前，在一些领域，如航空、汽车、化工生产、基础设施、能源、卫生、制造、交通控制、娱乐和消费电子产品等。类似于cps的电子组合控制系统已经出现，但是这些系统目前通常是嵌入式系统，强调它们的操作控制能力，而cps则强调物理设备和计算机网络之间的连接
Cps是人的控制在时间上的延伸，空通过技术手段，其本质是人、机、物的整合。因此，它也被称为人机集成系统。
2)产品个性化
一个高度灵活的工厂能够满足客户对个性化、多样化和不断变化的产品的需求，并且能够以大规模生产为代价，通过现代手段制造批量产量为1的产品。从某种意义上说，回到了第一次工业革命之前。在设计、加工、装配和调试阶段，客户不仅在签订合同前，而且在下订单后都要与工厂频繁沟通。因此，客户甚至可以在生产过程中更改订单的细节。
力士乐泵厂年产量超过100万台，但有十几个类别，每个类别有十几个规格，每个规格有十几个可变功能。应设置不同的压力极限和恒定功率值。因此，有成千上万的最终产品，不是每批很多。灵活的管理极其重要。
3)生产人性化
通过工厂的智能化，更多的员工可以有灵活的工作时间，这样他们可以安心工作。
有了网络，生产可以分散，能源供应也可以分散。
使用互联网，员工可以在附近甚至在家工作。他们问，如果每天有大量员工开车长途跋涉去上班，然后去工厂努力节能减排，有什么实际意义？
图1显示了一个假设的工厂，一个假设的网络化工厂。
A.所有加工设备、待加工零件(运输小车)和装载机器人都配有cps，具有无线互联网接入功能。
B.待加工的零件直接与加工设备接触，而不经过中央控制器来确定加工哪个设备。工件控制工厂。
C.负责下一道工序的加工设备直接调用待加工工件，独立的运输小车根据铺设在地下的感应线将工件送至装载机器人。
D.后续工序所需的所有产品信息，包括生产和销售文件，应由每个工件携带。
E.如果出现错误或客户的特殊要求与现有cam数据不一致，研发工程师将立即收到警报。将在虚拟测试环境中立即检查补充改进措施，然后将其发送至工件。德国应用技术研究所制造设备和生产技术研究所(ipk)与柏林技术大学机床和工厂管理研究所合作。自2008年以来，成立了一个名为sopro(Production Self-organization)的示范车间，用笔记本电脑模拟产品，自行安排加工，并发挥核心领导作用。在凯泽兰的人工智能研究中心建立了一个示范工厂(图2)，有20家企业参与了工厂的运营。
图2示范工厂
德国的威滕斯坦在斯图加特建造了一个所谓的“住宅工厂”。机床、生产工具和半成品都已联网，产品细节可以在最后一刻更改。制造的精密齿轮用于方程式I的赛车、aviation/き0/航空航天设备
力士乐公司引入了开放核心(图3)，即工程师可以使用各种高级编程语言和各种编程工具调用核心控制功能，并从各种硬件的各种操作系统中完成各种应用。演示模型是一台平板电脑，它通过无线网络(w-lan)控制一个六自由度平台，并随平板电脑摆动。
图3力士乐推出的开放内核
图4显示了力士乐未来的工厂——全自动车间，技术人员拿着一台平板电脑，使用无线网络与各种设备联系，了解情况并调整情况。
“第四次工业革命”也在2013年汉诺威工业博览会上得到广泛讨论。一般的意见是:
1)德国在机械制造、自动化和信息技术方面已经非常强大，其经济依赖于专有技术、高质量和创新产品来生存。因此，它具备在第四次工业革命中发挥主导作用的最佳前提条件，从而保持和扩大德国制造业的传统核心和国际领先地位。
2)第四次工业革命不是从今天到明天的突然变化，而是一个渐进的过程(2020-2030)。在以前的工业革命中，每个阶段持续了几十年。因为，在进行实质性的工程和技术改造之前，首先需要的是改变参与者的想法，并在各个技术领域进行思考。现在，经济界、法律界和工会都参加了。
3)注重实效、持续改进、创新非常重要。
4)商业伙伴和员工是最终的赢家。如果做不到这一点，所有闭门思过的计划都将毫无用处。
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