1.3　工业4.0

三次工业革命后，人类将迎来以信息物理系统CPS为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的“第四次工业革命”。

1.3.1　工业4.0的定义

从战略层面上：工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划。旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智能工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。

从技术层面上：功能强大的、自主的微型计算机（嵌入式系统）正越来越多地相互之间，或与互联网通过无线方式互联。资源、信息、物品和人将进行互联，从而造就物联网和服务。在制造领域，这种将物联网和服务应用到制造业的渐进性进步可以被描述为工业化的第四个阶段，即工业4.0。

1.3.2　工业4.0的要素和必要环境

Ploss博士更进一步说明了工业4.0的要素和必要环境。

（1）一定是在非常高度的自动化、数据信息化生产线：指已经在工业3.0的基础之上，实现产品的一致性与良率。

（2）水平方面的集成：就是“智慧工厂”，将“人机料法环”生产过程的五大要素通过大数据的管理系统实现人与机器、机器与机器对话，从而提升生产效率，提升产品的质量，实现了数据信息的提取、集成、跟踪和分析。生产现场自动化、无人化应只是趋势而不是目的。

（3）垂直方面的集成：就是“智能制造”，从产品市场需求的预估、了解、掌控，到上游物料、物流的智能存储，要做到及时的供给，“智慧工厂”才能及时满足市场需求，发挥最大经济效率，营造竞争力。工业4.0不只是新科技，而是以新科技为工具，达到生产经营管理管控的新高度。

工业4.0有三大主题，如图1-3所示。

图1-3　工业4.0的三大主题

近年来先进的网络科技、新移动信息技术、多功能传感器、智能光学、影像比对、运动控制技术的大幅精进，使得围绕新工业革命主题的先进工业制造、生产科技得以在可互联互通（工业物联网）以及近乎即时（real time）的大量数据收集方面的能力不断提升，在各种集成、创新、应用、转型不断展开下，可预知不久的未来制造、生产的发展如图1-4所示，4.0工厂场景指日可待。

图1-4　4.0工厂场景

除了以上生产制造用集成设备不断革新外，其他提升工业制造能力的先进技术应用产业也陆续成为时代亮点及发展核心。如人工智能、工业互联网、工业云计算、大数据、工业机器人、3D打印都旨在为全新的工业制造、科技生产提供“革命性”提升精进的契机。从取代人力出发的自动化科技精准量产定制化服务，再到在日趋清晰完备的智慧工厂、“智能智造”等的优化助力下，人类的生活水平也由此得到了革命性的改善。