工業(yè)4.0在德國(guó)被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命，主要是指，在“智能工廠”利用“智能設(shè)備”將“智能物料”生產(chǎn)成為“智能產(chǎn)品”，整個(gè)過程貫穿以“網(wǎng)絡(luò)協(xié)同”，從而提升生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。它的典型特征是：融合性與革命性，是新一代信息技術(shù)與工業(yè)化深度融合的產(chǎn)物，是一種新的生產(chǎn)方式，推動(dòng)傳統(tǒng)大規(guī)模批量生產(chǎn)向大規(guī)模定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。

智能工廠

“工業(yè)4.0”其實(shí)就是基于信息物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能工廠，最終實(shí)現(xiàn)的是制造模式的變革。

（一）智能工廠概念

“工業(yè) 4.0”從嵌入式系統(tǒng)向信息物理系統(tǒng)（CPS）進(jìn)化，形成智能工廠。智能工廠作為未來第四次工業(yè)革命的代表，不斷向?qū)崿F(xiàn)物體、數(shù)據(jù)以及服務(wù)等無縫連接的互聯(lián)網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)）的方向發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)分別位于智能工廠的三層信息技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)的底層和頂層。最頂層中，與生產(chǎn)計(jì)劃、物流、能耗和經(jīng)營(yíng)管理相關(guān)的ERP、SCM、CRM等，和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)相關(guān)的PLM處在最上層，與服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)緊緊相連。中間一層，通過CPS物理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線控制、調(diào)度等相關(guān)功能。從智能物料供應(yīng)，到智能產(chǎn)品的產(chǎn)出，貫通整個(gè)產(chǎn)品生命周期管理。最底層則通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制、執(zhí)行、傳感，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)（圖1）。

圖1 智能工廠的三層信息技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)

（二）智能工廠的三項(xiàng)集成

集成意味著以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為核心，是信息技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用發(fā)展的高級(jí)階段，支持制造過程的各個(gè)環(huán)節(jié)。高度集成化能夠極大地提高企業(yè)的生產(chǎn)效率、有效組織各方資源、鼓舞不同鏈條中的員工的生產(chǎn)積極性，將企業(yè)從不同個(gè)體變?yōu)榫邆涑瑥?qiáng)凝聚力的團(tuán)隊(duì)，使人員組織管理、任務(wù)分配、工作協(xié)調(diào)、信息交流、設(shè)計(jì)資料與資源共享等發(fā)生根本性變化。

“工業(yè)4.0”通過CPS，將生產(chǎn)設(shè)備、傳感器、嵌入式系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等融合成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，使得設(shè)備與設(shè)備以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對(duì)端的高度集成。

橫向集成是指網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的企業(yè)間通過價(jià)值鏈以及信息網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)的一種資源信息共享與資源整合，確保了各企業(yè)間的無縫合作，提供實(shí)時(shí)產(chǎn)品與服務(wù)的機(jī)制。橫向集成主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同合作上，主要是指從企業(yè)的集成到企業(yè)間的集成，走向企業(yè)間產(chǎn)業(yè)鏈、企業(yè)集團(tuán)甚至跨國(guó)集團(tuán)這種基于企業(yè)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的集成，產(chǎn)生新的價(jià)值鏈和商業(yè)模式的創(chuàng)新（圖2）。

圖2 智能工廠的橫向集成

縱向集成是指基于智能工廠中的網(wǎng)絡(luò)化的制造體系，實(shí)現(xiàn)分散式生產(chǎn)，替代傳統(tǒng)的集中式中央控制的生產(chǎn)流程。縱向集成主要體現(xiàn)在工廠內(nèi)的科學(xué)管理上，從側(cè)重于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過程，走到了產(chǎn)品全生命周期的集成過程，建立有效的縱向的生產(chǎn)體系（圖3）。

圖3 智能工廠的縱向集成

端對(duì)端集成是指貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的工程化信息系統(tǒng)集成，以保障大規(guī)模個(gè)性化定制的實(shí)施。端對(duì)端集成以價(jià)值鏈為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)端到端的生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)信息世界和物理世界的有效整合。端對(duì)端集成是從工藝流程角度來審視智能制造，主要體現(xiàn)在并行制造上，將由單元技術(shù)產(chǎn)品通過集成平臺(tái)，形成企業(yè)的集成平臺(tái)系統(tǒng)，并朝著工廠綜合能力平臺(tái)發(fā)展（圖4）。

圖4 智能工廠的端到端的集成

智能工廠的三項(xiàng)集成，從多年來以信息共享為集成的重點(diǎn)，走到了過程集成的階段，并不斷向智能發(fā)展的集成階段邁進(jìn)。“工業(yè)4.0”推動(dòng)在現(xiàn)有高端水平上的縱向、橫向以及端到端的，包括企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同合作企業(yè)之間以及企業(yè)和顧客之間的全方位的整合。

從過去集成化思想在制造業(yè)中發(fā)展歷程以及給制造業(yè)帶來的效果評(píng)價(jià)來看，制造業(yè)已然越來越離不開以先進(jìn)技術(shù)為支持的全方位整合。可以說，基于全方位整合的集成化思維是制造業(yè)新思維之一。而且，制造業(yè)今后的發(fā)展也必將以“借勢(shì)借力、整合資源”的全方位整合為基本思路。