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摘 要：工业4.0预示着我们世界上第四次工业革命的到来，是人类的工业技术与信息技术上实现真正的结合的标志，发展信息化的制造业，为世界工业带来新的发展方向。本文主要对工业4.0进行了深入的分析和研究，重点探讨了工业4.0的主要技术和未来的发展方向。
关键词：工业4.0；CPS；技术；发展
1.“工业4.O”概念
“工业4.0”是指以满足个性化、随时变化的顾客需求为目的，综合利用智能制造、动态定价、价值分享协议等手段，提供制造端直通用户端的“端到端解决方案”的一种全新的生产组织模式。它以“网络化制造”、“自我组织适应性强的物流”、“集成客户的制造工程”为特征，生产组织由集中式控制向分散式增强型控制转变，目标是建立一个高度灵活的个性化、数字化、智能化的产品与服务相结合的生产模式。在这种模式中，制造与制造服务业的行业界限将消失，创造价值的过程发生根本性变革，产业链分工将被重组。德国工业界认为“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命。通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统——信息物理系统（Cyber—PhysicalSystem）相结合的手段，将制造业向智能化转型。
2.建立在CPS之上
“工业4.0”的框架内并没有涉及到新技术的引进，而是强调通过信息物理系统（CPS）与生产系统的融合来改变当前的工业生产与服务模式。以物联网、服务网以及数据网为核心内容的CPS将成为“工业4.0”的基础。长期以来占据产业主导地位的制造业技术，由于其系统的封闭性会面临被淘汰的可能，而信息、通信、软件技术在制造业中将发挥越来越重要的作用，成为“工业4.0”时代的新宠儿。
基于高性能软件的嵌入式系统与融合在数字网络中的专业用户接口之间，发生的相互作用，将诞生全新的系统功能性世界，举一个简单的例子，智能手机囊括许多应用和服务，已经远远超出设备本身通话功能。由于全新的划时代应用和服务的提供商将不断涌现，渐渐形成新价值链，所以，CPS也将对现有业务与市场模式带来范式转变。汽车工业、能源经济，还有包括诸如工业4.0的生产技术的各个工业部门，将同步因这些新价值链发生巨变。未来，CPS将以以往人类无法想象的形式，对人类安全、效率、生活舒适度、提升健康水平等做出贡献。同时，CPS也将对解决人口结构变化、自然资源不足、可持续发展以及能源结构变化等带来的问题，发挥关键性的作用。
3.“工业4.0”项目的重点应用技术
随着工业4.0时代的到来，许多沿用多年、占据主导地位的工业自动化技术，正面临被淘汰、被更新换代的命运，而一批以前认为是高端的工业自动化技术，也随着新时代的到来，快速的走入到了实际的应用中去，成为新时代的宠儿：一是以工业PC为基础的低成本工控自动化将成为主流；二是PLC进入第六代——微型化、网络化、PC化和开放性；三是DCS系统走向测控管一体化设计；四是控制系统向现场总线（FCS）方向发展；五是仪器仪表向数字化、智能化、网络化、微型化发展；六是数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展；七是工业控制网络向有限和无限相结合的方向；八是工业控制软件向标准化、网络化、智能化和开放性方向发展。
此外，为了实现工业制造到工业4.0的转变，德国还要实现一项双重策略。不仅应该一如既往地把“信息和通讯科技”和“自身的传统高科技策略”进行整合，以努力成为智能制造科技的主要供应商，寻求稳固自身在全球市场的领导地位。同时，还应创造并服务于CPS科技和产品。为了达成这个双重要求，以下几个工业4.0的特征应该被执行：一是横向集成需要通过价值网络；二是端到端的工程立体集成横跨整个价值链；三是垂直集成和网络化的制造系统。通向工业4.0之路要求德国在研发上投入巨大的精力，为了实现双重策略，所进行的研究首先必须实现“制造系统的水平和垂直集成”和“工程上端到端的集成”。此外，出于对工业4.0系统的要求和CPS科技持续发展的目的，在工作场所中新的社会基础设施应该得到更多关注。
4.智能工厂：自动化制造业的未来
CPS连接了虚拟空间与物理现实世界，技术过程与业务过程也因此得到融合，从而开创新工业时代，最能够准确表达新工业时代的就是工业4.0项目倡导的智能工厂概念，智能工厂是通过在生产系统中配备CPS来实现的，相对于传统生产系统，智能工厂的产品、资源及处理过程因CPS的存在，将具有非常高水平的实时性，同时在资源、成本节约中也颇具优势。智能工厂按照重视可持续性的服务中心的业务来设计，因此，服从性、灵活性、自适应以及学习等特征、容错能力，甚至风险管理都是其中不可或缺的要素。智能工厂的装备将实现高级自动化，主要是由基于自动观察生产过程的CPS的生产系统的灵活网络来实现的。通过可实时应对的灵活的生产系统，能够实现生产过程的彻底优化。同时，生产优势不仅仅是在特定生产条件下一次性体现，也可以实现多家工厂、多个生产单元所形成的世界级网络的最优化。这就意味着，创新技术、成本与时间的节约，拥有培育新市场机会的网络容量的“自下而上”型生产模式中的革命。
智能工厂的生产相对于传统制造工业有如下优势：由CPS形成最优化的生产过程：智能工厂的“单元”决定其活动范围、设定选项以及生产条件，可与其他单元进行独立的无线通信。理想的生产系统，智能编辑产品特性、成本、物流管理、安全、信賴性、时间以及可持续性等要素，为每个顾客进行最优化的产品制造。
5.结论
综上所述，不管是工业4.0还是CPS，都标志着工业制造和信息技术，以及控制技术的真正融合，工业制造中的各种技术实现真正意义上的分工合作，更是将工业4.0的价值得以真正的体现。工业4.0 将会使得从原材料变为产品的过程更加多产和高效，对制造业而言，越来越多的微小企业通过互联网组成可与大企业对抗的社区或联盟，他们可能是智能化工厂的先锋队。
参考文献：
[1]王巍.以创新抢占“工业4.0”时代发展制高点.《现代商贸业》，2014（3）
[2]张曙.工业4.0和智能制造.《机械设计与制造工程》，2014（8）
关键词：工业4.0；CPS；技术；发展
1.“工业4.O”概念
“工业4.0”是指以满足个性化、随时变化的顾客需求为目的，综合利用智能制造、动态定价、价值分享协议等手段，提供制造端直通用户端的“端到端解决方案”的一种全新的生产组织模式。它以“网络化制造”、“自我组织适应性强的物流”、“集成客户的制造工程”为特征，生产组织由集中式控制向分散式增强型控制转变，目标是建立一个高度灵活的个性化、数字化、智能化的产品与服务相结合的生产模式。在这种模式中，制造与制造服务业的行业界限将消失，创造价值的过程发生根本性变革，产业链分工将被重组。德国工业界认为“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命。通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统——信息物理系统（Cyber—PhysicalSystem）相结合的手段，将制造业向智能化转型。
2.建立在CPS之上
“工业4.0”的框架内并没有涉及到新技术的引进，而是强调通过信息物理系统（CPS）与生产系统的融合来改变当前的工业生产与服务模式。以物联网、服务网以及数据网为核心内容的CPS将成为“工业4.0”的基础。长期以来占据产业主导地位的制造业技术，由于其系统的封闭性会面临被淘汰的可能，而信息、通信、软件技术在制造业中将发挥越来越重要的作用，成为“工业4.0”时代的新宠儿。
基于高性能软件的嵌入式系统与融合在数字网络中的专业用户接口之间，发生的相互作用，将诞生全新的系统功能性世界，举一个简单的例子，智能手机囊括许多应用和服务，已经远远超出设备本身通话功能。由于全新的划时代应用和服务的提供商将不断涌现，渐渐形成新价值链，所以，CPS也将对现有业务与市场模式带来范式转变。汽车工业、能源经济，还有包括诸如工业4.0的生产技术的各个工业部门，将同步因这些新价值链发生巨变。未来，CPS将以以往人类无法想象的形式，对人类安全、效率、生活舒适度、提升健康水平等做出贡献。同时，CPS也将对解决人口结构变化、自然资源不足、可持续发展以及能源结构变化等带来的问题，发挥关键性的作用。
3.“工业4.0”项目的重点应用技术
随着工业4.0时代的到来，许多沿用多年、占据主导地位的工业自动化技术，正面临被淘汰、被更新换代的命运，而一批以前认为是高端的工业自动化技术，也随着新时代的到来，快速的走入到了实际的应用中去，成为新时代的宠儿：一是以工业PC为基础的低成本工控自动化将成为主流；二是PLC进入第六代——微型化、网络化、PC化和开放性；三是DCS系统走向测控管一体化设计；四是控制系统向现场总线（FCS）方向发展；五是仪器仪表向数字化、智能化、网络化、微型化发展；六是数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展；七是工业控制网络向有限和无限相结合的方向；八是工业控制软件向标准化、网络化、智能化和开放性方向发展。
此外，为了实现工业制造到工业4.0的转变，德国还要实现一项双重策略。不仅应该一如既往地把“信息和通讯科技”和“自身的传统高科技策略”进行整合，以努力成为智能制造科技的主要供应商，寻求稳固自身在全球市场的领导地位。同时，还应创造并服务于CPS科技和产品。为了达成这个双重要求，以下几个工业4.0的特征应该被执行：一是横向集成需要通过价值网络；二是端到端的工程立体集成横跨整个价值链；三是垂直集成和网络化的制造系统。通向工业4.0之路要求德国在研发上投入巨大的精力，为了实现双重策略，所进行的研究首先必须实现“制造系统的水平和垂直集成”和“工程上端到端的集成”。此外，出于对工业4.0系统的要求和CPS科技持续发展的目的，在工作场所中新的社会基础设施应该得到更多关注。
4.智能工厂：自动化制造业的未来
CPS连接了虚拟空间与物理现实世界，技术过程与业务过程也因此得到融合，从而开创新工业时代，最能够准确表达新工业时代的就是工业4.0项目倡导的智能工厂概念，智能工厂是通过在生产系统中配备CPS来实现的，相对于传统生产系统，智能工厂的产品、资源及处理过程因CPS的存在，将具有非常高水平的实时性，同时在资源、成本节约中也颇具优势。智能工厂按照重视可持续性的服务中心的业务来设计，因此，服从性、灵活性、自适应以及学习等特征、容错能力，甚至风险管理都是其中不可或缺的要素。智能工厂的装备将实现高级自动化，主要是由基于自动观察生产过程的CPS的生产系统的灵活网络来实现的。通过可实时应对的灵活的生产系统，能够实现生产过程的彻底优化。同时，生产优势不仅仅是在特定生产条件下一次性体现，也可以实现多家工厂、多个生产单元所形成的世界级网络的最优化。这就意味着，创新技术、成本与时间的节约，拥有培育新市场机会的网络容量的“自下而上”型生产模式中的革命。
智能工厂的生产相对于传统制造工业有如下优势：由CPS形成最优化的生产过程：智能工厂的“单元”决定其活动范围、设定选项以及生产条件，可与其他单元进行独立的无线通信。理想的生产系统，智能编辑产品特性、成本、物流管理、安全、信賴性、时间以及可持续性等要素，为每个顾客进行最优化的产品制造。
5.结论
综上所述，不管是工业4.0还是CPS，都标志着工业制造和信息技术，以及控制技术的真正融合，工业制造中的各种技术实现真正意义上的分工合作，更是将工业4.0的价值得以真正的体现。工业4.0 将会使得从原材料变为产品的过程更加多产和高效，对制造业而言，越来越多的微小企业通过互联网组成可与大企业对抗的社区或联盟，他们可能是智能化工厂的先锋队。
参考文献：
[1]王巍.以创新抢占“工业4.0”时代发展制高点.《现代商贸业》，2014（3）
[2]张曙.工业4.0和智能制造.《机械设计与制造工程》，2014（8）