第1章 工业4.0与电子智造

1.1 工业4.0

1.1.1 发展背景

近年来，制造业重新成为全球经济竞争的制高点，各国都在思考如何应对新一轮工业革命。一些制造业强国纷纷从国家战略高度提出未来发展的纲要，如德国的“工业4.0”、美国的“工业互联网”、日本的“科技工业联盟”、英国的“工业2050战略”等。

德国提出并实施工业4.0战略，是其应对最新技术发展，全球产业转移，以及自身劳动力结构变化的国家级战略。非常侧重借助信息产业将其原有的先进工业模式智能化和虚拟化，重视智能工厂和智慧生产，并把制定和推广新的行业标准放在发展的首要位置，即德国工业4.0的产业集成。以在其规划中占据重要地位的智能工厂战略为例，在设计中，人、机器和资源如同在一个社交网络里自然地相互沟通协作；生产出来的智能产品能够理解自己被制造的细节及将如何被使用，并且积极协助生产过程。这种设计集中体现了德国的变革思路：将信息技术引入其有着传统技术优势的“刚性”工厂，通过大数据和虚拟化等工具增强其产品的柔性，也就是生产过程适应变化的能力和定制化的程度，从而达到以信息技术的“器”为其制造业所用的目标，并将此模式标准化，进而加以推广。制造工业自动化的发展特征如图1.1.1所示。

美国于2012年启动的“先进制造业国家战略计划”中，被称为“再工业化”的思路得到全面阐释。其中，提出要发展包括先进生产技术平台、先进制造工艺及设计与数据基础设施等先进数字化制造技术，其核心是鼓励创新，并通过信息技术来重塑工业格局，激活传统产业。这种从CPU、系统、软件、互联网等信息端，通过大数据分析等工具“自上而下”的重塑制造业，与德国的从制造业出发，利用信息技术等手段改造制造业的“自下而上”的思路完全不同。近年来，GE等制造业公司所倡导的将重心放在互联网上的“工业互联网”策略，以及谷歌等高科技公司向机器人、汽车等制造业领域的渗透，可以说是美国工业4.0思路的一种体现。

1．工业4.0的特征与特点

（1）制造工业自动化4.0的发展特征

● 工业1.0：机械化（设备与工具，少品种少批量）。

● 工业2.0：电气化（流水线，少品种大批量）。

● 工业3.0：自动化（计算机控制，多品种大批量），工业3.0与工业4.0区别如图1.1.2和表1.1.1所示。

● 工业4.0：智造化（自动化+信息化+智能化，多品种少批量）。

（2）工业4.0的五大特点

①工业4.0是互连：工业4.0的核心是连接，要把设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户紧密地联系在一起。

②工业4.0是数据：当传感器无处不在，智能设备无处不在，智能终端无处不在，连接无处不在的时候，其必然结果就是数据无处不在。

③工业4.0是集成：工业4.0将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器及服务与服务之间能够互连，从而实现横向、纵向和端对端的高度集成。

④工业4.0是创新：工业4.0的实施过程是制造业新发展的过程，制造技术、产品、模式、业态、组织等方面的创新会层出不穷。

⑤工业4.0是转型：物联网和服务互联网将渗透到工业的各个环节，形成高度灵活、个性化、智能化的生产模式，推动生产模式向大规模、服务型制造、创新驱动转变。

2．工业4.0的实现

工业4.0又可称为智造化（自动化+信息化+智能化），是为适应多品种少批量生产方式而应运而生的高新技术，实现步骤为：第一步自动化、第二步信息化、第三步互连化、第四步智能化。

1.1.2 中国实施“制造强国”战略规划

2015年产生了两个关于互联网的新概念，一个是“工业4.0”，另一个是“互联网+”。中国对于互联网的传统认知是：互联网是工具、思维、基础设施和数据，而“互联网+”则是一个具有冲击性的庞大的概念，互联网与不同行业之间结合，形成了一个又一个的新互联网概念。互联网作为底层基础设施，与服务行业结合，形成了消费互联网；与工业结合，形成了工业互联网；而“工业4.0”也就是互联网与工业的结合。我国于2015年推出了“制造强国”战略规划。