工業科技論文
在很多人的印象中，工業題材似乎都是高、大、全、冰冷、粗壯的形象。下面小編給大家分享，大家快來跟小編一起欣賞吧。
篇一
工業4.0:智慧工業
摘 要：智慧工業或者工業 4.0，是從嵌入式系統向資訊物理融合系統***CPS***發展的技術進化。作為未來第四次工業革命的代表，工業 4.0不斷向實現物體、資料以及服務等無縫連線的網際網路 ***物聯網、資料網和服務網際網路***的方向發展。文中介紹了工業 4.0的進化過程，提出了CPS的概念及其功能，同時分析了德國的主要CPS市場及其未來發展。
關鍵詞：工業 4.0; 智慧工業; CPS; 德國
德國期望成為基於網際網路的高階工業生產技術的主導市場，並將其作為《高科技戰略2020》的一部分。實現這一目標的代表性專案，也就是被稱為工業 4.0的智慧工業專案，它將引領工業領域，開創分散型生產的新時代。
智慧工業或者工業 4.0，是從嵌入式系統向資訊物理融合系統***CPS***發展的技術進化。作為未來第四次工業革命的代表，工業 4.0不斷向實現物體、資料以及服務等無縫連線的網際網路 ***物聯網、資料網和服務網際網路***的方向發展。
同時，分散型智慧利用代表了生產製造過程的虛擬世界與現實世界之間的互動關係，在構建智慧物體網路中發揮重要作用。
工業 4.0體現了生產模式從集中型到分散型的正規化轉變，正是因為有了讓傳統生產過程理論發生顛覆的技術進步，這一切才成為可能。未來，工業生產機械不再只是“加工”產品，取而代之的是，產品通過通訊向機械傳達如何採取正確操作。
工業 4.0通過將嵌入式系統生產技術與智慧生產過程相結合，將給工業領域、生產價值鏈、業務模式帶來根本性變革***如智慧工廠***，從而開創一條通往新技術時代的道路。
1 工業 4.0進化過程
1.1 工業革命1.0
18世紀末期始於英國的第一次工業革命，19世紀中葉結束。這次工業革命的結果是機械生產代替了手工勞動，經濟社會從以農業、手工業為基礎轉型到了以工業及機械製造帶動經濟發展的模式。
1.2 工業革命 2.0
第二次工業領域大變革發生在20世紀初期，批量工業生產開始的階段。通過零部件生產與產品裝配的成功分離，開創了產品批量生產的新模式。20世紀70年代以後，隨著電子工程和資訊科技充實到工業過程之中，實現了生產的最優化和自動化。
1.3 工業革命3.0
第三次工業革命始於第二次工業革命過程中發生的生產過程高度自動化。自此，機械能夠逐步替代人類作業。
1.4 工業革命4.0
未來10年，第四次工業革命將步入分散化生產的新時代。工業 4.0通過決定生產製造過程等的網路技術，07實現實時管理。
2 CPS
CPS連線了虛擬空間與物理現實世界，使智慧物體通訊以及相互作用，創造一個真正的網路世界。
CPS 體現了當前嵌入式系統的進一步進化。與網際網路或者網上可蒐集的資料、服務一起，嵌入式系統也是構成CPS的要素之一。
CPS可提供構建物聯網的基礎部分，並且與服務網際網路一體化，實現工業 4.0。這些技術被稱為實現技術，培育更加廣泛的基於創新型應用或過程的新現實空間，淡化現實世界與虛擬空間的界限。實現技術就像網際網路使得個人通訊以及相互作用的關係發生變革一樣，將給我們與物理現實世界之間的相互作用關係帶來根本性變化。
基於高效能軟體的嵌入式系統與融合在數字網路中的專業使用者介面之間，發生的相互作用，將誕生全新的系統功能性世界。舉一個簡單的例子，智慧手機囊括許多應用和服務，已經遠遠超出裝置本身通話功能。
由於全新的劃時代應用和服務的提供商將不斷湧現，漸漸形成新價值鏈，所以，CPS也將對現有業務與市場模式帶來正規化轉變。汽車工業、能源經濟，還有包括諸如工業 4.0的生產技術的各個工業部門，將同步因這些新價值鏈發生鉅變。
未來，CPS將以以往人類無法想象的形式，對人類安全、效率、生活舒適度、提升健康水平等做出貢獻。同時，CPS也將對解決人口結構變化、自然資源不足、可持續發展以及能源結構變化等帶來的問題，發揮關鍵性的作用。
3 德國2020年主要CPS市場
德國將推進工業 4.0專案作為國家戰略的一個重要環節，就是在2020年讓德國成為CPS的主要市場。與其他大多數工業發達國家完全不同的是，在推進工業程序的同時，德國一直維持穩定的製造業勞動力。
要聯通現實世界與虛擬空間，從生產裝置、工業產品到內建儲存裝置、通訊功能、廣播感測器、智慧軟體系統的日常用品等，所有物品都要實現數字化。
現實世界與虛擬空間的界限越來越模糊，物聯網正在快速發展。德國發達的嵌入式系統、CPS的有關經驗，將為德國工業引領第四次工業革命 ***工業 4.0***提供極好的機遇。
4 CPS程序
德國是嵌入式系統、行動通訊網路等CPS相關領域的全球市場領袖。德國教育與研究部***BMBF***委託德國科學技術工程院牽頭的CPS程序專案的目的是，確立綜合的CPS研究議程，提升工業技術的國家競爭力，鞏固德國作為主要市場及提供商的全球地位，在此基礎上實現德國技術革命。圖1所示給出了CPS各層的理想模式。
5 CPS 2025—— 未來
CPS應對社會面臨的主要問題的同時，對涵蓋自動化、生產技術、汽車、機械工程、能源、運輸以及遠端醫療等眾多工業部門、應用領域，具有非常重要的意義。因CPS而實現的許多應用，將產生新附加價值鏈和業務模式。CPS不僅可以降低實際成本，提高能源、時間等的效率，還能降低CO2排放水平，在保護環境上發揮重大作用。
僅從製造業來看，CPS就可帶來驚人的效率提升。CPS實時地統籌處理製造、工業鏈以及各個顧客的要求，實現智慧工廠。圖2所示是CPS服務網際網路的模式圖。
6 智慧工廠：自動化製造業的未來
CPS連線了虛擬空間與物理現實世界，技術過程與業務過程也因此得到融合，從而開創新工業時代。最能夠準確表達新工業時代的就是工業 4.0 專案倡導的智慧工廠概念，智慧工廠是通過在生產系統中配備CPS來實現的。相對於傳統生產系統，智慧工廠的產品、資源及處理過程因CPS的存在，將具有非常高水平的實時性，同時在資源、成本節約中也頗具優勢。
智慧工廠按照重視可持續性的服務中心的業務來設計，因此，服從性、靈活性、自適應以及學習等特徵、容錯能力，甚至風險管理都是其中不可或缺的要素。
智慧工廠的裝備將實現高階自動化，主要是由基於自動觀察生產過程的CPS的生產系統的靈活網路來實現的。通過可實時應對的靈活的生產系統，能夠實現生產過程的徹底優化。同時，生產優勢不僅僅是在特定生產條件下一次性體現，也可以實現多家工廠、多個生產單元所形成的世界級網路的最優化。
這就意味著，創新技術、成本與時間的節約，擁有培育新市場機會的網路容量的“自下而上”型生產模式中的革命。
智慧工廠的生產相對於傳統制造工業有如下優勢：
由CPS形成最優化的生產過程：智慧工廠的“單元”決定其活動範圍、設定選項以及生產條件，可與其他單元進行獨立的無線通訊。
理想的生產系統，智慧編輯產品特性、成本、物流管理、安全、信賴性、時間以及可持續性等要素，為每個顧客進行最優化的產品製造。
為了讓機械服從人類的作業週期，可對人工進行定製調整。圖3所示是一種工業4.0智慧工廠通道示意圖。
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