决胜未来构建工业的信息物理系统网络平台

　　信息化列车还正奔驰，智能化动车又呼啸而来。
　　工业4。0，这个新鲜的名词最近俨然成为工业界和IT业最热的名词，掀起新一轮智造新革命的热潮。
　　工业4。0概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。该战略旨在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（CyberPhysicalSystem，简称CPS）相结合的手段，将制造业向智能化转型。更具体而言，工业4。0是指将信息物理系统（CPS）全面嵌入制造、工程、材料使用和供应链管理中，即建造可以全球定位联动的智能工厂，它所展现的未来工业前景是强大的智能网络和进一步的去人工化。
　　工业4。0，这个提法最早出现在德国政府2011年11月公布的《高技术战略2020》中的一项战略上，并在2013年的德国汉诺威工业博览会上进一步提出，并很快上升为德国的国家战略，旨在支持工业领域内新一代革命性技术的研发与创新，而出现国人眼里，是今年10月中德双方第三轮中德政府磋商中发表的《中德合作行动纲要》里，《纲要》中提到中德双方共同推动工业4。0。
　　工业4。0在德国被认为是第四次工业革命，是旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，以保持德国强大的国际竞争力。按照目前的共识，工业1。0是蒸汽机时代，工业2。0是电气化时代，工业3。0是信息化时代，工业4。0则是利用信息化技术促进产业变革的时代，也就是智能化时代，工业4。0要求企业的信息化从车间延伸到整个工厂甚至整条供应链，将物联网及服务全面引入制造业，实现智能制造、智能经营。
　　工业4。0，创造一幅全新智能的工业蓝图
　　工业4。0将为全球展现了一幅全新的工业蓝图：在一个智能、网络化的世界里，信息物理系统（CPS）将渗透到所有的关键领域，涵盖自动化、生产技术、汽车、机械工程、能源、运输以及远程医疗等众多工业部门、应用领域，在CPS的不断推动下，工业创造新价值的过程逐步发生改变，产业链分工将重组，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式，最终实现全面灵活的智能制造。
　　一是工业4。0将使得工业生产过程更加灵活、坚强。这将使得动态的、适时优化的和自我组织的价值链成为现实，并带来诸如成本、可利用性和资源消耗等不同标准的最优化选择。包括在制造领域的所有因素和资源间形成全新的循环网络、智能产品独特的可识别性、个性化产品定制以及高度灵活的工作环境等。
　　二是工业4。0将发展出全新的商业模式和合作模式。这些模式将力争确保潜在的商业利润在整个价值链所有利益相关人之间公平地共享，包括那些新进入的利益相关人。同时，工业4。0网络化制造、自我组织适应性强的物流和集成客户的制造工程等特征，也使得它追求新的商业模式以率先满足动态的商业网络而非单个公司，这将引发一系列诸如融资、发展、可靠性、风险、责任和知识产权以及技术安全等问题。
　　三是工业4。0将带来工作方式和环境的全新变化。全新的协作工作方式使得工作可以脱离工厂，通过虚拟的、移动的方式开展。员工将拥有高度的管理自主权，可以更加积极地投入和调节自己的工作。同时，随着工作环境和工作方式的巨大改变，可以大幅度提升老年人和妇女的就业比例，确保人口结构的变化不会影响当前的生活水平。
　　四是工业4。0将促进形成全新的信息物理系统平台。全新的信息物理系统平台能够联系到所有参与的人员、物体和系统，将提供全面、快捷、安全可靠的服务和应用业务流程，支持移动终端设备和业务网络中的协同制造、服务、分析和预测流程等。
　　借鉴德国工业4。0，师夷以求胜
　　工业4。0是德国率先举国实施的全球市场运动，对全球未来工业走向的影响深远，作用明显。因此对于德国工业4。0，我们应全面深入研究，参考借鉴。那么我们应先解德国如何计划推广工业4。0，然后师夷以求胜。德国工业4。0战略的要点可以概括为：建设一个网络、研究两大主题、实现三项集成、实施八项计划。
　　建设一个网络：信息物理系统网络。信息物理系统就是将物理设备连接到互联网上，让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能，从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合。CPS可以将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起，从而创造物联网及相关服务，并将生产工厂转变为一个智能环境。这是实现工业4。0的基础。
　　研究两大主题：智能工厂和智能生产。智能工厂是未来智能基础设施的关键组成部分，重点研究智能化生产系统及过程以及网络化分布生产设施的实现。智能生产的侧重点在于将人机互动、智能物流管理、3D打印等先进技术应用于整个工业生产过程，从而形成高度灵活、个性化、网络化的产业链。生产流程智能化是实现工业4。0的关键。
　　实现三项集成：横向集成、纵向集成与端对端的集成。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、机器与机器以及服务与服务之间能够互联，从而实现横向、纵向和端对端的高度集成。横向集成是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合，是为了实现各企业间的无缝合作，提供实时产品与服务；纵向集成是基于未来智能工厂中网络化的制造体系，实现个性化定制生产，替代传统的固定式生产流程（如生产流水线）；端对端集成是指贯穿整个价值链的工程化数字集成，是在所有终端数字化的前提下实现的基于价值链与不同公司之间的一种整合，这将最大限度地实现个性化定制。
　　实施八项计划：工业4。0得以实现的基本保障。一是标准化和参考架构。需要开发出一套单一的共同标准，不同公司间的网络连接和集成才会成为可能。二是管理复杂系统。适当的计划和解释性模型可以为管理日趋复杂的产品和制造系统提供基础。三是一套综合的工业宽带基础设施。四是安全和保障。在确保生产设施和产品本身不能对人和环境构成威胁的同时，要防止生产设施和产品滥用及未经授权的获取。五是工作的组织和设计。随着工作内容、流程和环境的变化，对管理工作提出了新的要求。六是培训和持续的职业发展。七是监管框架。创新带来的诸如企业数据、责任、个人数据以及贸易限制等新问题，需要包括准则、示范合同、协议、审计等适当手段加以监管。八是资源利用效率。需要考虑和权衡在原材料和能源上的大量消耗给环境和安全供应带来的诸多风险。endprint
　　决胜未来，如何构建工业4。0的信息物理系统网络平台？
　　当前中国工业的问题与现状不容忽视：大量从事低端加工的中小企业，缺乏创新能力和核心技术，简单工艺的平面管理，人口不断老化，资源日益枯竭等，因此虽说我国一直是制造大国，却不是制造强国。如今工业4。0来了，物联网、服务互联网将取代传统封闭性的生产制造系统，成为未来工业的根基，对于人口红利逐渐消减、工业发展正处于换挡期的中国而言，智能制造已被认为是改变大而不强工业现状的重要路径。
　　美、德等世界工业强国都高度重视信息物理空间构建，加强战略前瞻部署，并取得积极研究进展。中国要决胜未来的竞争，也必须在构建信息物理系统网络平台上先行一步。那么在物联网、服务互联网等信息产业领域更为落后的我们，未来我们如何应对？如何构建工业4。0的信息物理系统网络平台？
　　超前部署建设国家信息物理系统网络平台
　　一方面，在国家新的信息化发展战略中加强对CPS的总体布局，研究制定CPS建设的战略目标、重点任务、发展路径和政策举措。同时，在制造业发展、智慧城市建设、国家网络和信息安全等工作中加强前瞻部署和应用推广。另一方面，可借鉴美国组建国家制造创新网络中心的做法，组建一批国家信息物理系统网络平台，负责承担基础理论研究，组织力量研发突破CPS软件、传感器、移动终端设备等工具和装备，推动重点行业企业的开发应用。
　　启动国家智能制造重大专项工程
　　总体看，我国制造业发展仍然以简单地扩大再生产为主要途径，通过智能产品、技术、装备和理念改造提升传统制造业的任务艰巨而迫切。建议从国家层面启动实施智能制造专项工程，加强技术攻关，开展应用示范，推动制造业向智能化发展转型。一是重点突破智能机器人。开展智能机器人及智能装备系统集成、设计、制造、试验检测等核心技术研究，攻克精密减速器、伺服驱动器、传感器等关键零部件。二是开展数字工厂应用示范。在全国范围内分行业分区域选取试点示范企业，给予扶持，建设数字制造的示范工厂，发挥其种子作用。三是推动制造业大数据应用。以行业龙头企业为先导，鼓励其应用大数据技术提升生产制造、供应链管理、产品营销及服务等环节的智能决策水平和经营效率。
　　用标准引领信息网络技术与工业融合
　　工业4。0战略的关键是建立一个人、机器、资源互联互通的网络化社会，各种终端设备、应用软件之间的数据信息交换、识别、处理、维护等必须基于一套标准化的体系。为了保障工业4。0的顺利实现，德国把标准化排在八项行动中的第一位，并在工业4。0平台下成立一个工作小组，专门处理标准化和参考架构的问题。可以说，标准先行是工业4。0战略的突出特点。为此，在推进信息网络技术与工业企业深度融合的具体实践中，也应高度重视发挥标准化工作在产业发展中的引领作用，及时制定出台两化深度融合标准化路线图，引导企业推进信息化建设。同时，还要着力实现标准的国际化，使得中国制定的标准得到国际上的广泛采用，以夺取未来产业竞争的制高点和话语权。
　　构建有利于工业转型升级的制度保障体系
　　工业4。0一方面增加了管控的复杂性，技术标准的制定需要符合相应的法律法规；另一方面也需要制定相应的规章制度促进技术创新。比如，采取一系列措施以加强制度保障，比如设立处理各类问题的专职工作组，制定和实施安全性支撑行动；要建立和完善有利于工业转型升级的长效机制，比如知识产权保护制度，节能环保、质量安全等重点领域的法律法规，人才培养和激励机制等，从而形成推动工业转型升级的制度保障。
　　产学研用联合推动制造业创新发展
　　通过产学研合作创新促进竞争往往成为发达国家重要的战略意图。我国应充分吸收和借鉴发达国家产学研用联合模式，一方面，针对不同类型自发的产学研合作网络或产业研发联盟，政府要通过引导和支持的方式促进其发展；另一方面，选择几个重点行业和关键技术领域进行试点，以行业骨干企业为龙头，联合科研实力雄厚的大学和科研机构，组建多种形式的产学研研发联盟，充分调动各方资源和力量，共同推进工业4。0技术研发和应用推广。
　　如今，作为全球增长速度最快的经济体，中国的国际地位不断攀升的同时，在工业制造方面，仍然底气不足。我国虽是一个制造大国，但仍然以代加工为主，研发、创新明显不足，也常常被冠以廉价、低档的帽子，可见我国离工业强国的道理仍然漫长。如今德国的工业4。0和美国的再工业化计划给予我们传达这样的信息即工业制造仍然是各国未来竞争的首要领域，智能制造技术将是下一阶段各国工业发展的重点。谁先掌握了最尖端的智能制造技术，不断推动工业4。0的发展，构建信息物理系统网络平台，谁就能制胜于下一轮的工业革命！