工業科技論文

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工業科技論文，大家快來跟小編一起欣賞吧。

　　工業科技論文篇一

　　工業4.0:智能工業

　　摘 要：智能工業或者工業 4.0，是從嵌入式系統向信息物理融合系統(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、數據以及服務等無縫連接的互聯網 (物聯網、數據網和服務互聯網)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; 智能工業; CPS; 德國

　　德國期望成為基于互聯網的高端工業生產技術的主導市場，并將其作為《高科技戰略2020》的一部分。實現這一目標的代表性項目，也就是被稱為工業 4.0的智能工業項目，它將引領工業領域，開創分散型生產的新時代。

　　智能工業或者工業 4.0，是從嵌入式系統向信息物理融合系統(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、數據以及服務等無縫連接的互聯網 (物聯網、數據網和服務互聯網)的方向發展。

　　同時，分散型智能利用代表了生產制造過程的虛擬世界與現實世界之間的交互關系，在構建智能物體網絡中發揮重要作用。

　　工業 4.0體現了生產模式從集中型到分散型的范式轉變，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，產品通過通信向機械傳達如何采取正確操作。

　　工業 4.0通過將嵌入式系統生產技術與智能生產過程相結合，將給工業領域、生產價值鏈、業務模式帶來根本性變革(如智能工廠)，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世紀末期始于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制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年代以后，隨著電子工程和信息技術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

　　第三次工業革命始于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通過決定生產制造過程等的網絡技術，07實現實時管理。

　　2 CPS

　　CPS連接了虛擬空間與物理現實世界，使智能物體通信以及相互作用，創造一個真正的網絡世界。

　　CPS 體現了當前嵌入式系統的進一步進化。與互聯網或者網上可搜集的數據、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，并且與服務互聯網一體化，實現工業 4.0。這些技術被稱為實現技術，培育更加廣泛的基于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。實現技術就像互聯網使得個人通信以及相互作用的關系發生變革一樣，將給我們與物理現實世界之間的相互作用關系帶來根本性變化。

　　基于高性能軟件的嵌入式系統與融合在數字網絡中的專業用戶接口之間，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，智能手機囊括許多應用和服務，已經遠遠超出設備本身通話功能。

　　由于全新的劃時代應用和服務的提供商將不斷涌現，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范式轉變。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巨變。

　　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項目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，在推進工業進程的同時，德國一直維持穩定的制造業勞動力。

　　要聯通現實世界與虛擬空間，從生產設備、工業產品到內置存儲裝置、通信功能、廣播傳感器、智能軟件系統的日常用品等，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進程

　　德國是嵌入式系統、移動通信網絡等CPS相關領域的全球市場領袖。德國教育與研究部(BMBF)委托德國科學技術工程院牽頭的CPS進程項目的目的是，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、運輸以及遠程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。

　　僅從制造業來看，CPS就可帶來驚人的效率提升。CPS實時地統籌處理制造、工業鏈以及各個顧客的要求，實現智能工廠。圖2所示是CPS服務互聯網的模式圖。

　　6 智能工廠：自動化制造業的未來

　　CPS連接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 項目倡導的智能工廠概念，智能工廠是通過在生產系統中配備CPS來實現的。相對于傳統生產系統，智能工廠的產品、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。

　　智能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征、容錯能力，甚至風險管理都是其中不可或缺的要素。

　　智能工廠的裝備將實現高級自動化，主要是由基于自動觀察生產過程的CPS的生產系統的靈活網絡來實現的。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絡的最優化。

　　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絡容量的“自下而上”型生產模式中的革命。

　　智能工廠的生產相對于傳統制造工業有如下優勢：

　　由CPS形成最優化的生產過程：智能工廠的“單元”決定其活動范圍、設定選項以及生產條件，可與其他單元進行獨立的無線通信。

　　理想的生產系統，智能編輯產品特性、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制造。

　　為了讓機械服從人類的作業周期，可對人工進行定制調整。圖3所示是一種工業4.0智能工廠通道示意圖。

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