多年來，生產(chǎn)中的一切都圍繞著工業(yè) 4.0 展開。但這到底是什么意思呢？工業(yè) 4.0 一詞不能強(qiáng)行定義。應(yīng)用范圍太廣泛了。一般而言，該術(shù)語描述了第四次工業(yè)革命，其特點(diǎn)是工業(yè)生產(chǎn)中的大量參與者網(wǎng)絡(luò)化和互動。這包括客戶、產(chǎn)品、生產(chǎn)機(jī)器、軟件系統(tǒng)以及參與制造的人員。產(chǎn)品本身伴隨著整個產(chǎn)品生命周期中的理想愿景。該名稱由 BMBF 經(jīng)濟(jì)研究聯(lián)盟的一個工作組設(shè)立，于 2011 年發(fā)布，并于 2013 年在漢諾威工業(yè)博覽會上作為行動建議移交給德國總理安格拉·默克爾。

數(shù)字化推動的革命：人、機(jī)器和產(chǎn)品直接相連

與工業(yè) 3.0 相比，決定性的一步是系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)和通信。隨著第三次工業(yè)革命，計算機(jī)控制的機(jī)器和系統(tǒng)開始投入生產(chǎn)。其結(jié)果是現(xiàn)代 3.0 生產(chǎn)系統(tǒng)由智能機(jī)器和系統(tǒng)組成，這些機(jī)器和系統(tǒng)在很大程度上可以自給自足地執(zhí)行任務(wù)。從而為下一步奠定了基礎(chǔ)，通過智能系統(tǒng)和機(jī)器的聯(lián)網(wǎng)，創(chuàng)建了工業(yè) 4.0。數(shù)據(jù)交換是實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 目標(biāo)的最重要因素：自主生產(chǎn)和優(yōu)化整個價值鏈。只有參與生產(chǎn)和價值鏈的所有人員都在正確的時間獲得正確的數(shù)據(jù)，才能做出有價值的決策并相應(yīng)地調(diào)整生產(chǎn). 在完美的工業(yè) 4.0 世界中，不再有數(shù)據(jù)孤島，而是所有系統(tǒng)不斷地與相關(guān)遠(yuǎn)程站點(diǎn)交換數(shù)據(jù)。

逐步實(shí)施自主控制流程進(jìn)入新工業(yè)時代

自我控制的機(jī)器是一個廣泛的，也是一個非常不確定的目標(biāo)。完全獨(dú)立完成任務(wù)的過程的想法聽起來像是對未來的遙遠(yuǎn)愿景。但對于“工業(yè)4.0”愿景的實(shí)施，也可以考慮更小的步驟。以前自給自足的計算機(jī)控制機(jī)器由于其聯(lián)網(wǎng)而具有多種新的可能性。例如，第一個主要步驟是在生產(chǎn)開始前將生產(chǎn)訂單電子傳輸?shù)綑C(jī)器。僅此一項(xiàng)就可以在時間和數(shù)據(jù)質(zhì)量方面獲得巨大收益. 以及更多變體的可能性，因?yàn)椴辉傩枰謩釉O(shè)置作業(yè)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)參數(shù)。理想情況下，客戶對產(chǎn)品的要求可以直接從客戶的訂單輸入以電子方式傳輸?shù)綑C(jī)器。一旦機(jī)器投入生產(chǎn)，聯(lián)網(wǎng)就可以讓它訪問其工作所需的所有信息。可用性可以通過上游和下游流程實(shí)時查詢，機(jī)器內(nèi)的流程智能對齊，根據(jù)需要動態(tài)請求材料，并分散報告關(guān)鍵狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)提供的可能性是多方面的。而這些可能性是可以一步步實(shí)現(xiàn)的。隨著工業(yè) 4.0 的每一次進(jìn)一步互動，效率都會提高。這不僅適用于新工廠，也適用于可通過升級網(wǎng)絡(luò)組件進(jìn)行集成的現(xiàn)有工廠。工業(yè) 4.0 的路徑可以迭代。

大目標(biāo)：批量大小 1

工業(yè) 4.0 使生產(chǎn)和交付個性化產(chǎn)品成為可能，即使是在大規(guī)模生產(chǎn)中也是如此。如果根據(jù)客戶訂單生成生產(chǎn)訂單并直接發(fā)送到機(jī)器，則可以實(shí)現(xiàn)“批量大小 1”的目標(biāo)。目的是按照客戶規(guī)格制造每個單獨(dú)的產(chǎn)品，即根據(jù)其要求和所需參數(shù)。當(dāng)然，機(jī)器必須具備實(shí)現(xiàn)如此精細(xì)粒度的能力。但是，無論可以實(shí)現(xiàn)的具體粒度如何，當(dāng)今每個行業(yè)都需要變體的多樣性和客戶特定的生產(chǎn)，這最終是一種競爭優(yōu)勢。這個目標(biāo)長期以來一直是制造業(yè)的一個問題。在流程工業(yè)中，小批量更難生產(chǎn)，但在這里也一樣，

工業(yè) 4.0 中的制造物流：預(yù)編程的流程改進(jìn)

在生產(chǎn)過程中，制造設(shè)備依賴于提供必要的原材料和輔助工具，以便能夠高效地生產(chǎn)。工業(yè) 4.0 中的網(wǎng)絡(luò)在這方面提供了巨大的改進(jìn)。過去工廠以電信號的形式報告材料需求和準(zhǔn)備信息，而現(xiàn)在復(fù)雜的信息可以與生產(chǎn)物流交換。這樣，訂單所需的物料可以在生產(chǎn)開始前及時由系統(tǒng)自己請求，就像在確定用完時可以請求一樣。如果向工廠提供材料，工廠可以通過識別機(jī)制（條形碼、二維碼、RFID 等）獨(dú)立檢查材料是否符合要求，并通過適當(dāng)?shù)穆?lián)網(wǎng)，甚至可以請求 QA 系統(tǒng)發(fā)布。這些新的可能性節(jié)省了時間，因?yàn)橄耸謩恿鞒滩⒃谧罴褧r間滿足了物流要求。而且他們還省錢，因?yàn)楫a(chǎn)品不是用錯誤的原材料或錯誤的包裝生產(chǎn)的，這使它變得一文不值。

工業(yè)4.0創(chuàng)造了全局觀和可觀的優(yōu)化潛力

工業(yè) 4.0 中的網(wǎng)絡(luò)除了帶來許多流程改進(jìn)外，還帶來了收集大量數(shù)據(jù)的可能性。借助大數(shù)據(jù)，現(xiàn)在可以使用技術(shù)將這些轉(zhuǎn)化為收益。大數(shù)據(jù)能夠記錄呈指數(shù)增長的數(shù)據(jù)量，并使它們再次可供評估。可以不斷進(jìn)一步開發(fā)收集到的數(shù)據(jù)的內(nèi)容。預(yù)測性維護(hù)和整體 PLM（產(chǎn)品生命周期管理）已經(jīng)是常見的應(yīng)用程序。在預(yù)測性維護(hù)中，機(jī)器、工廠或產(chǎn)品的狀況和維護(hù)要求是根據(jù)收集的數(shù)據(jù)確定的。預(yù)測性維護(hù)不是低效的周期性維護(hù)，甚至是因錯過或太晚維護(hù)而導(dǎo)致的故障，而是預(yù)測性維護(hù)從數(shù)據(jù)中確定正確的維護(hù)時間。

在 PLM 中，網(wǎng)絡(luò)用于將所謂的數(shù)字雙胞胎與現(xiàn)實(shí)聯(lián)系起來。數(shù)字雙胞胎是產(chǎn)品的圖像，也可以是機(jī)器或工廠。它再現(xiàn)了真實(shí)對象的屬性和行為。數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)從實(shí)物傳輸?shù)綌?shù)字雙胞胎，可以實(shí)時查看和評估產(chǎn)品和生產(chǎn)的當(dāng)前狀態(tài)。反過來，由此得出的決策又會流回到流程和產(chǎn)品開發(fā)中。通過這種方式，通過數(shù)據(jù)及其應(yīng)用來積極改進(jìn)產(chǎn)品。