三、“工業4.0”三大主題

“工業4.0”項目將從三個方向展開，一是“智能工廠”，重點研究智能化生產系統、過程以及網絡化分布式生產設施的實現；二是“智能生產”，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等；三是“智能物流”，主要通過整合物流資源提升物流效率。該計劃將特別注重吸引中小企業參與，力圖使中小企業成為新一代智能化生產技術的使用者和受益者，同時也成為先進工業生產技術的創造者和供應者。

1．智能工廠：智能工業發展新方向

“智能工廠”的概念最早由美國羅克韋爾自動化有限公司CEO奇思·諾斯布于2009年提出，其核心是工業化和信息化的高度融合。智能工廠是在數字化工廠的基礎上，利用物聯網技術和設備監控技術加強信息管理和服務，未來還將通過大數據分析平臺將云計算中由大型工業機器產生的數據轉化為實時信息（云端智能工廠），利用綠色智能手段和智能系統，構建出一個高效節能、綠色環保、環境舒適的人性化工廠。目前，有關智能工廠的概念仍眾說紛紜，但其基本特征可歸納為系統監管全方位、制程管控可視化及綠色制造三個方面，具體內容如圖1所示。

智能工廠的建設主要基于以下三大基礎技術，具體內容如圖2所示。

2．智能生產：制造業的未來

智能生產（Intelligent Manufacturing, IM）也稱智能制造，是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等，通過人與智能機器的合作共事，擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動；它更新了制造自動化的概念，與傳統的制造相比，智能生產具有自組織、超柔性、自律能力、學習能力、自維護能力、人機一體化及虛擬現實等特征。

“智能制造”需要硬件、軟件以及咨詢系統的整合。那些具有“智能制造”屬性的生產線擁有數量眾多的控制器、傳感器，通過有線或無線傳感網架構進行串聯，將數據傳輸給上層的制造執行系統（MES），結合物聯網的系統架構，讓制造業提升到一個新的階段。“智能制造”主要服務于產品的生產，現在隨著客戶個性化需求越來越多，產品生產也逐漸呈現出少量、多樣等新特征。這就迫使制造廠商要提升生產線的速度與靈活性，對市場前端的變化作出快速調整。例如，當前一些汽車廠就可以讓客戶在線指定汽車的顏色，快速調整生產線，快速交付產品。智能制造就是要為使用者帶來更多的便利。

近年來，由人工智能技術、機器人技術和數字化制造技術等相結合的智能制造技術正在引領新一輪的制造業變革。智能制造技術開始貫穿于設計、生產、管理和服務等制造業的各個環節，智能制造技術的產業化及廣泛應用正催生智能制造業。概括起來，當今世界制造業的智能化發展呈現兩大趨勢。

（1）以3D打印為代表的數字化制造技術嶄露頭角

數字化制造以計算機設計方案為藍本，以特制粉末或液態金屬等先進材料為原料，以3D打印機為工具，通過在產品層級中添加材料直接把所需產品精確打印出來。這一技術有可能改變未來產品的設計、銷售和交付用戶的方式，使大規模定制和簡單的設計成為可能，使制造業實現隨時、隨地、按不同需要進行生產，并徹底改變自“福特時代”以來的傳統制造業形態。3D打印技術開創了一個全新的扁平式、合作性的全球手工業市場，而不是傳統意義上的層級式、自上而下的企業結構。一個由數百萬人組成的分散式網絡代替了從批發到零售商的所有中間人，并且消除了傳統供應鏈中每一個階段性的交易成本。這種“添加式生產”能夠大幅降低耐用品的生產成本，從而使數以萬計的小型生產商對傳統上處于中心位置的大型生產者提出挑戰。新的生產方式已經發生了重大改變，傳統的生產制造業將面臨一次長時間的“洗牌”。有預測指出，未來模具制造行業、機床行業、玩具行業、輕工產品行業都可能被淘汰出局，而取代他們的就是3D打印機。當然，這需要一個過程，主要是人們適應和接受新事物的過程與產業自身完善成長的過程。

（2）智能制造技術創新及應用貫穿制造業全過程

先進制造技術的加速融合使制造業的設計、生產、管理、服務各個環節日趨智能化，智能制造正引領新一輪的制造業革命，這主要體現在四個方面，具體內容如圖3所示。

3．智能物流：工業4.0的基礎

智能物流主要通過互聯網、物聯網、物流網整合物流資源，充分發揮現有物流資源供應方的效率，使需求方能夠快速獲得服務匹配，得到物流支持。

以物聯網為基礎的智能物流是工業4.0的基礎，是提升現代物流效率，降低全物流費用率的理想解決方案。物流裝備制造商將逐步成為物流系統集成綜合解決方案提供商。所以，智能制造系統與智能物流的融合將成為未來發展的大趨勢，具體內容如圖4所示。