工业4.0和5.0指南

什么是工业4.0?	工业4.0工厂或系统需要什么?
工业4.0在制造业中的好处	如何准备和需要考虑的事项
什么是工业5.0?	今天的工业4.0，明天的工业5.0

近年来，计算机技术已经发展到可以远程存储tb级的信息并在几分钟内传输到世界各地的地步。此外，机器和电器可以利用计算机内存和传感能力，使家庭技术可以相互连接，并通过声音、触摸或编程提示进行操作。现在，这种技术将接管世界上一些最庞大、要求最高的任务。

早在20世纪90年代初，当大多数美国人第一次听说互联网时，媒体宣称工业革命是过去的事情，计算机时代是未来的浪潮。事实证明，这两者并不相互排斥，革命从未真正结束。事实上，这场革命正在进入一个新的阶段，计算机将在未来的工业中发挥积极的作用。

什么是工业4.0?

工业4.0是现代制造业中用来表示第四次工业革命的术语，其特征是网络物理系统的广泛使用。从历史的角度来看，工业4.0是过去200年来以下发展链的最新阶段:

工业4.0的历史

如果你在制造业，你可能会意识到越来越常用的术语“工业4.0”。什么是工业4.0，它背后的历史是什么?

工业4.0的历史沿袭了制造业从工业革命到数字化转型的历程。每一个新阶段都代表着制造过程中的一场革命，它改变了我们对行业的思考和工作方式。

工业1.0——工业革命

这一切都始于第一次工业革命，大多数历史学家称之为“工业革命”。这是制造业的主要手段从人力转移到机器的时候。

像蒸汽和煤这样的燃料来源使得机器使用更加可行，用机器制造的想法迅速传播开来。机器使生产变得更快、更容易，也使各种各样的创新和技术成为可能。

工业2.0——技术革命

第一次工业革命发生在18世纪60年代到1840年左右。这是第二次工业革命开始的地方。历史学家有时将其称为“技术革命”，先进的电气技术使更大的产量和更复杂的机器成为可能。

工业3.0 -数字革命

虽然我们通常不认为20世纪50年代是我们的世界数字化的时期，但正是在这里，随着第一台计算机的出现，数字革命开始了。这些早期的计算机通常非常简单，笨重，相对于它们所能提供的计算能力来说，它们的体积大得令人难以置信，但它们为今天的世界奠定了基础，人们很难想象没有计算机技术的世界。

工业4.0——自动化革命

因此，我们来到了工业4.0，这是博世(Bosch)在2011年德国汉诺威贸易博览会(Hannover Trade Fair)上首次提出的术语。工业4.0的特点是我们已经实现的自动化水平，机器通常可以在很多方面通过使用互联网技术或“物联网”来自我管理。工业4.0的其他特点包括云技术的使用和大数据的重要性。

工业4.0的支持者用类似智能家居的术语来描述这个概念——可以说是一个“智能工厂”网络。在智能家居中，现代住宅的各种奢侈品和安全功能-灯，电器，闹钟，时钟-都通过数字功能得到增强，例如传感，扫描，编程记忆以及语音和面部识别。同样，工业4.0将以下第四代计算机化技术的创新集成到工厂环境中:

• 网络物理系统-一种由基于计算机的算法运行的机械设备。
• 物联网(IoT)——机器设备和车辆的互联网络，嵌入了计算机化的传感、扫描和监控功能。
• 云计算——异地网络托管和数据备份。
• 认知计算——采用人工智能的技术平台。

这个词来源于德语4.0工业在2011年汉诺威工业博览会上，这一概念得到了广泛应用。第二年，一个名为“工作组”的实业家团体向德国政府提出了这一概念。从那时起，随着整个制造业的公司都在考虑在工厂环境中建立认知互联网络系统的潜力，这个术语已经传遍了世界各地。

工业4.0工厂或系统需要什么?

从概念上讲，工业4.0包括以下四个设计原则，鼓励公司实施这些原则以充分利用当前技术的能力:

• 互操作性——将工业机器、工具和车辆集成到计算机化的物联网框架中。
• 信息透明——配备传感器的计算机系统对真实世界的机器和物体进行虚拟复制的能力。
• 技术援助-配备人工智能的计算机化机器，帮助人类工人进行决策和体力劳动。
• 分散决策——计算机化系统自行行动和完成任务的能力。

工业4.0术语和概念的批评者认为，自工业诞生以来，技术的进步一直是渐进的。此外，批评者声称，目前的革命概念意味着技术创新只是最近才从一个静态时期出现的，事实并非如此。

事实上，技术的发展一直是渐进式的，过去的革命通常需要几十年的时间才能完成。话虽如此，这第四次革命标志着数字、网络技术首次融入制造业的各个层面，以至于高科技、认知机器将智能任务(除了体力任务)自动化。

工业4.0的支持者反驳说，新发现的网络技术的工业集成允许计算机化机器实现前所未有的自主性。当工业4.0在各个层面得到充分应用时，它创建了自主的工厂网络，可以在没有人工或人工参与的情况下执行物理任务并立即纠正缺陷。

工业4.0背后的一些更雄心勃勃的梦想家断言，这一概念将使全球范围内的生产网络成为可能。换句话说，工厂位置之间的地理边界将在虚拟意义上不复存在，因为所有工厂的物联网基础设施将通过云计算和人工智能连接起来。

尽管工业4.0在制造业领域具有巨大潜力，但目前仍有许多障碍阻碍其全面、普遍实施，即:

• 机器对机器(M2)通信的可靠性问题，它还没有完全达到工业4.0支持者所设想的性能和稳定性水平。
• IT安全问题，随着老旧的、长期未使用的设施被纳入考虑范围，这个问题变得更加紧迫。
• 对IT故障的恐惧——在人工智能在庞大的物联网基础设施中证明自己之前，代价高昂的事故的可能性让许多制造商持怀疑态度。华体会体育网页版
• 工厂工程师缺乏实施工业4.0所需的技能。
• 人们担心，工业4.0一旦全面实施，可能会引发整个工业部门的大规模裁员，导致许多受教育程度较低的工厂工人失业。

未来几年，网络物理技术的先进检测能力有望消除缺陷风险，从而在整个工业领域吸引更多的工业4.0参与者。许多支持者已经认为，在产生精确一致的结果方面，网络系统比传统的人工操作系统要可靠得多。

在许多制造商看来，如果考虑到网络系统的物理华体会体育网页版可能性，工业4.0的优势很容易超过风险。物联网和认知计算可用于提升重型机械和车辆，从而将人类工人从更繁重的工业工作中解脱出来。由于这些变化，工厂最终可能会看到几乎消除与工作有关的伤害和死亡。

同样，计算机化的机器也可以用来处理一些涉及高温和有毒化学物质的工作，从而使人类免于有害的接触。实际上，工业4.0不会取代人类工人，而是会承担大多数人不喜欢的工作。

与此同时，职业培训可能会转向网络系统的维护和监督，这一领域对熟练工人的需求可能会增加。在为下一次革命做准备的过程中，人机交互的新模式最终可能会发展出来。

网络系统和认知计算也可以提高生产的一致性，因为技术消除了生产线上任务中的人为错误因素。这种变化可能会导致整个制造业的公司生产出更一致的优质产品。随着企业在质量方面享有更高的声誉，消费者变得更加忠诚和愿意购买，这里的好处将是指数级的。

工业4.0模式的技术能力可能会给制造业领域的新兴市场带来优势，比如印度。随着该地区越来越多的公司实施该模式，印度的生产能力可能会在几年内从原始到先进。对于新贵制造商来说，这款华体会体育网页版新机型可能是进入大联盟的一张快速入场券。相比之下，速度较慢且不愿改变的公司最终可能会被竞争对手超越。

与此同时，美国正在迅速接受工业4.0的概念。俄亥俄州的辛辛那提市将自己定位为第四次工业革命的开拓者，该市将自己命名为工业4.0的“示范城市”。中西部可能最终被证明是第四次工业革命的中心，因为整个铁锈地带的制造商看到了网络系统、物联网设备和认知计算的潜力。华体会体育网页版虽然一些美国制造商担心失业，但技术也是原因之一在过去的20年里，美国制造业的生产率提高了40%．

工业4.0在制造业中的好处

工业4.0的原则——互操作性、信息透明度、可操作的洞察力、自动化——可以使整个制造业的公司受益。只要企业能够全心全意地执行这些原则，工业4.0模型就可以改善全球制造企业的可扩展性、安全性、可见性、客户关系、定制能力和创新能力。该模式的好处如下:

＃1.可伸缩性

工业4.0的自动化原理可以帮助提高制造业公司之间的可扩展性。有了自动化，制造商将有一种新的能力华体会体育网页版，可以将员工从危险的生产区域转移到不同的部门。自动化还将加快生产速度，这反过来又将使企业在全球舞台上更具竞争力。

自动化还将使制造商更容易专注于自己的优势，并将其他工作交给人工智能。华体会体育网页版云技术将成为这些发展的核心，因为它将使企业能够简化it运营。这对于IT资源有限的小型公司尤其有利。网络基础设施将通过第三方云服务器远程运行，而不是由现场员工管理和维护软件和硬件网络。

＃2.安全

制造商对工业4.0最关心的问题之一是认知计算中的故障可能导致的事故。华体会体育网页版沿着这条思路，一些公司也担心工业环境中的网络物理系统会破坏生产过程的完整性。

云技术将通过最大化工业4.0的安全优势，在减少这些担忧方面发挥至关重要的作用。随着物联网的网络物理和认知能力的提高，这些网络的管理将通过云计算实现。一旦所有这些都生效，公司将不再需要将内部资源集中在数据库软件的维护和系统文件的备份上，因为这些任务的完成将在服务器端进行。

＃3.控制和可视性

随着制造网络的全球化，使数字过程对系统的所有点可见是至关重要的。当全面实施时，工业4.0的原则通过在几分之一秒内提供全球信息来支持响应能力。它们还通过云服务器连接不同地区的工厂和人员，从而有助于改善协作。

工业4.0框架大大提高了通信能力，也将使简化合规性需求变得更加容易。从本质上讲，工业4.0允许增强制造过程中所有环节的可见性。

＃4.客户满意度

如果得到充分应用，工业4.0可能会为制造业公司之间的客户关系带来福音。物联网网络系统的全渠道能力将使公司能够在从履行订单到交付成品的每一步都与客户沟通。

同样，工业4.0将有助于制造商与供应商和客户合作的能力。华体会体育网页版从某人下订单或提交设计到货物到达，整个过程在制造链的所有环节都是完全透明的。工业4.0将在全球范围内促进制造商和相关实体之间的共同创造能力。华体会体育网页版

＃5.定制

工业4.0可以通过使用商用3d打印机将定制提升到一个新的水平，全世界有23000台在使用．这项技术可以更快地生产新设计的物品，并允许您以较小的规模快速生产物品，从而增强了定制能力。例如，如果您需要为已有的产品添加新部件，您可以将设计输入系统，打印机将自动生成该部件。这个过程只需要手工制造组件所需时间的一小部分。

当涉及到错误设计的修复和纠正时，认知计算可以处理必要的修改。它可以快速生产改进的零件和产品，而无需早期制造装置所需的人工劳动。此外，这样的产品可能会更坚固，使用寿命更长，最终可能会增加利润。

如何准备和需要考虑的事项

对于制造企业来说，尽早实施工业4.0的主要障碍是将内部资源从IT转向采用创新的网络系统。

诚然，在任何规模较大的工业环境中实施物联网框架都需要高级技能，而这在行业中是罕见的。一些制造公司长期以来一直满足于自己的武器库和几十年来慢慢出现的创新。对于典型的制造商来说，从人力驱动的基础设施突然转变为主要由计算机运行的基础设施是一项艰巨的任务。

实现工业4.0最关键的一步是整合现有的业务系统，例如:

• 计算机辅助制图(CAD)
• 计算机辅助制造(CAM)
• 企业资源规划(ERP)
• 制造执行系统(MES)
• 产品生命周期管理

理想情况下，寻求在不久的将华体会体育网页版来实现转型的制造商应该将内部资源集中在变革所需的创新上。然而，由于资金主要华体会体育网页版用于维护当前的系统，目前受连续IT周期拖累的制造商很容易在过渡中滞后。虽然这种维护似乎是必要的，但预测者预测，从长远来看，这可能会使采用缓慢的制造商处于竞争劣势。华体会体育网页版

华体会体育网页版各种规模和年龄的制造商都可以从工业4.0的实施中受益，它最终可能被证明是一个改变游戏规则的人，因为处于劣势的公司会接受并脱颖而出，而老牌公司则会落后并努力保持相关地位。在接下来的十年里，工业4.0可能会把一些鲜为人知的公司变成新的行业领导者。

什么是工业5.0?

距离工业4.0首次在制造业中出现还不到十年，但有远见的人已经在预测下一次革命——工业5.0。如果说当前的工业革命强调的是将工厂转变为利用认知计算和通过云服务器相互连接的物联网智能设施，那么工业5.0的重点将是将人类的双手和大脑重新纳入工业框架。

工业5.0是一场革命，在这场革命中，人和机器相互协调，并找到共同工作的方法，以改善生产手段和效率。有趣的是，第五次革命可能已经在那些刚刚采用工业4.0原则的公司中开始了。即使制造商开始使用先华体会体育网页版进技术，他们也不会立即解雇大量员工，并完全实现计算机化。

从某种意义上说，工业5.0的概念可以缓解一些制造商对当前革命的担忧。华体会体育网页版也就是说，认知计算和网络机器将消除对人手的需求，并使数百万人失业。相反，工业4.0最终可能会以有利于工人的方式重组制造业领域的人工任务。人类可能会更倾向于处理较轻的工作，而机器则会处理更费力的工作。

工业5.0预测的最大进步涉及人类智能和认知计算的相互作用。人类和计算机化的机器相结合，有望将制造业提升到新的速度和完美水平。随着企业开发出使用可再生能源并消除浪费的系统，第五次革命也可能被证明对环境更有利。

总体而言，工业5.0的发展可能被证明是工业4.0架构师在2010年代初只梦想的完全实现。随着人工智能的进步和工厂机器人具备更多类似人类的能力，计算机、机器人和人类工人之间的互动最终将变得更有意义，并相互启发。对于工业环境来说，还有什么比积极的工作关系更健康呢?

今天的工业4.0，明天的工业5.0

随着技术创新变得越来越快，在未来10年甚至更长时间里，革命最终可能会一个接一个地迅速发生。前三次工业革命花了几十年的时间才结束，而今天的革命只需要整个行业的实施就能完成。考虑到这些发展的速度，第四次革命之后很快就会出现第五次革命的说法是很自然的。

无论一些公司实施工业4.0模型的速度有多快或多慢，这些原则无疑将塑造未来的制造业世界。随着越来越多的公司加入，由于物联网设备、网络系统和认知计算提供的能力，一些公司将看到指数级增长。在几年的时间里，人类工人和工厂机器人可能最终在设计上合作，并在各种制造过程中分担工作量。

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