1.4 工業(yè)4.0的核心技術(shù)

工業(yè)4.0依托若干關(guān)鍵工業(yè)數(shù)字化基礎(chǔ)技術(shù)，并將這些技術(shù)整合到一起成為完整的生產(chǎn)流程，以提升效率并改變供應(yīng)商、制造商和消費(fèi)者的關(guān)系，以及人與機(jī)器之間的關(guān)系。這些基礎(chǔ)技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、3D打印、自動(dòng)化、軟件、網(wǎng)絡(luò)安全、虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能等。

1.4.1 物聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)代表全球工業(yè)系統(tǒng)與智能傳感技術(shù)、高級(jí)計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的連接和融合，其核心三要素包括智能設(shè)備、先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析工具、人與設(shè)備交互接口。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是智能制造體系和智能服務(wù)體系的深度融合，是工業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈的整合和外延。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與物、物與物通過與芯片、傳感器和制動(dòng)器互連，能夠感知、捕獲、交流并主動(dòng)響應(yīng)所有類型數(shù)據(jù)的數(shù)十億個(gè)智能設(shè)備。

1.4.2 云計(jì)算

在互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的架構(gòu)中，其中樞神經(jīng)系統(tǒng)將互聯(lián)網(wǎng)的核心硬件層、核心軟件層和互聯(lián)網(wǎng)信息層統(tǒng)一起來為互聯(lián)網(wǎng)各虛擬神經(jīng)系統(tǒng)提供支持和服務(wù)，而云計(jì)算就是互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

1.4.3 大數(shù)據(jù)

工業(yè)大數(shù)據(jù)是掌控未來工業(yè)的關(guān)鍵。工業(yè)大數(shù)據(jù)以新興技術(shù)的發(fā)展為前景，通過工業(yè)傳感器、無線射頻識(shí)別、條形碼、工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)、企業(yè)資源計(jì)劃、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等技術(shù)來擴(kuò)充工業(yè)數(shù)據(jù)量。大數(shù)據(jù)在工業(yè)中的生產(chǎn)線上高速運(yùn)轉(zhuǎn)，是機(jī)器所產(chǎn)生的一種非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

1.4.4 機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是工業(yè)4.0的最佳助手。工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由角度的機(jī)器裝置，能自動(dòng)執(zhí)行工作，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。

工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成，具有可編程、擬人化、通用性的特點(diǎn)。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則行動(dòng)。

據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟估計(jì)，機(jī)器人裝機(jī)量在2014年增加了15%，并且有望到2017年以每年12%的幅度持續(xù)增長，如圖1-6所示。

1.4.5 3D打印

傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法是“減材制造”，鍛造或鑄造方法是“等材制造”。3D打印是未來技術(shù)發(fā)展的新銳力量，其通過數(shù)字化增加材料的方式進(jìn)行制造，能夠?qū)崿F(xiàn)線下設(shè)計(jì)與線上生產(chǎn)的高度融合、創(chuàng)業(yè)生產(chǎn)的輕量化、生產(chǎn)分包形式的多樣化等。3D打印的綜合效益如表1-1所示。

1.4.6 自動(dòng)化

工業(yè)時(shí)代需要自動(dòng)化。自動(dòng)化在智能產(chǎn)業(yè)、智能制造以及工業(yè)4.0當(dāng)中起核心作用。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的主要方法和技術(shù)包括智能控制、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、人機(jī)接口、基于大數(shù)據(jù)的管理。工業(yè)4.0要實(shí)現(xiàn)從物理過程的自動(dòng)化到虛擬空間的自動(dòng)化。

1.4.7 軟件

軟件變得至關(guān)重要。在工業(yè)4.0中，軟件將決定幾乎所有產(chǎn)品和服務(wù)的功能。產(chǎn)品和企業(yè)戰(zhàn)略也越來越依賴于軟件的開發(fā)。軟件不僅可以用來測試，嘗試設(shè)計(jì)顧客可能會(huì)喜歡的物品和服務(wù)，建造可以用來實(shí)驗(yàn)的虛擬原型，還能夠?qū)a(chǎn)品和產(chǎn)品生命周期中每一個(gè)環(huán)節(jié)整合起來，對(duì)價(jià)值創(chuàng)造的每個(gè)環(huán)節(jié)起到重要的提升作用。對(duì)于所有行業(yè)的企業(yè)來說，擁有強(qiáng)大的工業(yè)軟件是取得競爭主動(dòng)權(quán)的重要因素。

1.4.8 網(wǎng)絡(luò)安全

工業(yè)4.0時(shí)代，產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)接入的設(shè)備數(shù)量極為龐大，并且這些設(shè)備接入的復(fù)雜程度和管理難度因?yàn)榉植际胶涂缧袠I(yè)的特點(diǎn)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)，所以產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)和安全壓力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)。

1.4.9 虛擬現(xiàn)實(shí)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，通過多源信息融合交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)是多種技術(shù)的綜合，包括實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，廣角立體顯示技術(shù)，對(duì)觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺與力覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語音輸入輸出技術(shù)等。

1.4.10 人工智能

人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)以及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，它探索智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的、能用與人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。人工智能在未來能夠?qū)崿F(xiàn)極度自動(dòng)化，從而替代人工技能。人工智能獲得最大收益的地方在于大數(shù)據(jù)處理方面，包括語言處理和圖像處理。