德国最早设想的智能工厂，到底是什么样子的？

董垚

经过近两年多角度高密度的讨论，来自德国的工业4.0概念，逐渐从狭义地指代一次工业变革，走向广义地指代一次社会经济变革。工业4.0当然不能限于工业领域内部讨论，但是德国最早提出工业4.0的概念时，确实也没有像现在讨论的如此发散。

按照最早的定义，工业4.0包含的主题主要有二：一是智能工厂，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现。二是智能生产，主要涉及虚拟3D技术在工业生产过程中的应用（虚拟数字化工厂设计、仿真，机械装置的数字化虚拟设计、仿真）；整个企业的生产物流管理、人机互动；以及产品的生命周期管理等。智能生产包含内容较多，我们这里主要回溯智能工厂在德国的最早设想。

智能工厂的设计，最为代表性的可能是德国人工智能研究中心创新工厂系统（IFS）科学总监Detlef Zühlke教授所开发的SmartfactoryKL，以下是他介绍的SmartfactoryKL的最早设想。

“工业4.0”的基本概念诞生于2005年SmartfactoryKL成立之际（按：这比一般认为工业4.0于2011年提出的说法要早很多），其目的是把智能技术和网络投入到工业应用中。2011年德国政府在咨询专家的帮助下，将其定位为高科技技术战略并将之命名为“工业4.0”，自此“工业4.0”得到了大众的关注。到目前为止“工业4.0”的概念仍是未来生产的一个愿景。为了将这一革命性的愿景转变为日常应用，我们需要在技术上持续发展使其逐步进化。“工业4.0”不再是通过传统单一组件的发展而产生，而是借助联网技术，遵循一定的共同标准，让许多企业共同参与到其中开发。

经过两年多的公众关注，2014年项目组完成了第一个具体项目，将“工业4.0”运用到实际应用中。最突出的便是在2014汉诺威工业博览会上展示的全球第一个“工业4.0”演示系统。

该产品共有10家企业联合参与了研发，这第一个“工业4.0”示范作品的完成，一来可以证明该概念实现的可能性，二来彼此之间可以互相学习如何将相关新技术转化成产品。该创意是由位于凯泽斯劳滕的SmartfactoryKL发起并协调的。如下图。

但是，到2014年为止，“工业4.0”只能说是一个愿景，我们还没有符合该概念并能够让客户购买的产品。我们首先要建立标准，使不同的产品可以方便地互连，就如同家用电脑市场上那些即插即用产品。一个非常形象的比喻便是乐高积木。任何人都可以轻松地将乐高积木构建成任何东西，因为所有的乐高积木零件都是遵循一定的标准来建造的。有了适用的行业标准，那么互相兼容可以互连的产品便不遥远了。

“工业4.0”从本质上说是一个迫在眉睫的第四次工业革命的愿景，主要带来的是信息和通讯技术的进步。正如我们的日常物品，如手机、相机、汽车等正“智能化”和联网进入全球互联网，类似的发展也可以在我们的工厂得到见证。

按照物联网即用的范式，组成我们生产系统的所有组件也成为智能网络节点，可以很容易（在很大程度上自主）集成到基于IP的网络。我们现在安装并通过即插即用的方式操作打印机和其他设备，也开始通过生产设施的构建、调试和操作方式得到反映。

端到端的基于以太网的“工业4.0”方式将根本改变我们现有的控制架构。以一个长期的观点来看，现场级的每一个传感器和执行器都将以完全相同的方式作为一个ERP系统或者NC控制的网络节点。因此，整个网络中的所有信息将可用。

但现实不会那么简单，仍有许多悬而未决的问题需要回答。例如，我们需要几个层次的标准，使工厂的元素可以像乐高积木一样放在一起。此外，在“工业4.0”实现之前，数据安全领域的很多问题都需要解决。至少在未来的几年，工业控制中很重要的实时行为，不会使用基于以太网的解决方案。

“工业4.0”为我们提供了一个更加灵活和高效的未来愿景。为把这个愿景变为现实，我们需要工业界和科学界的共同努力，因为一个孤立的产品不能在网络世界里成功，我们需要不同产品领域的创新型企业之间相互合作，共同工作，使概念转化成商品，把愿景转化为现实。

借助smartfactoryKL项目，10个合作伙伴共同努力，在德国凯泽斯劳滕建立了一个“工业4.0”生产厂模型。每个合作伙伴建立一个系统模块，或者提供相关跨应用的技术。smartfactoryKL定义所需要的机械、电气和通信标准，并整合各个模块。它是“全球第一例‘工业4.0’演示模型”，Detlef Zühlke教授说。毫无疑问，它也是将“工业4.0” 转化为现实十分重要的第一步。

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