假定不出什么意外，10年或者20年后，我相信所有讀我文章的朋友仍然在這個(gè)世界活蹦亂跳，那么，你--尤其那些仍在深夜昏昏欲睡還在倒班的員工，或者看著財(cái)務(wù)報(bào)表唉聲嘆息的老板們，您可能會(huì)不得不感興趣---貿(mào)易戰(zhàn)，“環(huán)保運(yùn)動(dòng)“，人工上漲，讓本來就“釘子尖上削鐵”的制造行業(yè)，雪上加霜，江河日下，目前處于價(jià)值鏈最低端的工廠，未來如何在價(jià)值鏈中跳上龍門？未來我們靠什么來逃出生天？一些什么新的技術(shù)會(huì)改變我們的工廠？未來人還能在工廠做些什么？未來的工廠到底是什么樣子？今天老曾（微信1638881963）帶大家一起來看看位于瑞士日內(nèi)瓦國(guó)際電工組織（IEC）帶來的白皮書（有節(jié)略）---未來的工廠（未來已來，這不是科幻小說）

（著名的“微笑曲線”--制造業(yè)處于整個(gè)價(jià)值鏈最低端）

介紹

未來的生產(chǎn)世界會(huì)是什么樣子？ 人與機(jī)器如何相互溝通？ 我們的工作能否適應(yīng)我們的需求？ 在未來的工廠中，人們將不得不接受日益復(fù)雜的工藝，機(jī)器和部件世界。 這將需要新的操作理念來優(yōu)化人機(jī)操作。靈活的，適應(yīng)性的和智能的制造過程將成為衡量成功的標(biāo)準(zhǔn)。 為了全面了解整個(gè)價(jià)值鏈，“虛擬”與“真實(shí)”的結(jié)合將使工廠能夠使用更少的資源更快速，更高效地生產(chǎn)更多產(chǎn)品。 企業(yè)也將能夠更快地響應(yīng)市場(chǎng)，滿足個(gè)人產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求。

目前，全球很多制造工廠和生產(chǎn)設(shè)施正在建立系統(tǒng)，使其具有適應(yīng)性，完全連接，分析和更高效。 這些新的制造系統(tǒng)引入了一場(chǎng)名為未來工廠（FoF）的新工業(yè)革命。 這一模式標(biāo)志著以全面自動(dòng)化為特征的制造業(yè)新階段的開始，并且涉及制造工廠內(nèi)外的技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 它代表了由工業(yè)革命和數(shù)字時(shí)代引發(fā)的機(jī)械時(shí)代的交匯，在這個(gè)時(shí)代，大量的信息可以被存儲(chǔ)，然后在瞬間從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出來。

未來工廠的目標(biāo)是通過參與價(jià)值鏈所有要素的連通性實(shí)時(shí)確保所有相關(guān)信息的可用性，并提供根據(jù)需求從這些數(shù)據(jù)中推導(dǎo)出最佳價(jià)值鏈流程的能力。通過人，物和系統(tǒng)的相互作用，一個(gè)動(dòng)態(tài)的，實(shí)時(shí)優(yōu)化和自組織（dynamic， real-time optimized and self-organizing）的價(jià)值鏈將會(huì)形成。這個(gè)價(jià)值鏈可以是多供應(yīng)商的，并且可以根據(jù)不同的商業(yè)目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，如成本，可用性和資源消耗。

IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有助于提高工廠的安全性，安保性和可用性，并構(gòu)成提高產(chǎn)品可靠性和質(zhì)量的基礎(chǔ)。 IEC為公司，行業(yè)和政府提供了一個(gè)平臺(tái)，用于會(huì)議，討論和制定他們所需的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

2目前制造業(yè)環(huán)境

制造范例也在幾個(gè)世紀(jì)內(nèi)發(fā)展。圖2-1顯示了從工藝制造到大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展過程，它為廣泛的人們提供了各種各樣的產(chǎn)品，然后轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)化和多元化生產(chǎn)，以反映客戶的個(gè)人需求 - 在更高效和高科技水平上。

但是，解決產(chǎn)品需求本身并不能使制造企業(yè)具有競(jìng)爭(zhēng)力。應(yīng)該認(rèn)為，當(dāng)前制造業(yè)正在經(jīng)歷快速變化，這是由全球化和生產(chǎn)鏈的早期和后期階段所驅(qū)動(dòng)的，正如圖2-2中的微笑曲線所示，因?yàn)橹圃鞓I(yè)已成為提供產(chǎn)品中最小的增值過程

在這種情況下，也需要考慮人口變化等社會(huì)經(jīng)濟(jì)趨勢(shì)。在制造領(lǐng)域，這意味著工作場(chǎng)所必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，例如，增加智能輔助系統(tǒng)，使工人能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)造性和增值任務(wù)，并減少常規(guī)和壓力密集型勞動(dòng)力，并促進(jìn)在整個(gè)工人和制造系統(tǒng)之間傳遞知識(shí)。

重要的是要認(rèn)識(shí)到公司在價(jià)值鏈中的位置是業(yè)務(wù)成功的基石。有必要通過可見性，協(xié)作，綜合和速度來爭(zhēng)取卓越的供應(yīng)鏈。

在現(xiàn)代生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)中，價(jià)值鏈必須是雙向的，每個(gè)環(huán)節(jié)不僅支持貨物的流動(dòng)，還支持信息的流動(dòng)。供應(yīng)鏈和生產(chǎn)過程要跨越組織邊界進(jìn)行優(yōu)化，信息孤島（Information silos）必須在合作伙伴內(nèi)部和合作伙伴之間被打破。

3未來工廠的概念

出于這個(gè)原因，在制造業(yè)中采用適當(dāng)?shù)腎T系統(tǒng)至關(guān)重要。 根據(jù)成熟度，這些系統(tǒng)通過可視化，集成和連接以及生產(chǎn)系統(tǒng)的智能分析，支持整個(gè)價(jià)值鏈中知識(shí)和復(fù)雜性的管理，即跨多個(gè)組織單位的生產(chǎn)中的全部增值活動(dòng)。

制造業(yè)的趨勢(shì)正在朝著物理和數(shù)字世界的無縫集成方向發(fā)展，以便在分布式制造基礎(chǔ)架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)快速集成，反饋和控制回路。

這要求覆蓋在整個(gè)產(chǎn)品和生產(chǎn)周期中分布式數(shù)據(jù)的完整性和一致性。為了確保這一點(diǎn)，分布式制造系統(tǒng)的數(shù)字化和鏈接構(gòu)成了實(shí)施未來工廠的關(guān)鍵措施，例如，通過整合新型生產(chǎn)設(shè)備，這些設(shè)備將互相高度互聯(lián)，并將廣泛組織起來，同時(shí)提供新的基于來自生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品本身的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的決策支持形式。

3.1開放的價(jià)值鏈

隨著個(gè)性化產(chǎn)品需求的增加，產(chǎn)品生命周期越來越短。為了應(yīng)對(duì)這些變化帶來的要求，價(jià)值鏈系統(tǒng)需要變得更具適應(yīng)性，靈活性和彈性，并且需要在資本支出方面進(jìn)行優(yōu)化。

IT開發(fā)及其在物流行業(yè)的進(jìn)展使得在考慮物料清單（BOM）和工作分解結(jié)構(gòu)（work breakdown structures ，WBS）等信息的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)近乎實(shí)時(shí)的價(jià)值鏈計(jì)劃和執(zhí)行的數(shù)值模擬和優(yōu)化最終產(chǎn)品和價(jià)值鏈結(jié)構(gòu)，工程數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品規(guī)格，產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型和工藝參數(shù)，以及從客戶咨詢，設(shè)計(jì)工作，生產(chǎn)，物流，安裝，使用和維護(hù)中收集的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)。

因此，制造流程，生產(chǎn)路徑和資源管理將不再需要由人來處理，因?yàn)闄C(jī)器和IT系統(tǒng)本身將決定最佳的前進(jìn)方向：價(jià)值鏈自我控制。 在這個(gè)過程中，需要適當(dāng)?shù)?a href="http://m.makelele.cn/v/tag/2562/" target="_blank">算法，這些算法支持透明和公平的決策，以確定全局最優(yōu)。

3.2靈活生產(chǎn)

不僅整個(gè)價(jià)值鏈必須變得更加靈活，單一的生產(chǎn)系統(tǒng)也必須適應(yīng)快速變化的客戶需求。 圖3-1概述了制造系統(tǒng)為適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)環(huán)境而必須提供的靈活性種類。

單個(gè)產(chǎn)品規(guī)格將轉(zhuǎn)移到將要分發(fā)到相應(yīng)設(shè)施的生產(chǎn)計(jì)劃，工作說明和機(jī)器配置。 在未來的工廠中，該過程通過適當(dāng)?shù)腎T界面和規(guī)劃工具自動(dòng)進(jìn)行，該界面和規(guī)劃工具集成了相關(guān)的設(shè)計(jì)和制造執(zhí)行系統(tǒng)，并通過智能映射機(jī)制從產(chǎn)品配置中提取各自的設(shè)置。

3.3以人為本的制造業(yè)

IT系統(tǒng)可以將人與工作場(chǎng)所之間的新關(guān)系帶入未來的工廠。 圖3-2顯示了人與工廠之間關(guān)系的過去和未來關(guān)系的使用案例。

而且，在過去的人與人之間的關(guān)系中，制造知識(shí)積累在工廠中。因此，將獲得的知識(shí)重新分配給其他工廠是困難的，由于知識(shí)積累只能本地化，知識(shí)經(jīng)驗(yàn)傳承受到限制，從而導(dǎo)致公司的生產(chǎn)力下降。

未來的人工關(guān)系將通過使用支持工作時(shí)間動(dòng)態(tài)安排的先進(jìn)IT變得更加靈活，這樣個(gè)人時(shí)間表將會(huì)更受尊重。由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，語義技術(shù)和工作人員合并和分析公司經(jīng)驗(yàn)以及他/她自己創(chuàng)造新想法的經(jīng)驗(yàn)，跨平臺(tái)知識(shí)共享將得到加強(qiáng)，學(xué)習(xí)周期將縮短。此外，智能機(jī)器人技術(shù)將有助于改善生產(chǎn)中的人體工程學(xué)，以幫助解決工人的需求，并支持他們進(jìn)行負(fù)荷密集型日常工作，這將為工人提供專注于知識(shí)密集型活動(dòng)的機(jī)會(huì)。

3.4商業(yè)模式

微型工廠是支持創(chuàng)新商業(yè)模式的新技術(shù)的一個(gè)例子。微型工廠是一個(gè)國(guó)際概念，其中包括與計(jì)量相結(jié)合的小型化單元或混合工藝的創(chuàng)建，

材料處理和組裝以創(chuàng)建以全自動(dòng)方式生產(chǎn)小型和高精度產(chǎn)品的能力，同時(shí)提供節(jié)省成本和資源的優(yōu)勢(shì)。

在亞洲，尤其是在日本，許多微型工廠活動(dòng)正在進(jìn)行中，微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS），微機(jī)化機(jī)床和加工技術(shù)正在加速這種技術(shù)在電子元件生產(chǎn)，流體機(jī)械，建筑部件生產(chǎn)和半導(dǎo)體封裝中的應(yīng)用。

微型工廠的主要優(yōu)點(diǎn)是成本效益，靈活的生產(chǎn)解決方案，易于管理生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)力速度和人力資源培養(yǎng)。

3.4.1 眾包（Crowdsourcing）

3.4.2 萬事皆服務(wù)（Anything-as-a-service）

與眾包業(yè)務(wù)模式類似，服務(wù)導(dǎo)向（Service orientation）正在進(jìn)入制造領(lǐng)域。服務(wù)導(dǎo)向適用于制造業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，以提高其靈活性，因?yàn)榉?wù)能夠按需消費(fèi)，從而解決了對(duì)不斷變化的市場(chǎng)需求，更快反應(yīng)。然而，萬事皆服務(wù)（anything-as-a-service，XaaS）不限于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，就像眾包一樣。它可能涉及整個(gè)產(chǎn)品生命周期，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)，制造，使用，維護(hù)和報(bào)廢或回收，并且不僅可以提供由其他人執(zhí)行的服務(wù)，還可以通過集成物聯(lián)網(wǎng)組件來實(shí)施。

3.4.3共生生態(tài)系統(tǒng)（Symbiotic ecosystem）

在進(jìn)一步考慮眾包，XaaS和擴(kuò)展程度融合和服務(wù)化，注意力也集中在涉及制造業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的其他領(lǐng)域，如能源和智慧城市。因此，整合多種生態(tài)系統(tǒng)的全球平臺(tái)應(yīng)該考慮彼此之間的相互影響，并開發(fā)協(xié)同效應(yīng)，從而改善純粹生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)方面的基礎(chǔ)設(shè)施。

3.5地方舉措

我們需要各種地方舉措來解決未來概念工廠產(chǎn)生的挑戰(zhàn)。其中許多共同的主題，如提高效率和個(gè)性化生產(chǎn)。根據(jù)各個(gè)地區(qū)或國(guó)家的社會(huì)和工業(yè)環(huán)境，可持續(xù)性或質(zhì)量等其他關(guān)鍵方面發(fā)揮作用。為了實(shí)現(xiàn)所涉及的總體目標(biāo)，所有倡議都提議利用諸如物聯(lián)網(wǎng)，添加劑制造（3D打?。┖蛿?shù)據(jù)分析等技術(shù)。

3.5.1先進(jìn)制造業(yè)（Advanced manufacturing）（美國(guó)）

在美國(guó)，諸如智能制造領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟（SMLC）或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）等一些舉措正在推廣先進(jìn)制造的概念，該概念基于先進(jìn)新技術(shù)的整合，如物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入制造業(yè)，以改善生產(chǎn)產(chǎn)品和制造工藝。

先進(jìn)制造業(yè)合作伙伴（AMP）已經(jīng)完成了大量的學(xué)習(xí)和工作，該委員會(huì)是向美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問委員會(huì)報(bào)告的，他們的建議描述了先進(jìn)制造辦公室（AMO）和美國(guó)各地建立的各種創(chuàng)新中心倡議的基礎(chǔ)。

先進(jìn)制造背后的概念通常也被稱為智能制造，并專注于生產(chǎn)環(huán)境中的智能產(chǎn)品和對(duì)象，這些產(chǎn)品和對(duì)象支持工廠和生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，調(diào)度，協(xié)調(diào)和流程執(zhí)行，以增加效率和使產(chǎn)品個(gè)性化。

3.5.2 電子化（ e-Factory）（日本）

日本的電子工廠正在實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在制造控制和數(shù)據(jù)分析方面的先進(jìn)應(yīng)用，旨在優(yōu)化生產(chǎn)力和節(jié)能。電子工廠方法有助于在新興技術(shù)的幫助下使工廠真正可見，可測(cè)量和可管理（見圖3-5）。

隨著越來越多的數(shù)據(jù)將由設(shè)備，機(jī)器，傳感器和其他ICT設(shè)備產(chǎn)生，大數(shù)據(jù)分析將有力量顯著改變未來制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將制造控制和大數(shù)據(jù)分析結(jié)合起來（及物聯(lián)網(wǎng)），將為所有制造領(lǐng)域帶來巨大機(jī)遇。

下一代電子工廠的潛在意義非常廣泛：包括傳感，智能機(jī)器人，知識(shí)工作自動(dòng)化，物聯(lián)網(wǎng)，云服務(wù)，3D打印等。應(yīng)對(duì)未來的市場(chǎng)需求并開發(fā)新的商業(yè)模式。

3.5.3工業(yè)4.0（德國(guó)）

工業(yè)4.0是第四次工業(yè)革命，由網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)，并由無縫連接的智能設(shè)備，技術(shù)和流程支持。第四次工業(yè)革命的愿景是提供數(shù)字化，智能服務(wù)和互操作接口的網(wǎng)絡(luò)物理生產(chǎn)系統(tǒng)，以支持靈活的網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)環(huán)境。智能嵌入式設(shè)備將開始無縫地協(xié)同工作，例如通過物聯(lián)網(wǎng)，集中式工廠控制系統(tǒng)將讓位于分散式智能技術(shù)，因?yàn)闄C(jī)器對(duì)機(jī)器通信觸及車間每個(gè)角落。

工業(yè) 4.0的愿景并不局限于單一生產(chǎn)設(shè)施的自動(dòng)化。它融合了核心功能的整合，從生產(chǎn)，物料采購(gòu)，供應(yīng)鏈和倉(cāng)儲(chǔ)一直到最終產(chǎn)品的銷售，與新技術(shù)相關(guān)的跨業(yè)務(wù)流程的高度集成和可見性將提高運(yùn)營(yíng)效率和響應(yīng)能力，以及制造和改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力。

為了推進(jìn)工業(yè)4.0應(yīng)用，德國(guó)的VDMA，Bitkom和ZVEI等，大型公司和研究機(jī)構(gòu)，包括德國(guó)的工業(yè)協(xié)會(huì)。都在參與研究計(jì)劃。

3.5.4智能制造（中國(guó)）

中國(guó)正在推進(jìn)智能制造，該計(jì)劃將通過合并ICT，自動(dòng)化技術(shù)和制造技術(shù)來推動(dòng)所有制造業(yè)務(wù)。智能背后思想的核心，就是從傳感器數(shù)據(jù)的無處不在的測(cè)量中獲取信息，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)處理以及智能優(yōu)化決策（即物聯(lián)網(wǎng)）。智能制造實(shí)現(xiàn)了跨企業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的橫向集成，通過企業(yè)的設(shè)備，控制和管理層進(jìn)行垂直集成，以及從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)到銷售的所有產(chǎn)品生命周期集成。

智能制造的目標(biāo)是提高產(chǎn)品創(chuàng)新能力，獲得快速的市場(chǎng)反應(yīng)能力，提高全國(guó)制造業(yè)的自動(dòng)化，智能化，靈活和高效的生產(chǎn)工藝和方法。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，中國(guó)制定了“2025中國(guó)制造”戰(zhàn)略，旨在追求制造領(lǐng)域的創(chuàng)新，質(zhì)量和效率。

4驅(qū)動(dòng)技術(shù)

4.1.1連接性和互操作性

連接性和互操作性被定義為系統(tǒng)與其他系統(tǒng)交互的能力，不需要特別的努力來進(jìn)行集成，例如界面的定制等等。

由于生產(chǎn)系統(tǒng)的低效集成是未來工廠的主要推動(dòng)因素，因此必須在各個(gè)層面建立互操作性：

l 組裝和連接制造設(shè)備或產(chǎn)品時(shí)的物理層面

l 交換信息或共享服務(wù)時(shí)，IT層面

l 在業(yè)務(wù)層面，業(yè)務(wù)和目標(biāo)必須一致。

圖4-1，在制造環(huán)境中建立互操作性時(shí)，互操級(jí)別的可視化，必須考慮不同的集成維度：

l 垂直整合，即沿IEC 62264 / IEC 61512定義的自動(dòng)化金字塔。這包括從機(jī)器內(nèi)的傳感器和執(zhí)行器到ERP系統(tǒng)的工廠內(nèi)部集成。

l 橫向整合，即沿著價(jià)值鏈和整個(gè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。

l 集成工程和產(chǎn)品/生產(chǎn)生命周期應(yīng)用（例如IEC 62890），以便在產(chǎn)品和服務(wù)開發(fā)和制造環(huán)境之間實(shí)現(xiàn)低成本的知識(shí)共享和同步。

傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈由獨(dú)立實(shí)施的系統(tǒng)組成，包括硬件系統(tǒng)（PLC，DCS，CNC等）和軟件系統(tǒng)（MES，ERP，QMS等），支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)，生產(chǎn)計(jì)劃，生產(chǎn)工程，生產(chǎn)執(zhí)行和服務(wù)，其中每個(gè)都有其自己的數(shù)據(jù)格式和模型，因此難以整合。互操作性將模糊這些系統(tǒng)和活動(dòng)之間的界限。。因此，在未來的工廠中實(shí)施特定的解決方案和應(yīng)用程序?qū)⒉粫?huì)集中在系統(tǒng)接口和定制上，而是專注于應(yīng)用程序特定的信息訪問和工作流程的建立。

4.1.2未來系統(tǒng)集成的無縫工廠

除了連接性和語義互操作性（semantic interoperability）外，分布式基于物聯(lián)網(wǎng)IoT的系統(tǒng)的成功實(shí)施和業(yè)務(wù)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)需要的不僅僅是連接和收集設(shè)備數(shù)據(jù)的框架，它需要能夠映射這些設(shè)備應(yīng)用于其環(huán)境管理的業(yè)務(wù)環(huán)境。這需要通過設(shè)備的操作可見性以及各自的信息模型來支持，將設(shè)備信息設(shè)置為應(yīng)用程序特定上下文的分析機(jī)制，例如特定的訂單，產(chǎn)品和過程。

4.1.3整合現(xiàn)有系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

為了引進(jìn)和整合未來技術(shù)的先進(jìn)工廠，即逐步向分布式和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，互操作性和智能化遷移生產(chǎn)系統(tǒng)，有必要建立適當(dāng)?shù)模↖T）系統(tǒng)架構(gòu)，為了實(shí)施這樣的架構(gòu)，必須考慮幾個(gè)需求：

l 設(shè)備管理和集成：在當(dāng)前的自動(dòng)化系統(tǒng)中，每個(gè)傳感器，設(shè)備或機(jī)器都有自己的數(shù)字語言。未來工廠實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)解決方案的核心特征是連接和管理車間設(shè)備。通常，這需要運(yùn)行在設(shè)備或機(jī)器的組件以預(yù)定義和協(xié)調(diào)的格式發(fā)送和接收命令，事件和其他數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)互操作性。

l 持久性機(jī)制：為了防止遷移過程中的數(shù)據(jù)丟失，需要持久性機(jī)制來確保將信息從現(xiàn)有系統(tǒng)可靠地傳輸?shù)叫录傻南到y(tǒng)，

4.1.4建模和仿真

不僅基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備，機(jī)器和軟件系統(tǒng)的靈活和無縫集成非常重要，而且業(yè)務(wù)環(huán)境集成是實(shí)現(xiàn)未來工廠優(yōu)化的關(guān)鍵。未來的工廠將得到可互操作的模型和工具的支持，這些模型和工具可以在產(chǎn)品開發(fā)過程中從多個(gè)角度提供產(chǎn)品的統(tǒng)一視圖 - 從特定領(lǐng)域到系統(tǒng)級(jí)，從概念設(shè)計(jì)草圖到超高保真度。同樣重要的是將這些模型和信息無縫傳播到生產(chǎn)開發(fā)建模和模擬方法的能力。

4.1.5安全和保障

在實(shí)施未來概念的工廠時(shí)，系統(tǒng)邊界得到了擴(kuò)展，并且遠(yuǎn)程系統(tǒng)的接口數(shù)量也在增加。 因此，訪問點(diǎn)可能從外部獲得潛在的威脅，這就需要適當(dāng)?shù)腎T安全和安全措施。

4.1.5.1安全

為了解決系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)，IEC 62443工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò) - 工業(yè)控制系統(tǒng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)安全系列已經(jīng)開發(fā)完成。 為了加強(qiáng)未來工廠的安全性，控制系統(tǒng)安全性的概念需要擴(kuò)大，需要開發(fā)額外的安全需求，以便處理未來系統(tǒng)工廠可能出現(xiàn)的安全問題，包括信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

4.1.5.2保障

除了安全性（Security）外，在處理意外控制系統(tǒng)故障或故意的網(wǎng)絡(luò)攻擊時(shí)，工人和設(shè)備的安全也是重點(diǎn)關(guān)注的焦點(diǎn)。 到目前為止，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)被封裝在控制系統(tǒng)中，即外部ICT機(jī)制不能夠影響制造環(huán)境中的機(jī)器和其他驅(qū)動(dòng)器的行為。

4.2 技術(shù)可行性

4.2.1物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器 - 機(jī)器通信

IoT這個(gè)術(shù)語以前主要來自終端消費(fèi)者領(lǐng)域，該術(shù)語已經(jīng)擴(kuò)展到工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器和設(shè)備也越來越智能化，連接的，具有基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的服務(wù)的部分或全部功能的物品也被稱為網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（cyber physical systems ，CPS），或者如果特別用于生產(chǎn)領(lǐng)域，則稱為網(wǎng)絡(luò)物理生產(chǎn)系統(tǒng)（cyber-physical production systems ，CPPS），兩者都是將成為未來工廠的核心基石。機(jī)器到機(jī)器（M2M）通信或集成指的是一組技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)，它們提供機(jī)器之間的連接性和互操作性，以允許它們進(jìn)行交互。

4.2.2基于云的應(yīng)用程序基礎(chǔ)架構(gòu)和中間件

物聯(lián)網(wǎng)的其他關(guān)鍵組件包括云計(jì)算和霧計(jì)算等計(jì)算組件。企業(yè)必須選擇哪些信息和處理可委派給邊緣的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，哪些應(yīng)委托給內(nèi)部或外部處理功能。

因此，新興的基于云的物聯(lián)網(wǎng)解決方案和供應(yīng)商不僅能夠集成應(yīng)用程序和流程，還能夠集成事物和傳感器。 這些系統(tǒng)可以作為未來工廠和整個(gè)供應(yīng)鏈的IT骨干，特別是當(dāng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)工廠內(nèi)部和工廠之間的無縫集成，并根據(jù)制造商不斷變化的需求促進(jìn)設(shè)備集成和計(jì)算能力的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展

4.2.3數(shù)據(jù)分析

內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算（In-memory database computing）有助于解決物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗爽F(xiàn)有商業(yè)智能機(jī)制的限制，并為制定戰(zhàn)略性和業(yè)務(wù)性業(yè)務(wù)決策提供實(shí)時(shí)信息，幾乎沒有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備或分段工作并可以高速運(yùn)行，可以對(duì)廣泛的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。因此，它提供了回答問題的能力，即對(duì)與問題相關(guān)的盡可能多的IoT數(shù)據(jù)執(zhí)行分析，沒有邊界或限制，并且對(duì)數(shù)據(jù)量或數(shù)據(jù)類型沒有限制。

4.2.4智能機(jī)器人

在目前的生產(chǎn)系統(tǒng)中，單元或生產(chǎn)線是常見的做法，單個(gè)工人或小團(tuán)隊(duì)使用合格的夾具在限制區(qū)域內(nèi)執(zhí)行各種任務(wù)。然而，這樣的系統(tǒng)并不滿足市場(chǎng)對(duì)靈活性，效率和可靠性的需求，因?yàn)檫@些系統(tǒng)完全由人力或全自動(dòng)線路運(yùn)行?，F(xiàn)在支持人類執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)機(jī)器人單元正在開發(fā)。

但是，這種合作會(huì)帶來安全問題，因?yàn)樯婕暗幕顒?dòng)機(jī)器人的故障可能導(dǎo)致致命的傷害。此外，目前還沒有涉及這種人機(jī)協(xié)作的行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，因此系統(tǒng)集成技術(shù)的創(chuàng)新以及新安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的制定都是必需的。

精密傳感器的集成和人工智能（AI）的應(yīng)用使機(jī)器視覺，情境感知和智能成為可能。這產(chǎn)生了協(xié)作機(jī)器人，不僅在特定工作區(qū)域與人類無界限地進(jìn)行交互，并執(zhí)行明確定義的任務(wù)，而且還預(yù)測(cè)所需的援助需求。一方面，這將使機(jī)器人應(yīng)用于以前不可能的用例成為可能，另一方面，由于消除了車間工人的非增值活動(dòng)，它將導(dǎo)致更高的生產(chǎn)力。

這種協(xié)作的靈活性（flexibility of collaboration）不僅可以用于人機(jī)交互，還可以用于機(jī)器人系統(tǒng)之間的協(xié)作。先進(jìn)的機(jī)器人可以使用諸如M2M通信，機(jī)器視覺和傳感器等技術(shù)實(shí)時(shí)增強(qiáng)感官知覺，靈活性，機(jī)動(dòng)性和智能性。

4.2.6增材制造/ 3D打印

2012年，全球增材制造（AM）產(chǎn)品和服務(wù)市場(chǎng)增長(zhǎng)29％（復(fù)合年增長(zhǎng)率），超過20億美元。 AM用于最終產(chǎn)品部件的生產(chǎn)繼續(xù)增長(zhǎng)。在10年的時(shí)間里，它（最終產(chǎn)品部件）從幾乎是零到全球AM產(chǎn)品和服務(wù)總收入的28.3％。在直接零件生產(chǎn)中，AM提供多種產(chǎn)品和行業(yè)清單，包括消費(fèi)電子產(chǎn)品，服裝，珠寶，樂器，醫(yī)療和航空航天產(chǎn)品。

4.2.7未來工廠附加的技術(shù)

除了這些技術(shù)之外，還有其他各種研究和開發(fā)領(lǐng)域可能為未來工廠提供相關(guān)解決方案，如認(rèn)知機(jī)器，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，可穿戴計(jì)算，外骨骼，智能材料，先進(jìn)和直觀的編程技術(shù)或知識(shí)管理系統(tǒng)。

5變革阻力

對(duì)新的解決方案的恐懼和抗拒的原因往往是是由于自動(dòng)化和IT系統(tǒng)帶來的效率提高，導(dǎo)致潛在的失業(yè)問題。知識(shí)和意識(shí)是克服這些問題的關(guān)鍵，因?yàn)楦咚降慕逃梢詼p少失業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。其實(shí)，工作崗位數(shù)量可能不會(huì)減少，相反，他們的內(nèi)容和風(fēng)格可能會(huì)轉(zhuǎn)向更加整合和靈活的工作模式。這不僅涉及車間的生產(chǎn)工作，還涉及PLC或機(jī)器人編程以及與工程相關(guān)的其他任務(wù)。

除了擔(dān)心失業(yè)之外，對(duì)變革的抵制往往是由于利益相關(guān)者和決策者的不確定性所造成的，他們對(duì)技術(shù)背景，商業(yè)模式和所涉及的利益缺乏足夠的了解，他們的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)仍然僅限于傳統(tǒng)概念和解決方案。

5.1 財(cái)務(wù)問題

除了將新的IT技術(shù)引入到制造業(yè)之外，還必須評(píng)估商業(yè)模式的成本和收益，以正確評(píng)估業(yè)務(wù)創(chuàng)新的潛力并降低相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。即使未來商業(yè)模式和技術(shù)的工廠效益通過各自評(píng)估得到證實(shí)，公司的財(cái)務(wù)策略也必須允許相關(guān)投資。在這種情況下，必須考慮投資回報(bào)率（ROI）預(yù)測(cè)。

5.4遷移策略

在現(xiàn)有的工廠中，通常會(huì)使用各種遺留系統(tǒng)，其中存儲(chǔ)了相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，并通過定制的界面進(jìn)行連接，為了克服這些問題，在向工廠引入新的方法，概念和技術(shù)的同時(shí)，適當(dāng)?shù)倪w移策略是必要的。

6預(yù)測(cè)

圖6-1顯示了各種技術(shù)和應(yīng)用在不同行業(yè)的成熟度和適用性，以及它們?cè)谥圃煨袠I(yè)的適應(yīng)性。從這個(gè)雷達(dá)圖可以看出，特別是諸如遷移戰(zhàn)略或系統(tǒng)觀點(diǎn)實(shí)施等非技術(shù)挑戰(zhàn)仍處于早期階段。這與在地區(qū)，國(guó)家和國(guó)際層面正在進(jìn)行的未來工廠背景下的許多發(fā)展活動(dòng)都側(cè)重于技術(shù)問題的觀察結(jié)果完全吻合。關(guān)鍵技術(shù)的采用因行業(yè)和應(yīng)用案例而異。例如，增材制造被評(píng)價(jià)為對(duì)特殊部件的個(gè)性化生產(chǎn)和制造非常有利，例如，具有復(fù)雜幾何形狀的昂貴或不可能使用通用制造技術(shù)制造。另一方面，增材制造業(yè)可能永遠(yuǎn)無法達(dá)到現(xiàn)有大規(guī)模生產(chǎn)的效率。同樣，建模和仿真工具的成熟度取決于應(yīng)用領(lǐng)域。它們已經(jīng)被廣泛用于產(chǎn)品開發(fā)和優(yōu)化，例如在汽車和航空航天工業(yè)中，盡管近實(shí)時(shí)仿真應(yīng)用有助于優(yōu)化制造環(huán)境，但仍有改進(jìn)的余地。

對(duì)于諸如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，M2M網(wǎng)絡(luò)，智能機(jī)器人和基于云的AIM等其他技術(shù)，存在單一解決方案，這些解決方案在其特定應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)相當(dāng)成熟。但是，必須進(jìn)一步努力，通過克服阻礙其市場(chǎng)準(zhǔn)備的問題，例如“抵制變革”或缺乏移徙戰(zhàn)略，實(shí)施這種發(fā)展的廣泛適用性。

總而言之，可以說，行業(yè)分支以及應(yīng)用環(huán)境，即在水平和垂直制造環(huán)境層中的位置，會(huì)影響未來工廠和市場(chǎng)的部署準(zhǔn)備情況。

7結(jié)論和建議

新的制造工藝將解決以人為中心的制造可持續(xù)性，靈活性，創(chuàng)新和質(zhì)量要求所帶來的挑戰(zhàn)。未來的基礎(chǔ)設(shè)施將支持隨時(shí)隨地訪問信息，而無需任何特定的參數(shù)安裝。生產(chǎn)資源將自我管理并相互連接（M2M），而產(chǎn)品將知道他們自己的生產(chǎn)系統(tǒng)。這是數(shù)字和現(xiàn)實(shí)世界將融合的地方。

7.1.1與其他生態(tài)系統(tǒng)的相互作用

建議重點(diǎn)關(guān)注工廠（包括物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等所有組件）與其他生態(tài)系統(tǒng)（如智能電網(wǎng)）之間的相互作用，并確定允許工業(yè)設(shè)施和工廠內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行通信所需的標(biāo)準(zhǔn)與這些生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃，談判，管理和優(yōu)化電力供應(yīng)，供應(yīng)物流，人力資源等相關(guān)信息以及它們之間的相關(guān)信息。

7.1.2最大化價(jià)值鏈和協(xié)作供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)

將網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)展到生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)合作伙伴將有助于制造商更好地了解可以實(shí)時(shí)交付的供應(yīng)鏈信息。 通過將生產(chǎn)線連接到供應(yīng)商，所有利益相關(guān)者都可以了解相互依賴性，物料流程和流程周期時(shí)間。

7.1.3整個(gè)生命周期的系統(tǒng)安全

預(yù)防和避免意外系統(tǒng)故障，或故意網(wǎng)絡(luò)攻擊必須考慮系統(tǒng)日益相互聯(lián)系和復(fù)雜性。出于這個(gè)原因，解決系統(tǒng)整個(gè)生命周期的安全問題非常重要，這涉及從設(shè)計(jì)到提升和鏈接，以及預(yù)測(cè)和評(píng)估未來網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全的行為。

7.1.4面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)

在未來的可重構(gòu)工廠中，軟件將在價(jià)值鏈和車間的各個(gè)方面發(fā)揮主要作用。因此，創(chuàng)建可擴(kuò)展的面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)非常重要，該體系結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)公司或工廠的特定需求，從而充分利用相關(guān)軟件為工廠帶來的所有潛在優(yōu)勢(shì)。

7.1.5網(wǎng)絡(luò)安全

總的來說，隨著互聯(lián)網(wǎng)在自動(dòng)化系統(tǒng)中對(duì)控制功能的廣泛使用，可以說現(xiàn)在的每個(gè)工業(yè)系統(tǒng)都是脆弱的，并且沒有一個(gè)一致的安全方法。因此，認(rèn)真對(duì)待安全標(biāo)準(zhǔn)的要求（即公司和個(gè)人數(shù)據(jù)保護(hù)，執(zhí)行系統(tǒng)安全，考慮意外反饋循環(huán)等）至關(guān)重要，并且要注重防范網(wǎng)絡(luò)安全恐怖主義，采用適應(yīng)性，敏感性和合作性模式。

7.1.6培訓(xùn)

操作員將得到與生產(chǎn)設(shè)備和IT系統(tǒng)相互連接的智能輔助系統(tǒng)的支持，以幫助他/她做出正確的決定并執(zhí)行他/她的任務(wù)。這肯定會(huì)需要工人帶來新的技能，為此需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)。

對(duì)于未來系統(tǒng)工廠的設(shè)置，跨部門教育（cross-sectorial education）對(duì)于實(shí)施，整合和優(yōu)化產(chǎn)品和生產(chǎn)周期階段涉及的所有學(xué)科中的多個(gè)組件至關(guān)重要。

7.1.7制造業(yè)的數(shù)字化

數(shù)據(jù)來源于制造周期各個(gè)階段的各種來源。鑒于物聯(lián)網(wǎng)和CPS產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量更大，此數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析（和反饋）有助于設(shè)備的自組織和決策支持。因此，建議制造機(jī)器設(shè)計(jì)師開發(fā)他們的設(shè)備以便能夠直接與內(nèi)部和外部供應(yīng)鏈內(nèi)的各種系統(tǒng)進(jìn)行溝通。這將使他們能夠收集有關(guān)客戶，供應(yīng)商，零件，工具，產(chǎn)品，校準(zhǔn)和維護(hù)計(jì)劃的必要信息。物聯(lián)網(wǎng)將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)制造業(yè)務(wù)的共同目標(biāo)，即通過自動(dòng)數(shù)據(jù)收集取代手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入。

7.1.8實(shí)時(shí)模擬（Real time simulation）

建模和仿真將成為整個(gè)價(jià)值鏈的組成部分，而不僅僅是研發(fā)活動(dòng)。需要將直接從操作中獲得的虛擬仿真模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型相結(jié)合，并為未來工廠中的所有活動(dòng)提供實(shí)時(shí)仿真。

7.1.9標(biāo)準(zhǔn)化連接協(xié)議

每個(gè)傳感器和執(zhí)行器都是物聯(lián)網(wǎng)的參與者。 每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)IP地址并已聯(lián)網(wǎng)。 為了使“未來工廠”成為現(xiàn)實(shí)，連接器和連接協(xié)議組合必須在任何設(shè)備上提供，并允許在不丟失信息的情況下轉(zhuǎn)換每個(gè)設(shè)備和連接器的獨(dú)特方言（unique dialect）。 IEC應(yīng)邀請(qǐng)業(yè)界在該領(lǐng)域制定標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議。