(上海工業(yè)自動化儀表研究院，上海 200233)

0 引言

進入21世紀以來，世界經(jīng)濟出現(xiàn)了新的局面，增長緩慢、波瀾起伏。各國為了爭奪市場，競爭激烈。為了擺脫危機和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展，各國都在加快研究新的技術(shù)，新工業(yè)革命正在到來。德國是高度工業(yè)化的、以制造業(yè)為導向的出口型經(jīng)濟技術(shù)強國。為了保持在重要關(guān)鍵技術(shù)上的國際頂尖地位，從實際國情出發(fā)，德國提出了繼蒸汽機的發(fā)明、大規(guī)模生產(chǎn)和自動化之后的第四次工業(yè)革命——Industry 4.0戰(zhàn)略計劃。

作為Industry 4.0 核心的智能工廠，其基本設想是制造的產(chǎn)品集成有動態(tài)數(shù)字存儲器、感知和通信能力，承載著整個供應鏈和生命周期中所需的各種信息；整個生產(chǎn)價值鏈中所集成的生產(chǎn)設施能夠?qū)崿F(xiàn)自組織，以及能夠根據(jù)當前的狀況靈活地決定生產(chǎn)過程。智能工廠的目標是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務的生產(chǎn)模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的活動領(lǐng)域和合作形式。

1 信息與通信技術(shù)發(fā)展遵循“15年周期定律”

IBM前首席執(zhí)行官郭士納曾提出計算技術(shù)每隔15年發(fā)生一次變革的觀點，這一判斷像摩爾定律一樣準確，人們把它稱為“15年周期定律”。1965年前后發(fā)生的變革以大型機為標志。1980年前后以PC個人計算機的普及為標志，其間美國施樂公司首席科學家Mark Weiser提出“無處不在的計算(ubiquitous computiug)”將成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧?995年前后互聯(lián)網(wǎng)開始普及，計算機與通信技術(shù)發(fā)生了巨大改變[1]。在互聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎上，2010年前后出現(xiàn)了新一代信息技術(shù)。按照美國ARC顧問集團的觀點，推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的新興技術(shù)主要是社交媒體技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)以及大數(shù)據(jù)與先進分析技術(shù)[2]。

① 社交媒體技術(shù)：在美國，社交網(wǎng)站的發(fā)展驅(qū)動了人們對于社交媒體技術(shù)在制造領(lǐng)域應用的探索。借助于社交技術(shù)，人們可實現(xiàn)快速查找工作所急需的專業(yè)知識，能快捷地找到正確的能提供幫助的人，在設計過程中實現(xiàn)全球協(xié)同等。同時社交媒體可以滿足工廠企業(yè)市場營銷的品牌建立與提升，獲得潛在客戶信息等需求。

② 移動互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：互聯(lián)網(wǎng)將計算機進行互聯(lián)互通，移動互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了人與人的聯(lián)網(wǎng)，徹底改變了人與人的互動方式。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，人們進一步希望物理世界也聯(lián)網(wǎng)，進而實現(xiàn)信息世界與物理世界的交融，于是產(chǎn)生了物聯(lián)網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，將任意物品與互聯(lián)網(wǎng)相連，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。

③ 云計算技術(shù)：云計算是以虛擬化技術(shù)為基礎，以按需付費為商業(yè)模式，具備彈性擴展、動態(tài)分配和資源共享等特點的新型網(wǎng)絡化計算模式。在云計算模式下，軟件、硬件、平臺等IT資源將作為基礎設施，以服務的方式提供給使用者。目前，云計算已成為提供各種互聯(lián)網(wǎng)服務的重要平臺。

④ 大數(shù)據(jù)與先進分析技術(shù)：大數(shù)據(jù)技術(shù)是從各種類型的數(shù)據(jù)中，采用新處理模式快速獲得有價值信息的能力，從而實現(xiàn)深度理解、洞察發(fā)現(xiàn)與精準決策。它給制造業(yè)帶來的益處包括優(yōu)化流程、降低成本與提升營運效率。

如上所述，物聯(lián)網(wǎng)是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，把世界上萬事萬物連接起來的網(wǎng)絡。在這個網(wǎng)絡中，物品通過計算機互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。但在很多應用中，接入網(wǎng)絡的設備對其計算能力的要求遠非RFID能比。由于物聯(lián)網(wǎng)中的物品不具備控制和自治能力，通信也大都發(fā)生在物品與服務器之間，因此物品之間無法實現(xiàn)協(xié)同控制。

2 信息物理融合系統(tǒng)將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推向一個新高度

為了將控制技術(shù)融入互聯(lián)網(wǎng)，2006年美國國家基金會(NSF)科學家Helen Gill提出了信息物理融合系統(tǒng)(cyber physical system,CPS)概念，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展推向了一個新的高度。隨后，美國發(fā)布《美國競爭力計劃》，將CPS列為重要研究項目；2007年，美國總統(tǒng)指導科技顧問委員會將CPS列為優(yōu)先發(fā)展的八大關(guān)鍵信息技術(shù)之首；2008年，美國CPS指導小組將CPS應用于能源、交通、國防、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等方面。在歐洲，歐盟計劃從2007年到2013年在嵌入智能與系統(tǒng)的研究與技術(shù)上投入54億歐元，以期在2016年成為智能電子系統(tǒng)的世界領(lǐng)導者[3]。

近年來，通過智能手機、電子閱讀器、平板電腦等設備連接信息世界與物理世界已經(jīng)對我們生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生了變革性的影響。利用這些設備和各種技術(shù)，物理世界的信息可以無縫地傳遞到信息世界，在信息世界它被精心加工成對應物理內(nèi)容的能夠適應各種信息的應用和服務，同時還能通過執(zhí)行器修正，以適應物理世界自身。信息世界與物理世界的互動示意圖如圖1所示。這就打開了構(gòu)建創(chuàng)新服務的空間，使周圍的物理世界以及其中的社交活動進行更好的理解與互動，通常更能促進物理和社交世界中“擴增感知和互動”的能力。虛擬世界覆蓋在物理世界之上，其目標是連續(xù)監(jiān)視物理世界，同時能夠產(chǎn)生智能動作使虛擬世界(應用和服務)適應我們的需求。在一個融合的世界中，物理世界產(chǎn)生的動作和信息能夠影響個人和社會的行為，它也能影響在虛擬世界中如何處理信息和服務[4]。由此產(chǎn)生了信息物理融合系統(tǒng)，亦稱“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”。

圖1 信息世界與物理世界的互動示意圖

從本質(zhì)上講，信息物理融合系統(tǒng)(CPS)在物理世界的實體中部署一定的感知和自治能力，使之成為“智能物體”，通過網(wǎng)絡設施實現(xiàn)信息傳輸、協(xié)同和處理，實現(xiàn)物與物、人與物之間的互聯(lián)，從而也實現(xiàn)了虛擬的信息世界與真實的物理世界的融合。從應用角度講，CPS將打破現(xiàn)有的傳感網(wǎng)系統(tǒng)、通信網(wǎng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，建立一個多系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)操作的動態(tài)可控復雜系統(tǒng)。通過物理過程、通信過程、計算過程和控制過程等緊密合作，可以滿足多種應用需求。CPS將使整個世界互聯(lián)起來，如同互聯(lián)網(wǎng)改變了人與人互動一樣，CPS將會改變我們與物理世界的互動。

3 信息物理融合系統(tǒng)開啟了Industry 4.0工業(yè)革命

德國是高度工業(yè)化的、以制造業(yè)為導向的出口型經(jīng)濟技術(shù)強國。為了確保制造業(yè)世界領(lǐng)先地位，從實際國情出發(fā)，德國于2012年首先將CPS技術(shù)創(chuàng)新性地應用于制造工業(yè)，提出了基于信息物理融合系統(tǒng)的Industry 4.0第四次工業(yè)革命戰(zhàn)略計劃[5]。

在Industry 4.0 時代，每個工廠企業(yè)都將建立 “數(shù)字企業(yè)平臺”，通過開放接口將虛擬環(huán)境與基礎架構(gòu)融為一體，從而構(gòu)成信息物理融合系統(tǒng)(CPS),生產(chǎn)自動化系統(tǒng)將升級為信息物理融合生產(chǎn)系統(tǒng)(cyber physical production system,CPPS)。Industry 4.0將由集中式控制向分散式增強型控制基本模式轉(zhuǎn)變。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的活動領(lǐng)域和合作形式。創(chuàng)造新價值的過程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組，將使人類從“自動化生產(chǎn)”進入“智能化生產(chǎn)、綠色生產(chǎn)、都市化生產(chǎn)”。

Industry 4.0將成為智能的網(wǎng)絡世界的一部分。在一個智能的網(wǎng)絡世界，所有主要工業(yè)領(lǐng)域都將感受到它的存在。物聯(lián)網(wǎng)及其服務推動這些領(lǐng)域產(chǎn)生重大變革，從而產(chǎn)生了能源領(lǐng)域的智能電網(wǎng)，可持續(xù)的移動策略(智能汽車、智能倉儲)以及健康領(lǐng)域的智能健康。在制造環(huán)境中，實現(xiàn)橫跨整個價值網(wǎng)絡的垂直網(wǎng)絡化、端到端工程和水平集成，價值網(wǎng)絡上的產(chǎn)品和系統(tǒng)日益智能化。

Industry 4.0集中于創(chuàng)建智能產(chǎn)品、規(guī)范和方法。智能工廠制定Industry 4.0的主要細節(jié)內(nèi)容。智能工廠能夠管控各種復雜情況，很少發(fā)生停車，并能更有效地制造產(chǎn)品。在智能工廠中，人員、機器和資源相互之間進行通信，就像在社交網(wǎng)絡一樣。智能產(chǎn)品能夠知道它們被制造和打算被使用的詳細情況。它們主動支持制造過程，回答諸如“什么時候我被加工？”“處理產(chǎn)品的哪一個參數(shù)？”“產(chǎn)品被傳遞到何處？”等問題。智能產(chǎn)品與智能汽車、智能物流和智能電網(wǎng)相對接，將使得智能工廠成為將來智能基礎設施的主要部分。這將使常規(guī)價值鏈發(fā)生變革，并出現(xiàn)新的業(yè)務模式。智能工廠——新的業(yè)務模式示意圖如圖2所示。

圖2 智能工廠——新的業(yè)務模式圖

在實現(xiàn)Industry 4.0過程中，目的是通過建立在德國勞動力技能、特長和知識專利基礎上的系統(tǒng)創(chuàng)新進程，通過影響現(xiàn)有技術(shù)和經(jīng)濟潛能的手段，創(chuàng)建一個最佳的、全面的一攬子解決方案。Industry 4.0將能夠為工程、規(guī)劃、制造、運行和物流整個過程，提供整套具有更強的靈活性、可靠性以及高質(zhì)量的標準，從而能夠有效創(chuàng)建動態(tài)的、實時最佳的、自組織的價值鏈。該價值鏈可以按照諸如成本、可用性和資源消耗等各種準則實現(xiàn)最佳化。

戰(zhàn)略創(chuàng)新的Industry 4.0將創(chuàng)造一個CPS平臺。該平臺支持工業(yè)業(yè)務過程的協(xié)調(diào)，以及用于智能工廠和智能產(chǎn)品生命周期所有方面的相關(guān)業(yè)務。由這些平臺提供的服務和應用，將人員、對象和系統(tǒng)相互連接起來。物聯(lián)網(wǎng)與服務網(wǎng)示意圖如圖3所示。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)與服務網(wǎng)示意圖

物聯(lián)網(wǎng)與服務網(wǎng)具有如下特性。

① 通過快速和簡單的編排服務和應用(包括基于CPS的軟件)提供靈活性；

② 按照APP商店模式分配和部署業(yè)務流程；

③ 整個業(yè)務過程具有綜合的、安全可靠的后備；

④ 由傳感器到用戶接口的每個環(huán)節(jié)都能做到功能安全、信息安全和高度可靠；

⑤ 支持移動終端設備；

⑥ 支持業(yè)務網(wǎng)絡上的協(xié)同制造、服務以及分析和預測過程。

為了實現(xiàn)Industry 4.0，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部聯(lián)手，投入高達5億歐元支持該計劃，由德國人工智能研究中心(DFKI)牽頭，西門子公司、菲尼克斯電氣公司以及SAP公司等23家工業(yè)自動化企業(yè)參加，組成了“智能工廠創(chuàng)新聯(lián)盟”。該聯(lián)盟的目標是研發(fā)、演示、應用和分享創(chuàng)新的智能工廠技術(shù)，提出融合規(guī)劃、工程和生產(chǎn)工藝以及相關(guān)機電系統(tǒng)的全面解決方案，為智能工廠技術(shù)應用于工業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造條件[6]。

4 領(lǐng)導制造業(yè)市場和領(lǐng)導裝備制造業(yè)供應商的雙戰(zhàn)略

為了確保德國在制造業(yè)市場和裝備制造業(yè)供應商兩個方面的領(lǐng)導地位，Industry 4.0采用在制造業(yè)布局CPS以及加速CPS技術(shù)和產(chǎn)品市場化雙戰(zhàn)略。Industry 4.0在戰(zhàn)略層面能夠創(chuàng)建水平價值網(wǎng)絡，在業(yè)務流程層面(包括工程)提供跨越整個價值鏈的端到端集成，同時能夠?qū)崿F(xiàn)垂直集成和網(wǎng)絡化制造系統(tǒng)，具體化為以下三方面特征。

(1) 水平集成：為了構(gòu)建和成功地擴展兩個主導的市場，位于不同地方的業(yè)務部門構(gòu)成閉合的全局網(wǎng)絡是十分必要的，同時不同的企業(yè)之間必須開展緊密合作，這就需要不同的價值創(chuàng)建階段和產(chǎn)品生命周期及其相應的制造系統(tǒng)的邏輯的、端到端的數(shù)字集成。在生產(chǎn)、自動化工程和工廠領(lǐng)域，水平集成是指用于制造和業(yè)務規(guī)劃流程不同階段的各種工廠系統(tǒng)的集成，其中包括在公司內(nèi)部和幾個不同公司之間的集成。該集成的目標是提供端到端的解決方案。

(2) 端到端系統(tǒng)工程：跨越整個價值鏈的端到端系統(tǒng)工程包括產(chǎn)品設計和開發(fā)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)實施以及服務五個階段，端到端系統(tǒng)工程圖如圖4所示。

圖4 端到端系統(tǒng)工程圖

五個階段的具體任務如下。

① 產(chǎn)品設計和開發(fā)：使用PLM 軟件虛擬開發(fā)、規(guī)劃和最佳化，用虛擬原型有效縮短開發(fā)時間，對原型進行虛擬分析。

② 生產(chǎn)規(guī)劃：工業(yè)軟件和自動化技術(shù)集成，用工業(yè)軟件仿真生產(chǎn)規(guī)劃并進行最佳化，縮短上市時間。

③ 生產(chǎn)工程：在獨立系統(tǒng)之間無縫通信，對所有的自動化任務進行統(tǒng)一的訪問，建立統(tǒng)一的信息平臺。

④ 生產(chǎn)實施：采用節(jié)能和節(jié)約資源的部件及其解決方案提高生產(chǎn)效率，通過MES 系統(tǒng)獲得最佳生產(chǎn)性能，采用自動化和驅(qū)動集成解決方案。

⑤ 服務：在垂直市場和生產(chǎn)過程知識專利基礎上，建立與產(chǎn)品、系統(tǒng)以及應用有關(guān)的全生命周期服務，遠程診斷與維護能源管理服務，自動化系統(tǒng)功能安全和信息安全評估與測試等[7]。

端到端系統(tǒng)工程需要采用跨越不同技術(shù)學科的性能整體性系統(tǒng)工程方法。貫穿工程流程的端到端數(shù)字集成，橫跨不同的公司和整個產(chǎn)品價值鏈，同時考慮用戶需求，將數(shù)字世界和真實世界進行集成。端到端數(shù)字系統(tǒng)工程和由此產(chǎn)生的價值鏈最優(yōu)化，將意味著用戶不再選擇由制造商指定的預先定義了性能范圍的產(chǎn)品，取而代之的是將單個功能和部件配合，以滿足指定的要求。

通過CPS實現(xiàn)的基于模型的開發(fā)，允許采用一種端到端、模型化的數(shù)字方法，它包括從用戶需求到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，直至最終產(chǎn)品生產(chǎn)。這就使得在一個端到端系統(tǒng)工程工具鏈中就能識別和描述所有的依賴關(guān)系?；谕荒Ｐ湍軌蚱叫械亻_發(fā)制造系統(tǒng)，這就意味著它與產(chǎn)品的開發(fā)始終保持并駕齊驅(qū)，其結(jié)果是使得制造單批量產(chǎn)品亦能獲利成為可能。

(3) 垂直集成和網(wǎng)絡制造系統(tǒng)：垂直集成是指為了能夠?qū)崿F(xiàn)端到端的解決方案，在不同層級(例如執(zhí)行器和傳感器、控制、生產(chǎn)、管理、制造和執(zhí)行以及公司規(guī)劃級)的各種工廠系統(tǒng)的集成。垂直集成的基礎架構(gòu)就在一個具體的工廠內(nèi)。在將來的智能工廠中，制造流程的結(jié)構(gòu)將不再是固定的和預先定義的。取而代之，將定義一套IT配置規(guī)則。該規(guī)則依據(jù)模型、數(shù)據(jù)、通信和算法，能夠依據(jù)各種情況，針對每個處境構(gòu)建一個特定的結(jié)構(gòu)(拓撲)，從而實現(xiàn)制造系統(tǒng)的自組織和重新配置性。為了實現(xiàn)垂直集成，需要確保執(zhí)行器和傳感器信號能夠跨越不同層級，一直傳送到ERP級。

5 智能工廠的體系架構(gòu)

由于CPS信息物理融合系統(tǒng)進入制造和物流的技術(shù)集成，以及在工業(yè)流程中使用物聯(lián)網(wǎng)及其服務，從而產(chǎn)生了創(chuàng)新的工廠系統(tǒng) ——智能工廠。完全不同于傳統(tǒng)的工廠自動化系統(tǒng)，智能工廠采用面向服務的體系架構(gòu)，具體體系架構(gòu)如圖5所示。

圖5 智能工廠體系架構(gòu)圖

從圖5可以看出，對應于傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場級，使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；對應于控制級，采用CPPS信息物理融合生產(chǎn)系統(tǒng)；對應的監(jiān)控管理級連接到安全可靠和可信的云網(wǎng)絡主干網(wǎng)，采用服務互聯(lián)網(wǎng)提供的服務。

各部分的功能簡述如下。

① 基于嵌入式Internet技術(shù)、無線自組織的機器對機器通信(machine-to-machine，M2M)：M2M 通信是基于特定終端行業(yè)，以公共無線網(wǎng)絡為接入手段，為客戶提供機器到機器的通信解決方案，滿足客戶對生產(chǎn)過程監(jiān)控、指揮調(diào)度、遠程數(shù)據(jù)采集和測量以及遠程診斷等方面的信息化需求。M2M不是簡單的數(shù)據(jù)在機器和機器之間的傳輸，它是機器之間的一種智能化、交互式通信，即使人們沒有實時發(fā)送信號，機器也會根據(jù)既定程序主動進行通信，并根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)智能化地做出選擇，對相關(guān)設備發(fā)出正確的指令。工業(yè)控制需要實現(xiàn)智能化、遠程化和實時化。隨著無線寬帶的突破，具有高數(shù)據(jù)傳輸速率、低占空比、IP網(wǎng)絡支持以及泛在移動性的M2M通信能夠提供更佳的承載基礎。

② CPPS信息物理融合生產(chǎn)系統(tǒng)：由于工業(yè)控制的可靠性要求非常高，所以生產(chǎn)流程控制采用靠近工廠機器設備的CPPS系統(tǒng)。按照Edward A.Lee教授的定義：“CPS是計算過程和物理過程的集成系統(tǒng)，利用嵌入式計算機和網(wǎng)絡對物理過程進行監(jiān)測和控制，并通過反饋環(huán)實現(xiàn)計算過程和物理過程的相互影響”[8]。CPPS系統(tǒng)是一種網(wǎng)絡型嵌入式系統(tǒng)，它將打破在PC機時代建立的傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)的體系架構(gòu)，從而全面實現(xiàn)分布式智能。

③ 安全可靠和可信的云網(wǎng)絡：智能工廠的IT設施建立在云計算網(wǎng)絡基礎上，云計算的本質(zhì)是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的服務模式，它類似于遠程數(shù)據(jù)中心?？刂剖铱梢岳斫鉃樗接性?，考慮到控制的可靠性要求非常高，為CPPS信息物理融合生產(chǎn)系統(tǒng)提供服務的APPs平臺建立在工廠企業(yè)的私有云上。但是一些營運和生產(chǎn)管理,例如PLM、SCM、CRM、QMS、ERP以及MES的一些功能可以通過云計算網(wǎng)絡提供服務，從而可以降低創(chuàng)建和優(yōu)化基礎架構(gòu)的成本；提升生產(chǎn)管理的智能化水平、高效的跨地域協(xié)同以及提高快速響應市場需求的能力等。

④ 基于CPS的高級工廠輔助系統(tǒng)：智能工廠創(chuàng)新聯(lián)盟十分重視將各種無線技術(shù)、平板電腦、智能手機以及室內(nèi)精確定位等很多IT領(lǐng)域成熟的最新技術(shù)創(chuàng)新地引入新一代工廠系統(tǒng)，形成高級工廠輔助系統(tǒng)。2012年4月，谷歌公司發(fā)布了 “谷歌眼鏡”新產(chǎn)品。這是一款可穿戴移動終端產(chǎn)品?！肮雀柩坨R”采用了“擴增實境”技術(shù)又稱增強現(xiàn)實技術(shù)，在“實境”現(xiàn)實基礎上，將圖像、聲音和其他感官增強功能實時添加到真實世界的環(huán)境中，以虛擬現(xiàn)實將它擴增，把真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到同一個畫面或空間，可以使用戶充分感知和操控虛擬的立體圖像。為此，智能工廠創(chuàng)新聯(lián)盟專門成立了項目組，經(jīng)過研究試驗，打算將該技術(shù)用于工業(yè)維護系統(tǒng)，通過頭盔式顯示器將多種輔助信息顯示給用戶，包括虛擬儀表的面板、被維修設備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及被維修設備零件圖等，從而大大提高維護效率。利用這些高級工廠輔助系統(tǒng)，還可以支持、幫助和培訓新一代工作人員。

6 結(jié)束語

當前，我國裝備制造業(yè)與世界先進水平相比存在較大差距，產(chǎn)業(yè)的效率和效益較低，單位產(chǎn)值的能耗居高不下，人均水平差距巨大，創(chuàng)新能力薄弱。長期以來，高投入、高消耗、高污染的生產(chǎn)模式已無法延續(xù)。為了提升競爭力，保持可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)從 “中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)型升級，就必須采用CPS信息物理融合系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)與服務網(wǎng)技術(shù)，向智能、綠色和高效的智能工廠轉(zhuǎn)型升級。新一代智能工廠系統(tǒng)要求傳統(tǒng)的工業(yè)自動化技術(shù)必須向新一代信息與通信技術(shù)開放。自動化技術(shù)應該轉(zhuǎn)換它的研究聚焦點，從在各個獨立的學科(如分散系統(tǒng)或通信)開展?jié)u近的局部改善性研究，走向整體系統(tǒng)功能的再工程化研究。我們應該借鑒德國提出的新工業(yè)革命理念、目標和制定的路線圖，打破傳統(tǒng)理念，堅持進行持續(xù)的技術(shù)轉(zhuǎn)型，重視將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域成熟的最新技術(shù)引入裝備制造業(yè)領(lǐng)域，勇于創(chuàng)新，加快我國裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

[1] 楊剛，沈沛意，鄭春紅，等.物聯(lián)網(wǎng)理論與技術(shù)[M].北京：科學出版社，2010：2-5.

[2] Andy C.Transforming industry through new processes and technologies[C]//ARC World Forum,February 2012:2-5.

[3] 溫景容，武穆清，宿景芳.信息物理融合系統(tǒng)[J].自動化學報，2012，38(4)：11-22.

[4] Marco C,Chatschik B.Looking ahead in pervasive computing:challenges and opportunities in the era of cyber physical convergence[J].Pervasive and Mobile Computing,2012(8):2-21.

[5] Federal ministry of education and research.Securing the future of German manufacturing industry,recommendations for implementing the strategic initiative Industry 4.0[R].2013:19-32.

[6] Zuhlke D.Smart factory——Towards a factory of things[J].Annual Reviews in Control,2010,34(1):129-138.

[7] Siegfried R.Perspectives for competitive industry[C]//Press Conference Hannover Messes,2012:6-22.

[8] Edward A.Cyber physical system:design challenges[R].University of California at Berkeley,Technical Report No.UCB/EECS-2008-8,2008:1-3.