“云智慧科技”与“工业4.0”概念之探讨

2016-09-13 10:18:04 阅读次数:23329

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摘要:本文指出了“云智慧科技”概念和“工业4.0”概念的产生、发展和相互关系,它们实质上是基于互联网(物联网)、云计算(大数据)、软件制造、3D打印,和智慧机器人等的智能生产和智慧工厂的第四代工业革命的核心理论概念的两种表述,前者是具有中国自主知识产权的表述,后者则是德国引进的表述。这说明第四代工业革命的探索和实践已在中德两国兴起。文内讨论了“工业4.0”、“云智慧科技”与“软件制造”的概念,以及“云智慧科技”与“工业4.0”概念之对比,以供专家和同仁参考。

关键词:云智慧科技,工业4.0,软件制造,互联网,第四代工业革命



一、前言

工业4.0Industry 4.0)是德国政府(高技术战略2020)确定的十大未来项目之一,并已上升为国家战略,旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新,中国首套工业4.0流水线也已经亮相第十六届中国工业博览会。20134月,德国汉诺威工业博览会上,德国人公开推出了“工业4.0”这一概念,德国成为最早提出该概念的国家。

201410月,李克强总理出访德国,提出中国要与德国合作发展工业4.0。中国已在制定工业升级计划《中国制造2025》顶层规划也已经出炉,据悉,该计划几乎是参照德国“工业4.0”的时间表。

相较于第一次工业革命的蒸汽时代,第二次工业革命的电气时代,第三次工业革命的信息时代。工业4.0被认为是利用信息化技术促进产业智能计划变革的新时代,是以智能制造为主导的第四次工业革命。

“工业4.0”概念实现了由集中式控制向分布式增强型控制的基本模式转变,目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。

2009年我国COINV提出新型工业化战略,就应该是“云智慧科技化道路”。

“云智慧科技”与“云智慧仪器”由作者在200911月桂林全国第三次虚拟仪器大会报告中提出,论文发表于2010年《电子测量与仪器学报》《云智慧仪器与云智慧测试时代》[4]。云智慧仪器在2011年初步研发成功。2012年小规模投入应用,2012524日北京15届国际科技博览会上,作者提出,云智慧科技是第三次工业革命的核心发动机。作了“从软件制造仪器”到“软件制造一切”的主题报告,20133月,作者在《测控技术》发表《云智慧技术引领高端制造业革命——第三次工业革命正在走来》[7]一文,201310月作者在《计算机工程与应用》刊物上发表《“云智慧技术”与“智慧产业”引领高端制造业革命——第三次工业革命正在到来》[10]一文;20143月,作者在《计算机测量与控制》中发表《第三次工业革命与“软件制造”及“云智慧科技”》[8]一文中的图1再次诠释了“云智慧科技”是由“软件制造”+3D打印”+“互联网”+“云计算”+“虚拟仪器技术”组成。

作者提出了“云智慧科技”是第三次工业革命的核心发动机,这个核心发动机其实就是实质上的“工业4.0”的基石和核心技术,其核心是工业智能化最终实现智慧化。

长久以来,我国除了四大发明以外,各种重大的科技与工农业、政治、经济理论都是从国外传来的,人们对国外传来的概念是既欣赏又好接受。

其实从1978年改革开放以来,中国提出了三个重大的理论发明:

(一)邓小平同志的“中国式社会主义的改革开放”,通过三十六年的实践,中国已变成了“G2”,这是众所周知的事实,国外媒体报道,以平价购买力计算,中国已变成“G1”,这是世界对中国良好的祝愿。

(二)作者1979年在杭州提出的“软件制造仪器”理论与七年后美国NI公司1986年提出的“软件是仪器”的理论不谋而合,该理论通过三十五年的实践,以少量硬件和大量软件制造的虚拟仪器,已在全世界流行,逐渐变成了仪器仪表行业的主流产品。这是中美两国人民的原始创新,被众多媒体评价是中美两国可获得诺贝尔奖的成果。

(三)2009年作者在桂林提出“云智慧仪器与云智慧科技时代”的理论以来,与四年后,20134月德国提出的“工业4.0”理论又一次不谋而合。这是中德两国人民的原始创新,定将给全世界带来更加重大的影响。

本文下面就将对“云智慧科技”与“工业4.0”这两个新热门理论概念进行对比探讨。


二、“工业4.0”概念

工业4.0研究项目由德国联邦教科部与联邦经济技术部联手资助,在德国工程院弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界建议下形成,并且上升为国家级战略,德国联邦政府对此投入达两亿欧元。

德国联邦政府提出“工业4.0”战略并且在20134月汉诺威工业博览会上正式推出,其目的是为了提高德国工业竞争力,在新一轮工业革命中占领先机。该战略已得到德国科研机构和产业界的广泛认同,弗劳恩霍夫协会在其下属6-7个生产领域的研究所引入工业4.0概念。西门子公司也已经开始将这一概念引入其工业软件开发和生产控制系统。

业内专家指出,“工业4.0”概念实现了由集中式控制向分布式增强型控制的基本模式转变,目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。产业链分工将做重组、德国学术界和产业界认为:“工业4.0”概念是以智能制造为主导的第四代工业革命或革命性生产方式。

该战略旨在通过充分利用信息通信科技和网络空间虚拟系统——信息物理系统相结合[CPS(Cyber Physical System)]的手段,将制造业向智能化转型。工业4.0项目主要分两大主笔:

一是“智慧工厂”,重点研究智能化生产理论及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;

二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理,人机互动以及3D打印技术在工业生产过程中的应用等。


三、“云智慧科技”与软件制造的概念

“云智慧技术:由VI技术+互联网(物联网)+云计算+软件制造组成。云智慧技术是作者提出来的概念,是我国原创的概念,其创新的“三部曲”为 “软件制造仪器”、“云智慧仪器与云智慧时代”、“云智慧技术是第三次工业革命的核心发动机”等概念,为推进第三次工业革命做出了积极的贡献。第三次工业革命是人类文明史上继蒸汽技术革命和电力技术革命之后科技领域里的又一次重大飞跃。它以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程的发明和应用为主要标志,涉及信息技术、新能源技术、新材料技术等诸多领域的一场信息控制技术革命。

作者认为,第三次工业革命除了里夫金,安德森和麦基里等三种国外的观点外,中国人的观点认为它应该是由新能源与“云智慧科技”的结合,云智慧科技是第三次工业革命的核心发动机。

云智慧科技是由VI(虚拟仪器技术)+ 互联网(物联网、移动互联网)+云计算(包括大数据技术)+3D打印+“软件制造”构成。而“软件制造”是第三次工业革命核心发动机的“基石”。第三次工业革命与它的五大支持如图1所示。 Catch.jpg                   

               第三次工业革命与它的五大支持


3.1 “软件制造”和“3D打印技术”是第三次工业革命的标志性技术

“软件制造”是与第一、二次工业革命不同的重要的标志,前两次工业革命的产品是大量的硬件制造,是各种硬件制造的产品,而第三次工业革命与前两次工业革命不同的重要的一点是凡是信息高度密集,需要更多的智慧的核心控制关键部位,都可以用“嵌入式软件和嵌入式微电子芯片制造”。我们简称它为“软件制造”,这里“软件制造”不同于一般的普通软件,它包括数字化、数字制造和智能制造,具有人工智能,数字制造、CNC电脑数控和智能机器人的核心技术,具有DASP数据采集和信号信息处理的各项功能,大数据技术,数控技术和数据融合与整合,各种智慧功能和专家系统,实现高度自动化,智能化的包含人脑工程的智慧化技术,包括各种智能算法和高精度先进算法和嵌入式芯片系统。如神经网络,故障诊断分析,多模态分析,传函控制与反演技术,模糊控制等等。软件可以聚合人类的各种智慧,先进软件的核心是数字化,数控和智能化及自动化及先进的信息技术相结合的集成先进的智慧技术。


3.2 “软件制造”与“数字化”、“数字制造”及软件的关系

“软件制造”,“数字制造”是当今热门词汇。现在和将来所有的信息都是数字化——万物数字化,变成了一大堆数据(数码),即转化成数列或数组,同时引出了“大数据时代”概念,作者认为大数据可在云计算中解决,因此不再单独叙述。数据经过各种计算方法及信号、信息的处理,失去了原本的物质性,转变成了一堆“软件”。数字化只是其中一个过程,数字化过程中物理量的模拟量变成了数字量,经过一定的算法和特殊设定的处理,再通过专家的智慧编辑,变成了“软件”。最常用的数字化取决于数据采集过程中模数转换的量化精度,通常称为A/D位数和采样频率(次/秒)。而A/D采样位数和采样率由硬件决定,因此数据序列的本身精度也就确定了。但由于采样“数码”变成有用“数据”和信息时所采用算法的不同,精度也不同,从而它们对信号和信息的智能化处理就有很大的区别,因此,不同的软件版本会有不同的结果。

经过数字化、数字制造(各种算法和智能处理)的数据变成了一堆软件。数据处理方法本身可以变成软件,大量的数据也可以变成软件,不同的软件,实质上在数字化中来看,它是按不同的规则编辑的“…0、1、0、1…”一堆二进制码,而数字化。数字制造的最终产物就是软件,简单说,我们普通用户需要的是“少量的硬件和大量的软件”组成的智能产品,如智能手机、IPAD…….。用户不会去买“数字化”,也不关心“数字制造”过程,用户只关心硬件和软件的功能和结果。如东方所DASP软件中独创的YSL高精度频率幅值计算法与常规FFT方法结果可差106之大,即精度高出一百万倍。而谷歌的搜索引擎中的计算方法比一般的算法要好。软件和数字制造都要数字化,但知识量的不同差别是非常之大的,简直像小学生和博士生差别一样大。

“软件制造”是由高度数字化的数字制造和嵌入式软件和嵌入硬件微电子处理芯片构成,取代现在传统的制造业中的高端制造产品。它包括了数字化,数字制造和软件制造的全过程,包括了各种智能智慧软件和高端高精度的硬件。“软件制造”是简明扼要的名词,是区别传统硬件制造的名词,是科学简明的中国创造的专业用词。建议用“软件制造”来代替“数字化”,“数字制造”数值控制、计算机数值控制CNC、智能制造、智能机器人技术……等一大堆新名词,这样显得更加科学和简洁明了。

“软件制造”是区别于前两次工业革命的传统的硬件制造的核心,使制造方式发生革命性变化,将极大地节省包括材料、能源在内的地球资源,造福人类。这是云智慧科技的标志特征之一。其核心特征是制造业的“五化”:“数字化”、“软件化”、“互联化”、“个性化”,最终达到“智能化(智慧化)”。


3.3“软件制造”是第三次工业革命乃至工业4.0中,一个最重要的特征和基石

“软件制造”是197911月中华民族提出的原创概念,而2012年中国人又原创提出软件制造“一切”的概念,指出云智慧科技是核心发动机,这是第三次工业革命乃至工业4.0中,一个最重要的特征和基石。在计算机当中,硬件是基础,真正的“灵魂”是软件。此外,互联网中大量存在的也是在一定的硬件基础上运行的软件;云计算需要大量的软件支持,大数据也需要软件的更新处理;同样,3D打印也是靠先进的软件技术来实现其功能的。现在,照片、图书、地图、电影、电视、电话、传真、唱片、录音机、录像机、放像机……等都可以通过软件实现。除此之外,越来越多的应用软件出现在智能手机、U盘等移动设备之中,而大量的嵌入式系统的使用使之越来越人性化,智能化,软件在其中起到了至关重要的作用。由此可见现在的“软件制造”已经不仅仅是软件制造仪器,而是软件用于整个制造业,乃至整个国民经济。在第四次工业革命中定会产生大量高度智能化(智慧化)的软件(“聪明”软件),从而进入云智慧科技时代。


四、“云智慧科技”与“工业4.0”概念的对比讨论

“云智慧科技”,它的定义为:“云智慧科技”=互联网(物联网)+云计算(大数据)+软件制造(智能智慧化)+3D打印+VI技术;最终实现制造业五化:①数字化②互联化③个性化④软件化⑤智能化智慧化。

“工业4.0”定义为:“工业4.0=互联网+机器人+自动化(智能化)+个性化+3D打印;最终实现智能化智慧化。

“软件制造”定义为:是由高度数字化的数字制造和嵌入式软件和嵌入硬件微电子处理芯片构成,取代现在传统的制造业中的高端制造产品。它包括了数字化,数字制造和软件制造的全过程,包括了各种智能智慧软件和高端高精度的硬件。“软件制造”是简明扼要、区别于传统硬件制造的名词,是科学的、中国创造的专业用词。建议用“软件制造”来代替“数字化”,“数字制造”数值控制、计算机数值控制CNC、智能制造、智能机器人技术……等一大堆新名词,这样可以显得更加科学明了。

“软件制造”是区别于前两次工业革命的传统的硬件制造的核心,使制造方式发生革命性变化,将极大地节省包括材料、能源在内的地球资源,造福人类。这是云智慧科技的标志特征之一。其核心特征是制造业的“五化”:“数字化”、“软件化”、“互联化”、“个性化”,最终达到“智能化(智慧化)”。“软件制造”也是智能机器人的核心。

通过上述对比,可以看出:“工业4.0”的核心实质上就是“云智慧科技”,两者几乎是一样的,这是两个不同版本的名称:“云智慧科技”是中国版的,“工业4.0”是德国版的,一个是中国名词,一个是德国名词,两者是中国和德国两国人民共同创造的新概念与新名词,这是殊途同归,不谋而合。我们应该为中德两国人民的聪明智慧而感到高兴,也应该为中华民族的原始创新而感到骄傲。


五、“工业4.0”与“云智慧科技”前景的探讨

“工业4.0”、“云智慧科技”是第四代工业革命;“云智慧科技”是“工业4.0”的核心科技,实际上是智能化生产,它与第三次工业革命不同的是:它是“互联网+机器人+自动化+个性化+3D打印+软件制造”的高效率生产。它可以在全球实现研发和下订单,通过智能化、物联网和现代物流,商品实现全球化派送。

“工业4.0”是指未来的工业生产方式将向定制化、合理化、分散化、融合化转变,将使得互联网企业与工业企业的边界逐渐被打破,生产企业与服务企业的边界日益模糊,产业融合化促进服务型经济,为网络化、智能化、服务化创造条件。“工业4.0”简单地说其关键是两步:①智慧工厂②智能生产。


六、结语

18世纪末,第一次工业革命——蒸汽时代到来;19世纪末—20世纪初之交,第二次工业革命——电气化时代到来;20世纪70年代,由1969年互联网成功,第三次工业革命——进入以电子与信息技术化的时代;21世纪初,从2009年到2013年,中国和德国两国提出“云智慧科技”和“工业4.0”的第四次工业革命的“终极革命”的核心技术目标,这是一个新革命的前进步伐,中德两国就工业4.0签署合作纲要,这是促进中国工业化与信息化融合渗透的重要举措,对当下中国经济转型、结构调整都有特殊意义。软件制造仪器是中美两国人民的民间创新,而云智慧科技与工业4.0已通过李克强总理的访德上升为中德两国的政府行为和国家行为,就像邓小平同志的中国式社会主义一样,使中国发生了翻天覆地变化,产生中国奇迹,变成G1或G2,这将在中德两国和全世界掀起第四代工业革命的新浪潮。让我们迎接全人类伟大的“工业4.0”和云智慧时代早日到来吧!


参考文献

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