在過(guò)去的一年里，世界依然保持飛速發(fā)展。人們盡享網(wǎng)絡(luò)時(shí)代帶來(lái)的便利，基于互聯(lián)網(wǎng)，每件新鮮事，從流行的口頭禪到新誕生的時(shí)代領(lǐng)袖都成為朋友圈里人們津津樂(lè)道的話題。然而在日新月異的發(fā)展中，信息時(shí)代所孕育的科技爆炸，已悄然推動(dòng)人類(lèi)邁入一個(gè)嶄新時(shí)代的大門(mén)。
德國(guó)已經(jīng)開(kāi)始升級(jí)工業(yè)革命4.0
工業(yè)革命4.0(Industry 4.0)首次提出是在2011年的漢諾威工博會(huì)上。工業(yè)革命4.0，簡(jiǎn)單說(shuō)即是利用網(wǎng)絡(luò)和云科技，將更為龐大的機(jī)器群連接起來(lái)，讓機(jī)器之間自相控制，自行優(yōu)化，智能生產(chǎn)，大大減少?gòu)氖轮貜?fù)勞動(dòng)和經(jīng)驗(yàn)工作的人力數(shù)量，使生產(chǎn)質(zhì)量和效率提升到一個(gè)新階段。具體的實(shí)現(xiàn)方法是基于信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)(CPPS)和它的五級(jí)結(jié)構(gòu)(5C)，即連接(Connection)，轉(zhuǎn)換(Conversion)，中樞處理(Cyber)，認(rèn)知(Cognition)和構(gòu)建(Configuration)。
連接(Connection)是實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)變化的第一步。通過(guò)把數(shù)量龐大的機(jī)器和嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行全面無(wú)縫連接，達(dá)到機(jī)器向控制中心反饋，或者機(jī)器對(duì)機(jī)器(M2M)交換數(shù)據(jù)的目的。而要為基數(shù)龐大且不斷增加的機(jī)器群建立物聯(lián)網(wǎng)(IoT)，則需要網(wǎng)絡(luò)科技和設(shè)備制造工業(yè)的協(xié)同變革。就網(wǎng)絡(luò)而言，原始采用的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IPv4)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足，需要過(guò)渡為地址資源更加豐富的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IPv6)。硅谷早在2009年就已經(jīng)提倡世界范圍的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議升級(jí)，目前這一計(jì)劃在諸多國(guó)家進(jìn)展順利，為工革4.0打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
另一方面，制造業(yè)需要進(jìn)行機(jī)器革命，為機(jī)器和設(shè)備植入合適的傳感元件來(lái)幫助完成機(jī)器之間的生存感知和信息傳遞。蘋(píng)果為了給其移動(dòng)設(shè)備添加支付功能Applepay，在iPhone和iWatch內(nèi)植入的近場(chǎng)通信技術(shù)(NFC)感應(yīng)卡就是一種低成本、且完全滿(mǎn)足其功能特點(diǎn)的傳感元件。相應(yīng)地，實(shí)現(xiàn)M2M需要為每臺(tái)機(jī)器甚至機(jī)器的每個(gè)關(guān)鍵部件都植入既滿(mǎn)足鏈接功能，又兼顧安裝及運(yùn)行成本的可讀或讀寫(xiě)功能傳感器。要帶動(dòng)這一大規(guī)模的機(jī)器革命，尤其需要機(jī)械與自控界旗艦企業(yè)(如西門(mén)子、通用電氣)的大力支持和倡導(dǎo)。
實(shí)現(xiàn)了IoT意味著高度自動(dòng)化的到來(lái)，機(jī)器(已可稱(chēng)為機(jī)器人)之間可以直接傳達(dá)命令甚至多級(jí)別命令來(lái)達(dá)到自相控制。這樣一來(lái)，曾經(jīng)的中間媒介——人，就可以脫離接受一臺(tái)機(jī)器信息，分析決策然后為下一臺(tái)機(jī)器進(jìn)行相關(guān)操作的勞動(dòng)環(huán)節(jié)，而將更多以遠(yuǎn)程化、分散化監(jiān)控的形式存在。人在接受和分析信息的過(guò)程中容易出現(xiàn)偏差和錯(cuò)誤，建立機(jī)器之間的直接傳遞還可以避開(kāi)這一環(huán)節(jié)。當(dāng)然機(jī)器間傳遞必須準(zhǔn)確，不僅僅是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)交換，還要有通過(guò)數(shù)信轉(zhuǎn)換(Conversion)將數(shù)字轉(zhuǎn)為有意義的信息，使得控制、設(shè)備與智能生產(chǎn)應(yīng)用之間相互理解。既然如此，選擇和使用通用的信息交流標(biāo)準(zhǔn)也就成為這一結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。現(xiàn)行技術(shù)中，08年開(kāi)放的MTconnect已經(jīng)作為信息交流標(biāo)準(zhǔn)被制造業(yè)廣泛應(yīng)用了，也就是說(shuō)這一過(guò)程已經(jīng)有了實(shí)現(xiàn)方法。
除去一般操作的全面自動(dòng)化，工革4.0的另一大特點(diǎn)是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)將以經(jīng)驗(yàn)的形式存儲(chǔ)于中樞系統(tǒng)(Cyber)中，而云端則擁有更多同類(lèi)設(shè)備的歷史記錄。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，中樞系統(tǒng)可以建立設(shè)備裝置的經(jīng)驗(yàn)運(yùn)行模型，從而完成過(guò)程模擬、以及更為高級(jí)的設(shè)備行為預(yù)測(cè)。不僅僅是問(wèn)題的實(shí)時(shí)通報(bào)，計(jì)算機(jī)可以做到根據(jù)細(xì)微變化而自行完成健康監(jiān)測(cè)，包括諸如老化、零件磨蝕等維護(hù)和經(jīng)驗(yàn)問(wèn)題的預(yù)判。
同時(shí)，中樞系統(tǒng)還將不斷向人類(lèi)或自身進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)，自我豐富知識(shí)。CPPS會(huì)通過(guò)認(rèn)知(Cognition)過(guò)程對(duì)獲得的數(shù)據(jù)信息和模擬決策結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，然后以合適的方式呈現(xiàn)給具有專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)的人或設(shè)計(jì)者，經(jīng)由人判斷后做出選擇支持計(jì)算機(jī)的結(jié)論或?yàn)樗聠?wèn)題分析標(biāo)準(zhǔn)。人機(jī)交互結(jié)果反饋回到中樞系統(tǒng)，再由中樞積累這些反饋的信息，進(jìn)行自我構(gòu)建(Configuration)，自我完善后的系統(tǒng)會(huì)越來(lái)越精準(zhǔn)地完成將來(lái)的工作。
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