工业4.0背景下的工业机器人人才需求分析(1)

工业4.0背景下的工业机器人人才需求分析（1）

华南工业机器人应用培训中心余任冲2015，广州

1.1什么是工业4.0？

工业4.0概念源于2011年汉诺威工业博览会，德国业界提出该想法是为了提高德国工业的竞争力。工业4.0是以智能制造为主导的第四次工业革命，它描述了由集中式控制向分散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，旨在通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统——信息物理系统（CPS）相结合的手段，将制造业向智能化转型。工业4.0告诉我们创新和跨越要成为下一个发展中的主题，如何通过创新来跨越，在短期市场绩效中的成功转型获得成功，这是制造业面临的问题。

具体而言，“工业4.0”主要分为两大主题，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”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。尤其值得注意的是，与以往集中式控制的工业生产模式不同，“工业4.0”将更强调“分散化”，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。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并产生各种新的活动领域和合作形式，创造新价值的过程将发生改变，产业链分工将被重组。

1.2为什么是4.0？

工业化革命经历了以下几个阶段：

（1）工业1.0。这是一场始于18世纪末，以蒸汽机发明为标志的生产模式变革过程，伴随着蒸汽驱动的机械制造设备的出现，结果是机械生产代替了手工劳动，经

济社会从农业社会向以机械制造带动的工业社会转变。

（2）工业2.0。第二次工业领域的大变革发生在19世纪末期，形成生产线生产的阶段，即随着基于劳动分工的、电力驱动的电气化时代。

（3）工业3.0。始于20世纪70年代的信息化工业革命被称作第三次工业革命，其标志是1969年第一个可编程逻辑控制器（PLC）的出现，使得生产组织可以用电

子和IT（计算机信息化）技术实现制造流程的进一步自动化，机械设备开始代

替人类作业。

（4）工业4.0。所谓“工业4.0”，是相对于18世纪引入机械制造设备的“工业1.0”、20世纪初电气化的“工业2.0”及20世纪70年代信息化的“工业3.0”而言的

第四次工业革命。在2011年于德国举行的“汉诺威工业博览会”（Hannover Messe

2011）上，德国人工智能研究中心董事兼行政总裁沃尔夫冈·瓦尔斯特尔教授

在开幕式中提出，要通过物联网等媒介来推动第四次工业革命，提高制造业水

平。在2013年举办的“Hannover Messe 2013”上，由官产学专家组成的德国“工

业 4.0工作组”发表了最终报告—《保障德国制造业的未来：关于实施“工业

4.0”战略的建议》，宣告以物联网和制造业服务化为特征的第四次工业革命到来。

1.3工业4.0和“智慧工厂”

“智慧工厂”是以信息物理系统（CPS）为核心的新一代制造业模式。CPS概念最早是由美国国家基金委员会在2006年提出，被认为有望继计算机、互联网之后世界信息技术的第三次浪潮，其核心是3C（Computing、Communication、Control）的融合。CPS是融合技术、包括计算、通信及控制（传感器、执行器等）。

具体而言，“工业4.0”主要分为两大主题，一是“智慧工厂”，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”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。

CPS的“3C”概念模型

工业机器人属于上述信息物理融合系统（CPS）或"物理计算"理念或课题（Physical Computing）。据统计，目前全世界大约有100万机器人在世界各个角落辛勤工作，特别是在人类难以胜任的危险环境里。日本是机器人密度最高的国家，每10万人中就有295个机器人（如下图所示）。

企业实施智慧工厂战略，将以可编程柔性自动化代替刚性流水线自动化，从而实现更灵活的生产；将把能源和资源消耗控制在最佳水平，并在智能自动化和IT系统的支持下进行更快速的决策，产品生命周期的集成将大大减少研发迭代次数和周期，从而实现更高效的生产、决策和研发；将物理安全、功能安全、信息安全和自动化IT系统高度集成，从而实现人、设备、环境的安全；将实现环境友好、资源节约型生产，产品全生命周期的绿色设计，从而达到更环保的企业生态；在智慧工厂里，人和设备、人和环境、人和产品达到更加理想的协调，人在高度愉悦的状态下从事富有创造力的工作，从而实现更和谐的工厂；最后，整个企业以更高的运营效率、极高的质量以及合理的成本，以对环境最小的代价，生产所谓的智能化产品，这种智能化产品充满了个性化色彩，将硬件、软件、服务和智能集成起来，对每一个消费者提供独一无二的卓越体验，这种模式将是一种可持续的，不断优化的卓越运营模式，将助推中国制造企业不断超越自我，向所谓的“世界级制造”进发。（资料来源于网络）

智慧工厂的架构

智慧制造企业是一个由不同企业间相互组成网络，包括智慧的创新网络、智慧的制造网络和智慧的管理网络，是建立在“云计算”或“云制造”基础上的，具有更透彻的感知、更广泛的互联互通、更深入的智能化的特征。可以用三个维度来描述智慧工厂：工程、生产、供应链。分别对应设施、产品和管理三个概念。其中，产品是可以集成互联功能的，即具备通信或者感知能力，其内置的数字存储器承载着在其整个供应链和生命周期中所需的各种信息。设施是可以实现自我组织的柔性化生产线，会根据从产线上采集到得产品信息动态调整生产工艺或者流程。供应链系统则是大数据的价值体现，利用物联网使供应链的透明度大大提高，物品在供应链的任何地方都被实时追踪，在整个供应链中流动-从生产线到最终的消费者，实现对整个生产从部品到半成品到成品的单个、类别以及全部的产品追溯、质量控制和流程管理，建立完整的生产追溯管理系统平台。与生产计划、物流、能源和经营相关的ERP、SCR、CRM等，和产品设计、技术相关的PLM处在最上层，与服务网紧紧相连。