当前，工业发展正面临着严峻的挑战：一方面顾客的需求越来越高，既希望产品更新颖、具有个性化、物美价廉，又要求出货周期越短越好。另一方面，产品制造的原料却日益贫乏，可持续发展的要求越来越迫切。为应对这些挑战，研究机构和企业都将未来发展的目光聚焦于数字制造，通过物联网、网络服务和数据实现真实世界和虚拟世界的连接，满足制造需求。

未来，机器、零部件、商品和交通工具都会含有内嵌式系统，而微型计算机、传感器、制动器之间也会相互连接。这些都为生产革命的又一次腾飞奠定了基础，为迎接工业4.0的到来做好了准备。

工业领域的数字化变革

数字化变革将推动智能制造的发展。那么，智能制造会如何在下一代生产中发挥作用?未来，从铣床到焊接机器人，所有的机器都会通过网络相互连接。每个工件也都会有各自的嵌入式系统来存储信息，如客户想要的工件形状及成品信息。这些工件能识别并定位原始部件，它们不仅熟悉必要的生产进程，还与机床网联，能够与其它工件协作决定什么时候开始一个生产步骤。未来，当某个特定环节发生故障时，整个生产线将不会因此停滞。相反，相关的工件和生产机器将重新调整处理顺序，保障生产线的正常运行。这是一个“自我管理”的适应性制造过程，不再需要人工的全程干预，但仍保证在人的总体管控之下。

为了使智能生产平稳运行，参与的工作人员和机器人需要不断地上传他们手头的操作信息，比如“磨损的零件大概还能支撑多久”等实时情况。通过这些信息，工厂里发生的一切都会在虚拟现实中被模拟出来。专家们把这种真实世界与虚拟世界的联系称之为“信息物理系统(CPS，cyber-physical system)”。经济发展有望从工业的数字化变革中获得以下利好：一方面，未来工厂的灵活运转将实现按需制造，即根据顾客的具体需求进行生产制造。另一方面，运行的生产线在任何时候加入新机器都不会对正常的生产产生影响。届时，机器利用率得到提高，资源消耗将减少，次品率也会降低。

什么是“设备适配器”

实现智能工厂的另一个重要前提是机器之间、机器与更高水准的计算机系统之间，以及机器、零部件和生产工人之间讯息的传递。然而，鉴于不同厂商生产的设备使用的数据接口和协议不同，现有设备间的信息传递受到阻碍。为此弗劳恩霍夫机床研究中心与开姆尼茨加工机械和成型技术研究所(IWU)的专家们研发了一款工业数据接口——“设备适配器(Plant Adapter)”用于解决该问题。“设备适配器”是一种软硬件结合系统，可以解决一般情况下机器与生产制造过程中其它部件的连接问题。“设备适配器”广泛地收集生产制造及机器相关的信息，为其在独立的平台上显示和处理做准备。“数据作为一种资源将会越来越受重视。” IWU数字化制造牵头人Tino Langer博士解释道：“需要新的方法进一步提升制造环境中数据的价值。”

未来的汽车制造是什么样的

工业研究部门正合力推进“自助工厂”的实现。弗劳恩霍夫协会会长Reimund Neugebauer教授指出：“弗劳恩霍夫在生产制造、工程机械、物流、嵌入式系统、信息安全及通信技术方面经验颇丰。我们可以为未来的生产制造打下重要基础，为智能化网联化的生产制造提供解决方案。这样，我们就能不断为德国创造价值。”目前，研究人员正通过多个项目探索未来工厂的建设，包括灵活生产的设计，人在智能制造中发挥的作用以及企业如何控制其数据。弗劳恩霍夫的专家们不仅致力于为工业4.0的发展提供重要支撑，而且正在制定智能制造的宏观概念。例如，弗劳恩霍夫制造工程和自动化研究所(IPA)正在和斯图加特大学、工业领域的同事一起参与ARENA2036项目，致力于重新设计未来汽车制造的发展以及整个生产制造的价值创造链。IPA负责人Thomas Bauernhansl教授解释说：“我们正在调查汽车制造领域的一个全新概念，即无周期无生产线制造，通过连接轻量进程和触觉机器人形成高效可调整的物流系统。同时，我们还在推动直观的可配置信息交换系统的建成。”

如何提高工厂的应变力

要想实现创新周期更短和产品定制化，不仅需要灵活的生产线，还需要工厂具备迅速将生产线调整到生产新产品的能力。弗劳恩霍夫光电子、系统技术和图像开发研究院(IOSB)副主任Ing. Olaf Sauer博士认为，“工业4.0 IT架构面临的一大挑战就是应变能力，举例来说，生产新产品时可能要面对新设备或新程序的加入，或者是整个生产体系的变化。”在“SecurePLUGandWORK”项目中，科学界和企业界正合力将智能工厂连接起来。他们的想法是：类似于电脑的USB接口，任何部分都会识别出变化并自动反应。

下一代生产革命的人才需求

未来，人们想在智能工厂找到自身的定位，就需要新的人机接口，即智能设备。这些移动设备装有多种传感器，并通过无线网络相互连接。例如，可以将一款只有杯垫大小的Coaster®移动设备运用在物流中，该设备不仅有照相功能和展示功能，还能通过多种接口与其它机器交流。不过，这类移动动设备的实际功能由其运行的应用程序决定。例如，Coaster®借助运行的应用程序可以显示机器的能耗、运行时间和机器错误信息。为了向生产工人实时反映生产过程的信息，弗劳恩霍夫制造工艺研究所(IPT)正从以用户为核心的视角设计一款软件平台“oculavis”。oculavis可以和终端设备的应用程序一起使用，如智慧眼镜或平板电脑，这样就能最优化地控制工人的流向和输出的信息流。在博世匈牙利工厂，oculavis使用智慧眼镜帮助从未受过训练的员工在短时间里实现了复杂程序的安装。今年五月，IPT将和一家初创企业加强该程序的性能并推动其商业化。

工业数据空间保障信息安全

数字化在带来变革的同时也会引发一些风险。在所有组件都互相网联的情况下，如何保障信息不受越权存取的侵扰?企业又如何保证对数据的掌控权?为此，弗劳恩霍夫和德国联邦政府及企业联盟代表共同研发出国际化、开放并且安全的数据空间——工业数据空间(the Industrial Data Space)。在这个空间，企业可以在受保护的区域内依据自定义的规则交换数据，既不用放弃对自身数据的掌控权，又确保了数据的安全。

欧洲能否从第四次工业革命中获利?答案是肯定的。根据罗兰贝格代表德国工业联盟(BDI，Bundesverband der Deutschen Industrie)开展的调研结果显示，制造业的数字化变革将给欧盟带来巨大的机遇。到2025年，欧盟工业生产总值将实现1.25万亿欧元的增长。如果迈向工业4.0的进程取得了实效性进展，仅德国就会实现高达4250亿欧元的额外增加值。然而，网联化、高效的生产及新型商业模式也承担着某些风险：如果德国工业失去其在价值创造方面的领导地位，将承受多达2200亿欧元额外增加值方面的经济损失。