2.3 工业4.0的愿景
“工业4.0”的战略愿景与前三次工业革命相比，将更具有灵活性，另外还将实现制造业企业规划、制造以及运营和服务的最高标准。“工业4.0”战略愿景的实施也将催生出更多价值链、优化企业生产成本和资源消耗等问题。
2.3.1 愿景基础——数字化工厂
数字化工厂是指以产品生命周期数据作为基础，在模拟环境中实现对产品生产过程的仿真、评估与优化，有利于优化产品生命周期的生产组织方式。数字化工厂作为现代化数字制造技术与计算机技术相结合的产物，给工业制造业提供了新活力和源泉，承担起了产品设计与制造的桥梁，在产品生产中发挥着重要作用。
那么数字化工厂又有哪些内涵、核心特征以及目标呢？
1．数字化工厂的内涵
德国工程师协会曾经定义数字化工厂。数字化工厂是由数字化模型、方法以及工具构成的一种新兴的综合网络，能够利用连续的数据管理实现集成。实现集成后，再通过文档管理、可视化以及仿真等先进技术，推动产品质量提升。如图2-41所示为数字化工厂的内涵。
图2-41 数字化工厂的内涵
2．数字化工厂的核心
如图2-42所示为数字化工厂的核心内容。
图2-42 数字化工厂的核心
专家提醒
PCC架构的作用主要是为了解决策略控制和计费这两大难题。PCC架构主要由策略控制服务器、策略控制执行点以及业务策略提供点3部分组成。
3．数字化工厂的目标
数字化工厂的建立是为了更好地满足市场和客户需求，同时还有利于提升企业效益，实现可持续发展。如图2-43所示为数字化工厂的目标。
图2-43 数字化工厂的目标
2.3.2 工业4.0的战略愿景
“工业4.0”的战略愿景是关于两部分的协同合作。如图2-44所示为“工业4.0”战略愿景特点。
图2-44 “工业4.0”战略愿景特点
“智能工厂”作为“工业4.0”战略愿景的重要组成部分，被纳入制造业企业内部价值网络中，能够实现多种功能和作用。如图2-45所示为“智能工厂”对企业的影响。
图2-45 “智能工厂”对企业的影响
1．智能化
“工业4.0”战略愿景的智能化主要体现在智能产品上，智能产品在加工制造过程中所有的环节都能够实现监控。这也表示，在某一领域加工制造中，智能产品可以进行半自主生产。
此外，智能化产品的出现能够帮助我们快速区分产品生命周期的破损标识，确保成品准确了解自身最优性能数据。而这些数据集成，将是实现“智能工厂”整合的最有力保障。如图2-46所示为智能化环境下的整合。
图2-46 智能化环境下的整合
2．实现“工业4.0”战略愿景将会带来什么
“工业4.0”的战略愿景实施后，可能将客户和产品的独特性结合，并将其融入产品制造环节中。如图2-47所示为工业产品制造环节。
图2-47 工业产品制造环节
3．实现“工业4.0”战略愿景需要怎么做
实施“工业4.0”的战略，对网络基础设施要求很高，而想要有优质的网络设备就需要进一步规范网络服务质量。如图2-48所示为网络服务平台。提升网络服务质量，将最大限度地实现高宽带对应用程序和服务供应商的需求，以此来保障大数据应用程序的运行。
图2-48 网络服务平台
2.3.3 解决社会问题
在工业革命进程中，尽管出现了许多新兴产物，但不可否认的是，无论什么技术都没有绝对性，无论什么技术都具有两面性。现阶段，全球范围内的环境污染严重，生态环境遭到破坏，能源消耗也面临严峻挑战。
因此，在“工业4.0”进程中，国家与国家之间在寻求工业新突破的同时，还要注重对环境以及资源的保护和节约。以德国为例，自1994年以来，德国就先意识到了环境问题，政府提出将科技政策重点集中在环境与能源保护上。这一政策的出台，对促进环境与经济的和谐起到了重要推动作用。
20世纪末以来，德国能源消耗持续下降，环境等难题也得到了不同程度的解决和改善，同时实现了经济模式的转变。但根据2010年德国能源消耗分布图来看，在工业领域，能源消耗所占比重与预期相比仍偏高。如图2-49所示为2010年德国能耗分布图。
图2-49 2010年德国能耗分布图
为了减少能源消耗，近年来德国政府做出了一系列努力。如图2-50所示为德国降低能源消耗的举措。
图2-50 德国降低能源消耗的举措
在“工业4.0”中，由于“智能工厂”能够产生巨大价值，形成新的业务模式，因此它对解决能源消耗等社会问题也具有促进作用。特别是近几年，随着“智能工厂”的智能化进程不断推进，在产品加工制造中能够对能源供给进行实时调整，从根本上节约能源，降低消耗。
专家提醒
社会问题主要是指社会关系的协调，它影响着人类社会正常的生活和活动，阻碍社会发展进程。社会问题既是客观存在的，同时也是人类社会主观产物，是人们能够感受得到的。
普遍性、变异性、复合性和周期性是当前社会问题的基本特征。普遍性是指地球上的每个角落都存在的社会问题；变异性是指社会问题存在区域与民族之间的差异；复合性是指社会问题组成的复杂性；周期性则是指社会问题通常会在某个特定阶段变得尤为突出，存在潜伏性与反复性。
另外，由于制造业生产中有许多大型设备参与，但往往在实际操作中生产工艺与管理之间存在一定差异，因此极容易导致设备运行效率低下，节能空间相对较大。
因此，想要保障工业制造与生产过程的持续性与准确性，首先需要寻求正确的方法解决管理与生产工艺之间的问题，只有积极采取强硬政策，才能获得好的生产效益。通常，在“工业4.0”中运用信息化手段实现能源科学管理。如图2-51所示为实现能源科学管理的环节。
图2-51 实现能源科学管理的环节
1．能源信息收集分析
在能源信息收集与分析过程中，只有先对设备进行监管，才能实现对设备能耗的调整。密切关注产品生产的能源消耗，才能找出一条最适合节约能源的道路。在“工业4.0”环境中，通过能源管理体系对制造业工厂配电系统进行实时监测，及时收集能源消耗数据，并通过数据分析降低产品制造中的能源消耗。如图2-52所示为能源管理平台。
图2-52 能源管理平台
2．识别问题
利用可视化管理模式，使工厂相关人员及时了解能源消耗数据和信息，在生产过程中确保故障能够得到及时解决，避免设备停止运行，实现可持续发展。
3．管理运营
管理运营环节是指通过问题识别和数据、信息收集、数据分析，从而满足对能源实时监测与管理的需求。与此同时，根据制造工厂的生产计划，及时对生产需求进行规划与调整，确保生产设备运行时的最优状态。
4．改变耗能不良习惯
通过可视化帮助设备及时获取工业生产过程所产生的能源消耗信息与数据，并在此基础上利用能源管理系统与有关政策对制造工厂节能减排项目做出建设性提议与决策，最大限度地改善产品制造过程中的耗能不良习惯。
专家提醒
能源消耗主要包括电力、蒸汽等消耗，消耗资源一般是指煤、油等动力资源。能源消耗一直以来都是当前社会急需解决的重点难题之一，过度消耗能源极有可能直接引发社会能源危机。
因此，为了响应节能环保的号召，在工业制造与生产中企业应该把握好对有效能源的使用。