新工業革命/智慧製造的五個基本特徵

新一輪工業革命即將到來。近年來，許多國家都提出了各自的產業轉型升級發展策略和命名策略。例如，德國稱之為工業4.0，中國稱之為智慧製造等等。然而，對於這場席捲全球、以智慧為標誌的新一輪工業革命的基本內涵和特徵，一直存在著不同的觀點，並且各自都有不同的表述。關於智慧製造，更是有多種定義，每種定義都有其自身的起源。如果我們不能清楚地理解這個新時代，準確掌握這場工業革命，/如果沒有智慧製造的基本特徵，就很難真正有效地推進新工業革命的基礎建設，也很難在企業中實現智慧製造。

作者梳理了新工業革命的內涵，並總結了其五大基本特徵：
⑴ 「人類智慧」變成「機智」；
⑵ 感測器價格低廉，隨處可得；
⑶Software-defined manufacturing;
⑷True integration of informatization and informatization (software closed loop);
⑸ 大規模優化製造資源配置。下面將分別介紹它們。

1. “人類智慧”變成了“機智”

Human knowledge continues to enter software, the knowledge carrier shifts from carbon-based knowledge to silicon-based knowledge, and digital productivity surges.

智慧製造並非一個晦澀難懂的術語。通俗地說，所謂的智慧製造就是「人類智慧變得智慧」的過程——也就是說，將人類智慧（簡稱「人類智慧」）從隱性知識提煉為顯性知識，進行建模和演算法化，然後將各種建模知識（機械模型、數據分析模型等）嵌入軟體，軟體嵌入晶片，晶片最終封裝成設備。/module, and then put the包裝盒/The module is embedded in the physical device, thereby giving the machine a certain degree of autonomy and giving the machine a certain degree of "intelligence" (referred to as "wit"). We call this process "empowerment."

這樣一來，在軟體的支援下，機器就具備了一定程度的人類思考能力。軟體演算法越優化，晶片運算能力越強，工業數據越多，機器的「感知」程度就越高。因此，當「感知」達到一定水平時，機器就有能力部分或完全取代人體。/Functions of the human brain. when human body/After the human brain leaves the system loop of the work scene, the machine can still work autonomously like a human being on site without human participation. It can even work better, optimizing the allocation of manufacturing resources. As shown in the picture1所示。

圖片1 The process of turning "human intelligence" into "witness"

作者將這種將「人類智慧」轉化為「見證」的製造活動稱為智慧製造。從上述描述過程中不難看出，關鍵的使能要素是工業軟體。

Industrial software is the top product of industrialization. it encapsulates industrial technology/知識建構了自動化的資料流規則系統，並建立了機器的大腦和神經，使機器變得更加智能，其功能可以隨時調整。工業軟體描述、整合、模擬、加速、放大、最佳化和創新傳統製造流程，形成了一種新的工業智慧模式—軟體定義製造。

第一次和第二次工業革命大大解放了人體，第三次工業革命則大大解放了人腦。解放人腦的原則是將大量的「人類智慧」融入軟體。因此，作為研發和管理手段的數位化軟體為產品研發和管理帶來了革命性的變革，數位孿生、數據分析模型等新概念層出不窮；同時，產品本身的數位化軟體也為機器帶來了革命性的變革。40多年前的機器，除了電源線之外，設備上幾乎沒有其他電線。而如今的設備中，出現了大量的電線，這些電線連接到機器上的特定盒子。這些盒子內部有多層電路板和大量的晶片。晶片運行著軟體，而軟體中蘊含著大量的“人類智慧”，這些“人類智慧”已經轉化為“機智”。

If more "human intelligence" can be transformed into "wit" and traditional machines can be transformed into "intelligent machines", if more autonomous and controllable machines can be developed,工業軟件，如果工業技術/If knowledge can be more software-based, it will be possible to liberate a large number of knowledge-based technicians from repetitive labor, let machines generate products, and let the liberated technicians produce knowledge and manage machines more easily. This can realize the re-division of labor between people and machines and realize industrial technology./知識的不斷累積與傳承，使企業實現永續、高品質的發展。

2. 感測器價格低廉，隨處可得。

感測器為機器增加了“五感”，大大增強了機器感知環境狀態的能力，加速了物理空間資訊的數位化。

機器如果沒有「狀態感知」就無法成為智慧機器。（即使實現了“狀態感知”，也必須滿足其他條件才能實現。為了實現“狀態感知”，需要各種“感測設備”。無論是智慧製造、工業製造或其他領域，都需要這些設備。4.0工業互聯網或物聯網都與各種感測器密不可分。

該感測器符合國家標準GB7665-87To standardize and define: "A device or device that can sense the specified measured value and convert it into a usable output signal according to certain rules, usually composed of sensitive components and conversion components." The "available output signal" refers to an electrical signal that is easy to process and transmit. Generally, sensors are composed of three parts: sensitive components, conversion components and conversion circuits.

敏感部件其中，「具有感測功能的物質」是「感測裝置」的「效應物質」。因此，感測器是由具有「感測功能的物質」的「效應物質」發展而來的。如果沒有科學效應（物理效應、化學效應等）物質作為感測裝置，就不會有感測器。。

Common sensors include heat-sensitive sensors, light-sensitive sensors, temperature-sensitive sensors, force-sensitive sensors, gas-sensitive sensors, humidity-sensitive sensors, sound-sensitive sensors, magnetic sensors, taste-sensitive sensors, and radiation-sensitive sensors, totaling ten categories. Various sensors are shown in the picture2所示。

圖2   各種感測器

(pictures from the Internet)近年來工業互聯網/工業物聯網的發展證明，高性能機械設備、低成本感測器、工業網路、互聯網以及工業大數據採集分析技術的結合，能夠有效提升現有產業的效率和效益，並催生新技術、新模式和新商業模式。其中一個關鍵因素是低成本感測器。近年來，感測器技術實現了跨越式發展，新型感測器層出不窮，成本不斷降低，性能不斷提升，這已成為感測器產業研發的常態。正是由於感測器成本持續下降，並已降至可大規模部署的成本水平，感測器的大規模應用才成為企業的首選。

GEThe company has a lot of experience it can learn from in terms of sensor applications. As early as2005年，GE其航空發動機公司改組為GEAviation has begun to change its business model. The company's original business was only the production of aero engines. Later, it installed numerous sensors on aircraft to collect various parameters of the aircraft in real time. It used big data analysis technology to provide airlines with a complete set of solutions for operation and maintenance management, capacity assurance, operation optimization and financial planning, as well as various services such as safety controls and navigation predictions, which produced good economic benefits for the company.

以義大利航空為例，GE每架飛機上都安裝了數百個感測器，可以即時收集發動機運行、溫度和燃油消耗等諸多數據，並用於GE經過軟體的大量分析，義大利航空能夠準確地提供理想的控制方法。145搭飛機一年可以省錢。1500數千美元的燃油成本。透過這些數據，還可以提前預測引擎故障的可能性，並進行主動預防性維護，從而避免航班延誤、成本增加，甚至避免因機器故障造成的更嚴重的安全事故。

2013每年1月亮，GEIn a New York battery manufacturer, a total of1在生產過程中，工廠使用了超過 10,000 個感測器來監測溫度、能耗和氣壓等數據，工廠管理人員可以使用這些感測器。iPad取得這些數據以監控生產情況並有效優化生產資源的分配。

感測器的低成本普及無疑降低了新一輪工業革命的巨大成本門檻，搭建了連接實體空間和數位空間的橋樑，使得時空資訊能夠持續轉化為位元資料流。

3. 軟體定義製造

Industrial software becomes the brain of the machine, algorithms/運算能力大幅提升，軟體定義了材料/元件/系統的空間和時間表徵。

Although software is studied as a relatively independent major in many universities and scientific research units, the author believes that studying software alone can easily break away from the hardware foundation on which the software runs.數據以及 做決定The physical device controlled. Because software has never been an artifact that only has "computing" properties.

Rather, it is an artifact with a more important "control" attribute.。作為高度整合的數據、資訊和知識的數位載體，軟體必須在晶片中生存和運行。軟體和晶片形成共生關係晶片的功能和性能限制了軟體的運行速度和可定義性。“不"能力“, and the programmed instructions of the software continuously drive the gate circuits and field effect transistors in the chip to operate "on" and "off",因此該軟體從誕生之日起就具備驅動晶片的「精度」。CPS“特徵。

The relationship between software and chips is also subtle and constantly changing. In the past, software had to adapt to the chip, and software had to be developed based on the constraints of the chip; today, chips are often designed to run the software better and maximize software performance, that is, chips are developed based on software requirements.

First of all, the chip has the function of "accommodating, computing, and storing" the software, and the software has the function of "accommodating, computing, and storing" the chip.“不"任務、賦權、智慧“role. Only when the respective advantages of software and chips are matched together can the best benefits be achieved. Software and chips together form a fusion, a "quasi-CPS很難說誰「定義」了誰。但有兩點很明顯：軟體是晶片強大運算能力的目標。如果沒有晶片強大運算能力的支持，軟體很難「賦能」物理實體。/「賦能智能」的角色；軟體中所蘊含的人類知識是人工智慧系統「智慧」的來源。如果沒有軟體中各種模型和演算法知識的邏輯指導，晶片強大的運算能力將無法發揮作用，也無法對物理實體形成「賦能」。/"Intelligence" function.

其次，該軟體產生的決策和數據能夠精確控制實體設備。

by中央處理器以閘極電路中的場效電晶體為例。在軟體數位指令的驅動下，高電位（開啟）/current) is1, low level (off/擊穿電流）是0因此，場效電晶體以極高的速度不斷「開啟」。/The calculation is performed in the "off" state, and finally a group of gate circuits output a series of "off" states formed after calculation.1/0"Arranged binary bit data, these bit data can be used to drive display devices (such as various display screens), or can be used to drive controllers in physical devices to allow machines or products to operate accurately, thus reflecting the software's control over chips, peripherals, and physical devices.

早期的軟體僅應用於計算機，硬體的範圍也僅限於顯示器和印表機等外部設備。軟體運作的結果只需顯示在硬體螢幕上，可以是顯示資料、曲線或曲面、影像或聲音。然而，這些計算結果並不需要形成“閉環”，只要能夠輔助人們做出決策即可。如今，硬體的範圍已擴展到所有與電腦連接的工業設備。軟體運作的結果用於驅動實體設備，並與實體設備形成「閉環」（請參閱下一節）。也就是說，實體設備的每一個細微動作都會被感測器感知並回饋給軟體。軟體根據實體設備「目前」的工作場景進行計算，基於嵌入式機制模型或推理規則做出決策，並為實體設備提供下一步最優化、最精確的行動指令。因此，軟體、晶片和工業設備之間的關係變得即時、緊密且豐富多彩。

The software calculates from the driver chip, "software+Chips drive the operation of computer peripherals and develop into software+「晶片」驅動工業實體設備及其數位孿生體精確運行，使軟體在實體設備中發揮強大的「決定性」作用。軟體定義如今已成為製造業的技術現象：軟體不僅定義了零件、材料，還定義了產品、工具、製程、組裝、生產線、生產流程、供應鏈、產品使用場景、產品維護和升級、客戶、銷售、企業以及所有可以定義的事物。

4. 資訊化與資訊化（軟體閉環）的真正融合

比特擁抱原子，IT手牽手OT網路將物理學與工業軟體給出的數位指令結合，從而在時間和空間上精確控制實體設備。

“三體智能革命”中的“三體智能模型”“軟體領域的兩大周期給了我們很好的啟發：我們應該從知識生成和知識流動的基本作用重新理解軟體，並理解為什麼今天的軟體是「閉環」的。實體實體→有意識的人體→數位虛擬身體→實體這個偉大的循環清楚地告訴我們，在過去數十萬年與物質世界的互動中，人類累積了大量關於理解和改造世界的知識。當兩個物體（物質實體、有意識的人體）之間的互動演變為三個物體之間的互動時，「兩個物體一個介面」的單調局面就發生了巨大的變化，轉變為「三個物體三個介面」的複雜局面。

實體實體→有意識的人體→數位虛擬身體→實體大循環其實是極為重要的知識循環。它為軟體形成了一個閉環，也是從傳統軟體過渡到工業軟體的唯一途徑。它也是軟體定義內涵的起源。

Combining the views put forward by Dr. An Xiaopeng, executive member of the Conference of 100 Information Technology, in the article "Future Industry from a Software Perspective", the author provides a logical closed loop to realize software empowerment and enablement based on the knowledge flow cycle of the three-body intelligent model: physical world operation → operation regularization (mapped to human consciousness activities) → regular modeling → model algorithmization → algorithm coding (entering the digital virtual body) → code softwareization → software optimization of the operation of the physical world (and human behavior), as shown in the figure3所示。

圖片3 從三體智能模型到軟體定義模型

在圖片裡3在一個邏輯閉環中，我們對人類在與物理世界長期互動中積累的知識進行整理和總結，找出物理世界（包括材料、設備等）的運行規律，然後將這些知識數位化，基於工業軟體建立比特數據自動流動的規則，再利用自動流動的比特數據將這些知識傳遞到需要的地方，從而為機器或人提供正確且普遍適用的知識。在系統內外存在不確定性、工作場景複雜且資源受限的情況下，透過不斷重複「狀態感知、即時分析、自主決策、精準執行和學習改進」的智慧過程，在正確的時間，將正確的資料以正確的版本提供給正確的人和機器，這樣你就可以第一次就把事情做對、做到最好，甚至下次做得更好。。（作者1997Year Translation Boeing Company存在DCAC/MRM項目訊息，包括“4個人的右側」：正確的數據，正確的版本，正確的時間，合適的人，（依其原意整理）

Entering digital virtuality with human knowledge, using digital virtuality as the basic connotation of software definition, emphasizing the "closed-loop" characteristics of today's software that are different from traditional software - accurately controlling the shape of machine equipment and the microstructure of materials with software-defined bit data flow is the core content of intelligent manufacturing. Today's software no longer only appears to assist human decision-making, but in an autonomous manner, transcending the human body./人腦直接驅動實體設備的運作。

The software closed loop forms a true integration of informatization and informatization, creating intelligent manufacturing./工業互聯網的使能技術CPS（網路物理系統）。在軟體定義的影響下，CPSIt can accurately control the position of each material atom and the relative position between atoms (lattice), accurately control each molded part and the relative position between each part, and accurately control the operation, cycle, time and energy consumption of each machine and equipment. This has become the most important purpose of the new industrial revolution.

5.大規模優化製造資源配置

基於工業互聯網，我們可以在多個領域（而不是單一領域）和大規模（而不是小規模）實現製造資源的最佳化配置。

存在2017每年11月亮27日本國務院發布了《關於深化網路》+《關於發展先進製造業工業互聯網的指導意見》指出：「工業互聯網是一場以數位化、連網和智慧化為特徵的新工業革命。關鍵基礎設施加快其發展有利於加速智慧製造的發展, with greater range, higher efficiency, and more precision優化生產和服務資源分配促進傳統產業轉型升級，催生新技術、新商業模式和新模式，為製造業強國建設提供新的動力。

“以往202016年，各公司實施了許多數位化措施。/資訊轉型專案雖然整合了許多企業資訊系統，但其行動範圍往往是“一個工廠，一個車間”，製造資源的最佳配置僅限於局部區域。/就這家企業的小規模範圍而言，對於需要大規模配置最佳化的製造資源，由於時間和空間的嚴格限制，往往沒有好的解決方案。

工業互聯網的目的是實現「更大規模、更高效率和更精確性」。優化生產和服務資源分配由此誕生的新型工業網路是實現智慧製造的關鍵基礎設施。工業互聯網幫助企業突破…實體世界和數位世界之間那道看不見、摸不著、難以逾越的「牆」已經突破了過去嚴重限制企業發展的時間和空間限制。

The industrial cloud platform is the initial stage and basic form of the industrial Internet.逐步將企業的研發工具、核心業務系統、關鍵設備等部署到雲端，可以最大限度地發揮統一雲架構下各系統整合的便利性，使資料能夠透過雲端在各系統間順暢、自動地流動，促進相互互聯互通。這不僅能有效提升營運效率，並實現精細化管理，還能在大範圍內優化企業資源配置，進而產生經濟效益，全面提升企業的整體管理水準。目前，大多數工業互聯網平台都部署在私有雲、公有雲或混合雲上。

隨著越來越多的工業要素連接到工業互聯網，大多數供應鏈也將成為工業互聯網的一部分。IBMA report released shows that in the "software-defined supply chain" environment, under the industrial Internet platform and industrialAPP在...的支持下 , business operation and management costs are greatly reduced.

工業互聯網已用於大規模連接工業要素，並取得了許多切實成果：例如，青海國電綠色能源公司開發的「新能源產業工業互聯網平台」每秒都在感知層訪問數據。約3600件商品，28該電站與平台連接，透過集中監控實現“無人值守和少量人員值守”，為發電企業節省營運人員成本。 ;Youye Company is a company in Shandong that produces30010,000萬噸級鋼鐵企業已實施事事明智工業互聯網平台，一年節省4000萬元；Oriental Guoxin Company will domestic1000在煉鐵高爐中310該基地與煉鐵大數據智慧互聯平台相連，以降低冶煉能耗。3%~10%，提高勞動生產力5%以上，減少安全事故 舒根互聯網為一家注塑機設備製造公司實施根雲工業互聯網平台後，該工廠的設備故障被「發現」。-「回應」期從1工時及以上減少至15幾分鐘內，縮短反應時間 , the arrival time is shortened , and provide customers with transparency in the processing process to improve customer satisfaction. 上圖：曲靖捲菸廠基於華龍迅達的木星工業互聯網平台，建構了一座捲菸數位化工廠，有效運作率從 升起到 備件庫存會佔用資金1.2100百萬/year falls to0.38100百萬/每年，每100The cost of 10,000 large boxes is less than that of enterprises of the same size0.6100百萬/每年北京智通公司為乳品集團實施了智通工業互聯網，以提高機器效率。 , quality traceability is reduced from hours to minutes, and the effectiveness of quality analysis is increased. 車間統計檢定人員數量減少 生產和記錄勞動力減少 ，等等。

大規模工業要素的連動使企業有可能在大系統層級優化製造資源的配置，以獲得更好的企業管理和控制能力，有效促進企業的轉型升級。

6。 總結

以智慧化為標誌的新工業革命為全球產業轉型升級帶來了前所未有的機遇，提供了巨大的驅動力，創造了無數新技術、新模式和新商業形式，也產生了新工業時代的許多特徵。

經過作者多年來對許多國家新工業革命的觀察和耐心梳理，我發現新工業時代的諸多特徵（數以百計）可以歸納為以下五點：
⑴ 「人類智能」轉變為「智慧」－人類知識不斷進入軟體，知識載體從主要基於碳的知識轉向主要基於矽的知識，數位生產力激增；
⑵ 感測器的低成本和普及——感測器為機器增加了“功能”，大大增強了機器的感知能力，加速了物理空間資訊的數位化；
⑶Software-defined manufacturing - industrial software becomes the brain and algorithm of the machine/運算能力大幅提升，軟體定義了材料/元件/系統的時空表徵；
⑷True integration of the two (software closed loop) - bits embrace atoms,IT手牽手OT, cyber fusion physics, digital instructions given by the software accurately control physical equipment across time and space;
⑸ 大規模優化製造資源配置－基於工業互聯網，實現多域而非單域、大規模而非小規模的製造資源最佳化配置。

若不明確新工業革命的基本特徵，企業就無法實施智慧製造。清楚理解以上五項基本特徵，才能讓企業盡快進入智慧製造的快車道。

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