自工業(yè)革命開始以來，每一次技術(shù)進(jìn)步都能夠帶來工業(yè)生產(chǎn)效率的大幅提高。19世紀(jì)初，蒸汽機促進(jìn)了現(xiàn)代工廠的建立，到了20世紀(jì)，電氣化帶動了工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)并在70年代實現(xiàn)了自動化。然而在隨后的幾十年里，工業(yè)技術(shù)進(jìn)步僅僅是量的增加，與信息技術(shù)、移動通信、電子商務(wù)等相比突破甚微。
現(xiàn)在，我們正處于第四波工業(yè)浪潮中：新興的數(shù)字技術(shù)產(chǎn)業(yè)被稱為工業(yè)4.0，具體即指九項基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)步驅(qū)動的轉(zhuǎn)型。在這些轉(zhuǎn)變中，傳感器、機器、工件和IT系統(tǒng)將相互聯(lián)接起來，超越單個企業(yè)擴大到價值鏈。這些聯(lián)接系統(tǒng)可以與基于因特網(wǎng)協(xié)議的其它系統(tǒng)相互作用，分析數(shù)據(jù)、進(jìn)行預(yù)測和自動配置來適應(yīng)變化。工業(yè)4.0可以實現(xiàn)跨設(shè)備的數(shù)據(jù)收集和分析，更加靈活高效地生產(chǎn)出低價高質(zhì)的商品。這反過來還將提高生產(chǎn)效率、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展模式、促進(jìn)工業(yè)增長，最終提升企業(yè)和地區(qū)的競爭力。
波士頓咨詢公司發(fā)布報告介紹了工業(yè)4.0時代的九大技術(shù)趨勢，并探討其潛在的技術(shù)和經(jīng)濟效益，為制造商和生產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)商提供信息。這九大技術(shù)進(jìn)步已應(yīng)用于制造業(yè)，而隨著工業(yè)4.0的到來，它們將改變生產(chǎn)方式：獨立和優(yōu)化的單元將完全整合為自動化的生產(chǎn)流程，改變供應(yīng)商、生產(chǎn)商和客戶之間的傳統(tǒng)關(guān)系，也改變了人和機器之間的關(guān)系。
一、大數(shù)據(jù)及分析
基于大數(shù)據(jù)的分析模式最近只在全球制造業(yè)大量出現(xiàn)，它的優(yōu)勢在于能夠優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源，提高設(shè)備服務(wù)。在工業(yè)4.0背景下，將對來自開發(fā)系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、企業(yè)與客戶管理系統(tǒng)等不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的整合評估，使其成為支持實時決策的標(biāo)準(zhǔn)。例如，德國的半導(dǎo)體制造商英飛凌已經(jīng)采用了將單芯片關(guān)聯(lián)的方式，幫助檢測有故障的芯片來提高生產(chǎn)質(zhì)量。
二、自主式機器人
許多行業(yè)的生產(chǎn)商長期使用機器人來處理復(fù)雜的作業(yè)，但機器人卻在不斷進(jìn)化，甚至可以在更大的實用程序中使用。它們變得更加自主、靈活、合作。最終，它們將與人類并肩合作，并且人類也要向它們學(xué)習(xí)。這些機器人將花費更少，并且相比于制造業(yè)之前使用的機器人，它們的適用范圍更廣泛。
在許多行業(yè)中，機器人已經(jīng)被長期使用來處理復(fù)雜的任務(wù)且仍在不斷發(fā)展。它們正在變得更加自主靈活，最終將學(xué)會與人交往，和人類安全地共同工作并向人類學(xué)習(xí)。這些機器人將價格更低且用處更大，能夠承擔(dān)更為復(fù)雜的角色。
例如，顧家家居已經(jīng)使用了歐洲制造商的機器設(shè)備。這些機器人是相互連接的，以便他們可以協(xié)同工作，并自動調(diào)整行動，以配合下一個未完成的產(chǎn)品線。高端傳感器和控制單元可保證與人類密切合作。同樣，工業(yè)機器人供應(yīng)商ABB推出一款有兩支手臂的機器人，它被稱為“玉米”，專門設(shè)計用來與人類一起組裝產(chǎn)品（如電子消費品）。計算機視覺技術(shù)的應(yīng)用保證了安全互動和零件識別的實現(xiàn)。
三、仿真模擬
在工程階段，運用了3D仿真材料和產(chǎn)品，但在未來，模擬將更廣泛地應(yīng)用于裝置運轉(zhuǎn)中。模擬將利用實時數(shù)據(jù)，在虛擬模型中反映真實世界，包括機器、產(chǎn)品、人等等，這使得運營商可以在虛擬建模中進(jìn)行測試和優(yōu)化。例如西門子就開發(fā)出了可以模擬的虛擬機器，從而使加工過程減少了80%。
四、水平和垂直系統(tǒng)集成
目前，大多數(shù)的IT系統(tǒng)都沒有被完全整合，公司、供應(yīng)商和客戶之間聯(lián)系并不密切，從企業(yè)到車間的功能也缺乏完整的一體化。即使是工程本身，從產(chǎn)品到工廠自動化，缺乏完全集成。隨著工業(yè)4.0的到來，公司和部門間將更具凝聚力，數(shù)據(jù)整合網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展將使價值鏈實現(xiàn)真正的自動化。
例如，達(dá)索系統(tǒng)和云供應(yīng)商Boostaerospace聯(lián)手為歐洲航空航天和國防工業(yè)建立了一個合作平臺——AirDesign。該平臺可以作為一個工作空間設(shè)計和制造業(yè)的合作車間，也可作為一個私有云服務(wù)。它負(fù)責(zé)管理多方之間的交換產(chǎn)品和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的復(fù)雜任務(wù)。
五、物聯(lián)網(wǎng)
如今，只有一些制造商的傳感器和設(shè)備進(jìn)行了聯(lián)網(wǎng)和嵌入式計算，它們通常處于一個垂直化的金字塔中，距離進(jìn)入總體控制系統(tǒng)的智能化和自動化水平仍有一定距離。隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更多的設(shè)備甚至更多的未成品將使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)連接，可以進(jìn)行現(xiàn)場通信，提供實時響應(yīng)。
驅(qū)動和控制系統(tǒng)供應(yīng)商博世力士樂，生產(chǎn)了一種半自動的閥門生產(chǎn)設(shè)施，可以分散地分析生產(chǎn)過程。產(chǎn)品通過無線電頻率識別碼進(jìn)行識別，并且工作站能夠“獲知”每個產(chǎn)品必須執(zhí)行的生產(chǎn)步驟，從而適時地進(jìn)行特定的操作。
六、網(wǎng)絡(luò)安全
許多企業(yè)依然依賴于未連接或者脫機的管理和生產(chǎn)系統(tǒng)，而到了工業(yè)4.0時代，連接性增強，網(wǎng)絡(luò)安全威脅也急劇增加。不過人們可以對整個新框架充滿信心，工業(yè)設(shè)備供應(yīng)商正聯(lián)手同網(wǎng)絡(luò)安全公司進(jìn)行合作和收購。
七、云計算
在工業(yè)4.0時代里，更需要跨站點和跨企業(yè)的數(shù)據(jù)共享，與此同時，云技術(shù)的性能將提高，只在幾毫秒內(nèi)就能進(jìn)行反應(yīng)。其結(jié)果是設(shè)備數(shù)據(jù)將存儲在云中，生產(chǎn)系統(tǒng)可以提供更多的數(shù)據(jù)驅(qū)動服務(wù)，許多工業(yè)監(jiān)測和控制處理也將進(jìn)入云端。
八、增材制造
企業(yè)已開始采用增材制造，比如用3D打印生產(chǎn)單個組件。進(jìn)入工業(yè)4.0，這種增材制造方法將在小批量定制產(chǎn)品的生產(chǎn)中更加廣泛地應(yīng)用，它可以催生多種復(fù)雜而輕巧造型設(shè)計。高性能且分散的增材制造系統(tǒng)將減少運輸距離和庫存。例如，航空公司已將增材制造工藝應(yīng)用于新設(shè)計中，既能減輕飛機重量，還能降低鈦等原料的費用。
九、增強現(xiàn)實
增強現(xiàn)實技術(shù)支持各種服務(wù)，比如你可以在倉庫里挑選部件并通過移動設(shè)備發(fā)送維修指令。這些系統(tǒng)目前正處于起步階段，未來，企業(yè)將更加廣泛的使用增強現(xiàn)實技術(shù)為工人提供實時信息，改進(jìn)決策和工作程序。目前這種系統(tǒng)已經(jīng)以谷歌眼鏡的形式進(jìn)入了市場，工人可以透過虛擬現(xiàn)實的眼鏡看到實際的場景。
另一個應(yīng)用程序是虛擬培訓(xùn)。西門子已經(jīng)開發(fā)了一個虛擬工廠操作員培訓(xùn)模塊，利用增強現(xiàn)實眼鏡，創(chuàng)造了以工廠人員處理突發(fā)事件的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的3D環(huán)境。
工業(yè)4.0的影響
量化影響：以德國為例
為了對工業(yè)4.0的潛在的世界范圍內(nèi)的影響有更進(jìn)一步的量化的理解，我們對德國制造業(yè)展望進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)第四次技術(shù)革命會引發(fā)四個領(lǐng)域內(nèi)的收益：
生產(chǎn)力方面。在接下來的五年到十年，工業(yè)4.0將會對德國制造業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的更多企業(yè)產(chǎn)生推動作用，并提高生產(chǎn)力，預(yù)計產(chǎn)值講會從900億歐元提高到1500億歐元。不計算材料的成本，生產(chǎn)成本可能會提高15%到25%；如果把材料成本計算在內(nèi)，生產(chǎn)成本可能會提高5%到8%。工業(yè)各行業(yè)差別很大。工業(yè)零部件制造商有望實現(xiàn)生產(chǎn)力最大的一些改進(jìn)（20-30%），例如，汽車公司可以預(yù)期增加10-20%（圖3）。
稅收增長方面。工業(yè)4.0也將推動收入增長。廠家提高設(shè)備和新的數(shù)據(jù)應(yīng)用需求，以及消費者對更廣泛的定制產(chǎn)品的需求將越來越多，這可以稅收增加300億歐元，或德國的大約占GDP的1%。
就業(yè)方面。工業(yè)4.0將使德國在未來五年內(nèi)就業(yè)增長6%。（如圖4）在同一時期，機械工程部門對員工的需求可能會上升10%之多。然而，也會因此需要會不同技術(shù)的人。在短期內(nèi)，自動化的趨勢將取代一些操作簡單、重復(fù)率高的低技能的工。同時，軟件、連接和分析越來越多地被使用，將增加對軟件開發(fā)和相關(guān)技術(shù)員工的需求。
投資方面。在接下來的十年里，為適應(yīng)生產(chǎn)過程一體化，德國生產(chǎn)商投資約2500億歐元。工業(yè)4.0將直接影響生產(chǎn)商和他們的勞動力以及供應(yīng)制造系統(tǒng)的公司。