德國政府對“工業4.0”的支持不遺余力，即使從宣傳角度也已經做到了極致。德國教育與研究部、德國經濟與技術部、德國國家科學與工程院、德國科學研究聯盟是核心，它們提出并支持了絕大部分的智能制造相關計劃和項目;德國人工智能研究中心和弗勞恩霍夫研究所利用其自身優勢和設施為智能制造發展提供關鍵的知識儲備、試驗環境和合作平臺;“工業4.0”平臺、“東威斯特法倫-利普”智能技術系統尖端研究組等區域組織和行業協會是智能制造概念探索和技術聯合的有力推動者;以西門子為代表的企業則將“工業4.0”帶到了現實，推向了世界。
“工業4.0——從愿景到現實”項目生產線示意
一、工業4.0——從愿景到現實
工業4.0 是“智慧工廠”計劃的演示驗證項目，通過10家合作企業的共同努力，所開發的創新生產線實現了工業4.0關鍵方面的實際應用。該項目所采用的架構和基礎結構如下：
——架構。模塊間無直接連接(包括機械、電氣和通信);面向生產線柔性配置的模塊化系統結構;面向獨立的拓撲推導的鄰近區域自動探查;面向真實插入并生產的熱插拔能力。
——基礎結構。基礎結構主干網由復雜基礎結構開關組成;主干網中面向模塊防護的安全組件;完整的能耗建檔與可視化表達;物理工廠狀態發送到數字工廠。
“工業4.0——從愿景到現實”項目示意
思科公司利用工廠連接架構將IT系統和運行技術系統會于一體，構建集成的企業智能引擎。思科工廠連接解決方案是一個端到端架構，可以實現增強的工廠網絡安全、更快的決策和性能提升、快速的網絡部署以及提升的系統正常運行時間和可視度。
思科公司“工廠連接”解決方案
FESTO公司的模塊化雕刻機用銑床給名片夾底座進行雕刻。作為賽博物理系統的初級階段，雕刻機的料臺模塊配備了小巧的控制器和以太網接口，實現全部功能并能自我診斷。在加工中，智能夾持模塊通過RFID將數字產品記憶初始化，生成生產通知單，之后由ERP系統加載。雕刻工作根據產品記憶進行，一個綜合服務器保證不同模塊間的無問題交互，工廠拓撲、工件特定能耗和狀態消息轉移。
哈挺公司的壓力配合模塊通過機器人將帶有RFID的外殼底座和外殼蓋組合到一起。連續的接口標準化是工業4.0環境下模塊化的基礎，是智慧工廠的關鍵也是挑戰。此外，模塊化連接器形成了機電骨干網，智能電力網絡單元接管了數據和電力管理，收集了操作狀態相關的信號，只有智能基礎結構才能確保所有工業生命線的管理。
哈挺公司“壓力配合”模塊
HIRSCHMANN和光爾格自動化公司的安全連接是協同的基礎結構協同解決方案，包括安全網絡設備、可管理的I/O模塊、連接器和導線，在智慧工廠中實現極為高效的通信。
LAPP公司的質量控制模塊使用高分辨率攝像頭進行產品終檢，并且完成名片夾的試運行。質量控制的結果存儲在產品RFID標簽中，雙軸的拾取單元負責分開次品。模塊通過與工業以太網的完全聯網實現了工業4.0愿景，傳感器、執行器的連接難題得到解決。
MiniTec公司的人工工作臺高度可以電動調節，名片夾在這里使用基于增強現實的指導完成組裝。生產工藝更加高效的同時，人員也需要提升生產率，這個工作臺通過更大的柔性實現了這一點。
連接以太網的人工工作臺
鳳凰CONTACT公司的激光標記模塊利用產品自身的數字生產記憶完成雕刻，在工藝步驟前后，生產記憶通過RFID讀取和更新。
proALPHA公司提供了ERP系統，基于一個服務導向的集成平臺，它確保子系統間實現縱向與橫向集成。隨著工業4.0的實施，物聯網來到工廠，它被表征為ERP系統縱向集成進生產，以及不同系統的橫向、跨制造商聯網。未來，由于私有技術和功能的發展，“網絡化制造環境中的自適應服務”將是工業4.0計劃的重要項目。
博世Rexroth公司的夾子安裝模塊通過RFID讀取產品記憶，然后利用分散式智能自主完成安裝。通過開放內核工程，模塊的開放控制還能執行高級程序語言創建的功能，滿足所有功能安全要求。分散式智能、開放式接口以及IT與自動化世界的連接，使得該模塊能輕易集成到每個工業4.0應用中。
博世公司的RFID系統
西門子公司的產品壽命周期管理(PLM)解決方案，針對賽博物理生產系統的開發，以及信息和數據在開發和增值的所有階段持續使用的控制，提供了所需的方法和建模技術。在賽博物理生產系統中，單個生產模塊獨立地組織和優化零件生產，這就需要預先仿真。完整的工廠數字數據向所有決策者提供，用于特定問題仿真的具體模型可以在任何時間得到。在未來的自主生產工廠中，控制這種技術復雜度需要為系統、工廠及其運行的設計和構建開發相應的軟件工具。
項目合作伙伴主要任務
二、關鍵生產線
關鍵生產線是“智慧工廠”計劃的演示驗證項目，旨在展現能夠描繪第四次工業革命中心特征的三個范本：智能產品，通信機床(即智能機床)，輔助操作員(即增強的操作員)。
——智能產品。智能產品的指導思想是將工件的作用擴展成制造系統的一個能動部分，產品接收記憶，任務和生產要求在其中儲存，產品自身能夠控制其生產。
——智能機床。智能機床的范本描述的是機床成為賽博物理系統的過程，即帶有本機控制智能的自動化組件，通過開放網絡和語義描述，與其它機床、生產線和產品進行通信。
——增強的操作員。增強的操作員的核心目標是支持人在生產工廠的中心作用，以處理日益增加的技術復雜度，這要通過環境敏感(上下文相關)的信息供給，以及將用虛擬信息豐富現實世界，即增強現實。
2013年，德國人工智能研究中心在漢諾威演示驗證了這個試驗性工廠，依靠整條生產線，第四次工業革命的相關特征利用創新的信息和通信技術得到放大，模塊化制造生產線展示了卓越產品的柔性生產。關鍵生產線由訂單拾取站、銑削加工站、自動裝配站、人工工作臺組成，柔性地夾持、機械加工和裝配產品組件(外殼蓋、外殼底座和印刷電路板)。
關鍵生產線
(一)訂單拾取站
訂單拾取站的中央控制單元使用一個內嵌控制器，在新生產指令通過運行接口發布后，生產數據中的特定生產參數傳送到內嵌控制器。在整個壽命周期中，產品自身的語義記憶中攜帶著這些信息。數字產品記憶通過附在外殼蓋內側的RFID芯片實現，數據類型使用了對象記憶模型(OMM)。在生產工藝執行中，內嵌控制器和其它自動化組件(如機器人、機床控制單元)之間發生信息交換，通過與服務器和通用互聯網標準的縱向與橫向集成，實現不同系統和鄰近模塊之間的直接通信。在產品記憶初始化后，機器人成為倉儲、銑床和自動裝配之間的連接器，在生產各步驟之間，生產的當前狀態總是通過RFID讀/寫模塊在產品記憶中進行注冊和更新。加工完成后，內嵌控制器等待裝配站的批準，之后機器人把產品放置在智能產品托架上。
(二)銑削加工站
銑削加工站通過工業計算機控制，根據用戶要求對產品外殼蓋進行個性雕刻，機床的裝載通過機器人全自動完成。外殼蓋放置在工件卡盤上后，氣動臺式虎鉗自動閉合，然后加工開始。基于外圍工藝控制概念，銑削工藝的生產數據由產品RFID標簽攜帶。在這些數據中，銑削程序由內嵌控制器創建，機床子程序動態編排為序列化程序。精加工后，機器人取走外殼蓋。
(三)自動裝配站
產品使用即插即用單元夾持并由不同的壓力單元組裝，特殊的工藝候選方案根據數字產品記憶中的存儲數據選擇。自動裝配站演示第四次工業革命的關鍵方面，基于賽博物理系統(CPS)表明優化資源的、自適應的生產工藝。一個智能產品托架作為實現CPS的原型進行演示，它不僅負責裝配單元的物料流，它還通過嵌入式傳感器技術、本機決策智能以及與生產控制的無線通信，主動影響生產工藝。工件托盤的傳送帶速度可根據客戶選擇調整(資源節約或臨時優化)。基于服務導向架構和嵌入式系統，自動裝配站還展示了一些創新的控制概念，不同電子設備像封裝網絡服務一樣通過微控制器提供各種功能。模塊化工藝流利用互聯網技術通過網絡服務請求控制自適應生產工藝。其中一個壓力單元可以使用即插即用原則交換，新的集成單元可以被自動識別，立即投入使用。關于生產工藝的資源節約配置方面，資源消耗的智能測量和可視化概念是另一個項目“由環境激活的機-機通信實現資源節約”(RES-COM)的成果。
(四)人工工作臺
人工工作臺完成組裝工藝，還能進行質量控制和產品激活，工人由信息和通信技術支持。通過使用可視化技術的增強現實，單一指令變為3D動畫進入現實工作環境，復雜的組裝工藝可以易于理解的方式進行解釋。為了描述虛擬裝配指導，開發了智能文檔格式，特別適合賽博物理系統。通過它，工藝信息可以直接從產品RFID標簽檢索到，用于高效支持工人操作。
三、結束語
兩個項目從一個小名片夾和小卡片入手，演示了“工業4.0”的三個范本——“智能產品，智能機床，增強的操作員”。智能產品，利用存儲和接收的數字記憶，它自己就能控制產品的生產過程，并且串起了全壽命周期的產品狀態信息。(當然，這是有局限的，比如會改變工件外形的冷熱加工就不一定適用)智能機床，內置外形自適應加工模塊、原位動態建模仿真能力，能夠自動生成數控程序(更重要的是，這些功能是即插即用的，并不一定要研制新的機床來實現)。增強的操作員，則體現了其以人為本理念，充分調動其主觀能動性，實現個性化與高效化的結合(至少不是無人化工廠的奇葩概念)。
上機器人就是智能化，增材制造就是智能制造，這樣的錯誤觀念曾經很有市場。我們還是要搞清楚目的目標是什么，精益、柔性、高效、節能、高質量、低成本，這才是永恒的，而不能片面為了追求智能化而智能化。搞自動化，全都用機器代替人了值不值得?搞信息化，管理流程理不順會不會反倒出現了新瓶頸?搞數字化，全壽命周期所有過程都能建模仿真是不是就有用?搞網絡化，所有環節和要素都互聯互通了能干什么?搞智能化也是一樣的，是否理解了智能化的含義，到沒到非要搞智能化那一步?前四化都達到了一定水平了么?當前挑戰和未來需求是不是別無他法解決了?只是技術原因而沒有管理問題?也許這才是我們面對新工業革命更應該關注的問題。我們的生產力是否下一步就要邁向“工業4.0”了?從生產關系上，我們有沒有做好迎接“工業4.0”生產力的準備呢?
