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"工業(yè)4.0"簡介

Introduction to Industry 4.0

"工業(yè)4.0"，或者說是第四次工業(yè)革命，不僅是德國工業(yè)的發(fā)展趨勢，也是今年世界經(jīng)濟論壇的主題，它可以被看做制造業(yè)和工業(yè)面向未來的世界性運動。然而，目前尚不清楚哪種工業(yè)技術將引領制造業(yè)的未來。但是通過分析過去六年里的"工業(yè)4.0"領域的核心技術，也許可以給予我們啟示。

構成"工業(yè)4.0"的7個核心工業(yè)技術領域

不幸的是，對于第四次工業(yè)革命沒有公認的統(tǒng)一定義，也不確定它究竟包括哪些技術。

但是我們相信以下7項核心技術可以被看做"工業(yè)4.0"的支柱：

圖1：構成"工業(yè)4.0"的7種核心技術

1.信息物理系統(tǒng)（CPS）

CPS形式網(wǎng)絡通過（無線）傳感和驅動，能夠應對不斷變化的環(huán)境，甚至預測物理系統(tǒng)過程的變化。

2.云計算

云計算讓儲存在本地的應用程序或者服務連接到物聯(lián)網(wǎng)變得可能。

3.大數(shù)據(jù)分析

大數(shù)據(jù)是指大到那些典型的數(shù)據(jù)庫軟件工具無法收集、儲存、管理和分析的數(shù)據(jù)集。大數(shù)據(jù)分析方法讓工業(yè)智能化變得可能，比如說機器學習。

4.(IT）系統(tǒng)安全

數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的傳播以及所有其它工業(yè)系統(tǒng)、機器設備和原件都需要被充分保護，免于遭受網(wǎng)絡攻擊。

5.增材制造/3D打印

增材制造（Additive Manufacturing，AM）技術是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術，相對于傳統(tǒng)的材料去除－切削加工技術，是一種"自下而上"的制造方法。

6.增強現(xiàn)實（HMI）

使用增強現(xiàn)實眼鏡的工人可以通過遠程接受指令來正確裝配零件或者協(xié)助調(diào)試。

7.機器人/人形機器人（HMI）

新技術使交互更安全，比如讓機器人去人類無法達到的地方執(zhí)行任務，這些機器人往往被設計成人類的樣子。

3種創(chuàng)新驅動力:3D打印、增強現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)

3 Innovation drivers: 3D printing, augmented reality, and big data

因為當前數(shù)字化轉型、物聯(lián)網(wǎng)和"工業(yè)4.0"等概念炒的火熱，我們很難理解目前的創(chuàng)新溫床在哪里？

IoT Analytics分析了世界范圍內(nèi)從2010-2015年申請的相關專利數(shù)，專利數(shù)可以看做是創(chuàng)新活動的一個重要指標。

主要結論：與"工業(yè)4.0"相關的專利注冊總數(shù)在短短五年內(nèi)激增了12倍。

圖2：與"工業(yè)4.0"主題相關的專利總數(shù)（2010-2015）

圖3："工業(yè)4.0"主題相關專利數(shù)量的詳細趨勢

圖4："工業(yè)4.0"主題相關專利數(shù)量的詳細趨勢（2010-2015）

另外的三大發(fā)現(xiàn)：

1.3D打印非常具有發(fā)展前景

基于10的增長因數(shù)，3D打印/增材制造（AM）或將成為工業(yè)技術的未來趨勢。為了在未來1年或者2年內(nèi)成為"工業(yè)4.0"相關專利的一顆流星，3D打印緊跟增強現(xiàn)實和云計算的腳步。特別有趣的是，3D打印不是一種特定的網(wǎng)絡技術，因為它有資格作為一種新的生產(chǎn)方式，因此是硬件基礎。

2.云計算很明顯是第一（現(xiàn)在）

在2013年和2014年發(fā)布了超過1600項相關專利，這是我們分析的工業(yè)技術領域最大的專利申請數(shù)量了。雖然2010年只有150個專利，數(shù)量在2012年激增了10倍。然而2015年只有1400項專利，出現(xiàn)了數(shù)量的下降，可能意味著這個技術已經(jīng)達到了頂峰。2016年的數(shù)字肯定還是要繼續(xù)看的。

IBM是云計算專利的領導公司。該公司已經(jīng)注冊了和安全服務、混合數(shù)據(jù)備份以及移動設備工業(yè)負載管理的相關專利，這只是其中的一些例子。

3.信息物理系統(tǒng)意想不到的占據(jù)了最后位置（專利數(shù)量最少）

根據(jù)德國聯(lián)邦教育與研究部的觀點，信息物理系統(tǒng)，也就是CPS，應該是"工業(yè)4.0"的核心。它將網(wǎng)絡世界和工業(yè)環(huán)境中的物理世界集成，因而被視為工業(yè)技術的中心，然而專利數(shù)量很低。CPS落在了最后一位，在過去的五年中只增加了48項專利。導致這個事實的原因可能是因為這項技術并沒有顯而易見的定義方式。

更多見解：

增強現(xiàn)實像坐上了駛入快速通道的快車，在過去的幾年里不斷增長，以至于其專利增長數(shù)量進入了工業(yè)技術的前三名。例如德國公司Ubimax是專門從事增強現(xiàn)實和可穿戴的工業(yè)解決方案的。它的一個增強現(xiàn)實的設備是pick-by-vision解決方案的"xPick"。這些智能眼鏡幫助客戶優(yōu)化選擇過程，已經(jīng)在荷蘭被DHL成功測試了。他們現(xiàn)在可以與SAP EWM集成。

大數(shù)據(jù)在過去的兩年里飛速增長，幾乎比得上增材制造/3D打印了。

關于系統(tǒng)安全和人形機器人的專利數(shù)也相當?shù)停呛芊€(wěn)定。因為安全是基本要求，系統(tǒng)安全專利數(shù)低可能會成為影響第四次工業(yè)革命發(fā)展的一個問題。

展望未來：

假設專利發(fā)展是指示工業(yè)技術未來的早期指標，我們現(xiàn)在知道了哪些技術值得期待。爆炸的3D打印技術和增強現(xiàn)實技術將很快出現(xiàn)在各種場景。就專利開發(fā)數(shù)量來說云計算已經(jīng)走到了頂峰，但是要想在工業(yè)世界廣泛應用，還有很長的路要走。像大數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)分析這些沒有被預期的專利數(shù)量可能飆升到和3D打印等同。作為一個工業(yè)公司，最好的出路就是擁抱可稱之為第四次工業(yè)革命的核心部分的四項技術。

然而，一個可能存在的障礙是對物理信息系統(tǒng)（CPS）和(IT)系統(tǒng)安全方面的專利關注太少，而這兩樣都是"工業(yè)4.0"領域的關鍵技術，有必要跟上其它技術的快速發(fā)展。