机电一体化控制技术与系统

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1、机电一体化控制技术与系统第一题：分析工业2.0、工业3.0、工业4.0的主要技术特征答：工业1.0是机械制造时代，即18世纪引入的机械设备制造时代；时间大概是18世纪60年代至19世纪中期。通过水力和蒸汽机实现了工厂机械化。这次工业革命的结果是机械生产代替了手工劳动，经济社会从以农业、手工业为基础转型到以工业、机械制造带动经济发展的新模式。工业2.0是电气化与自动化时代，即20世纪初的电气化与自动化时代，时间大概是19世纪后半期至20世纪初。也就是在劳动分工基础上采用电力驱动产品的大规模生产；因为有了电力，所以才进入了由继电器、电气自动化控制机械设

2、备生产的年代。这次的工业革命，通过零部件生产与产品装配的成功分离，开创了产品批量生产的高效新模式。工业3.0是电子信息化时代，即20世纪70年代开始并一直延续至现在的信息化时代。在升级工业2.0的基础上，广泛应用电子与信息技术，使制造过程自动化控制程度再进一步大幅度提高。生产效率、良品率、分工合作、机械设备寿命都得到了前所未有的提高。在此阶段，工厂大量采用由PC、PLC/单片机等真正电子、信息技术自动化控制的机械设备进行生产。自此，机器能够逐步替代人类作业，不仅接管了相当比例的“体力劳动”，还接管了一些“脑力劳动”。工业4.0概念是德国政府2013

3、年《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一，并已上升为国家战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。"工业4.0"是实体物理世界与虚拟网络世界融合的时代。美国早在若干年前就已提出"工业4.0"的概念。未来10年，基于信息物理系(Cyber-PhysicalSystem，CPS)的智能化，将使人类步入以智能制造为主导的"第四次工业革命"。PLM(产品全生命周期)、全制造流程数字化以及基于信息通信技术的模块集成，将形成一种高度灵活、个性化、数字化的产品与服务新生产模式。链接"虚拟"和"实体"两个世界，将虚拟世界里的关系透明化正是"工业4.

4、0"时代需要做的。未来产品(譬如：机床、飞机、汽车等)都应会有实与虚的价值接合。德国提出的"工业4.0"和美国的CPS，核心要义都是制造业基于"数据分析"的转型。因此，"工业4.0"也应具备灵活、高效、柔性化特点。近几年开始流行的"云计算大数据"及"AI人工智能"  刚好弥补了"工业4.0"之前在技术方面缺失的环节。当然，传统制造业要想进行"数据分析"，其"软硬件"也要进行升级，而占工作量80%的"软件"部分则必须先升级，从而再促进"硬件"的转型升级。这里所说的泛"软件"，并不是指某一或某些类型的"App应用"，譬如：采用"扁平化"企业管理架构、引

5、入"物联网"理念，把之前的"工具属性"应用加入一些"自动化(或智能)"特性，把不太灵活且成本高昂的"ERP(或PLM)"系统换成更灵活-智能的"智能数字化平台"、产品"设计-研发"环节引入"低成本-可动画-可VR-可AR-可定制"的仿真数字模型、企业网络营销引入基于"大数据AI"的电子商务理念等。附图1工业4.0发展主要体现为以下几个方面。其一，全方位互联。西门子、博世与蒂森克虏伯三大企业的研究人员表示，工业4.0的核心是万物互联。无论是机器设备、生产线、产品，还是工厂、供应商、用户，都将被一个庞大的智能网络连接成一体。这个智能网络由五个部分组成：

6、无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施、CPS。在智能网络的覆盖下，不同的产品与生产设备，甚至是整个“数字世界”与“物理世界”都能互联成一体。人与机器都可以通过智能网络来保持数字信息的持续交流。其二，全方位集成。“工业4.0”是信息化产业与工业化产业融会贯通的产物。“集成”也因此成为德国“工业4.0”战略的关键词。前述的由CPS控制的智能网络，可以实现人与人、人与机器、机器与机器、服务与服务四个层次的全方位互联。如此一来，整个工业生产就完成了纵向、横向、端对端三个层次的高度集成。纵向集成主要指企业内部物流、信息流、资金流、各个部门

7、、各个生产环节、产品生命全周期的集成。企业内部所有因素的无缝连接，是一切智能化转型的基础。横向集成主要指不同的企业借助工业4.0这一价值链及物联网所完成的全方位资源整合。通俗地说，就是企业与其他企业能够做到全方位无缝合作。例如，实时提供各种产品与服务，联合进行研产供销，从产品研发、生产制造到经营管理，整个流程都实现综合集成。总之，各个企业在工业4.0时代需要信息共享与业务协同。从某种意义上说，“端到端的集成”是德国专家率先提出的一个新概念。但是社会各界对这个概念的理解有差异。所谓“端到端”，指的是产业链各环节价值体系的重构。“端到端的集成”是围绕产

8、品全生命周期的价值链而展开的。通过工业4.0整合价值链上各个不同企业的资源，如创造集成供应商、制造商、分销商，并让各自的客