可持续工业领域的工业 4.0 在新兴...

新兴和发展中国家可持续工业领域的工业4.0 技术的适用性和公园管理的作用 新兴和发展中国家可持续工业领域的工业4.0 发布人: DeutscheGesellschaftfürInternationaleZusammenarbeit(GIZ)GmbH 注册办事处 波恩和埃斯伯恩 达格-哈马舍尔德-韦格1 -565760EschbornT496 19679-0F49619679- 1115 Einfo@giz.deIwww.gi z.de 编辑: GIZ可持续工业区工作组 作者: HannesUtikalBerndEbertMichaelNauruschat教授 设计/布局等： 钻石媒体，德国，www.diamond-media-pr.de 照片信用/来源： shutterstock.com URL链➓: 责任在于外部链➓网站的各自出版方。GIZ对此内容不承担任何责任。 技术的适用性和公园管理的作用 GIZ负责本出版物的内容。Eschborn,2019 4 5 内容 1引言6 2工业4.0和可持续工业生产。 2.1底层技术和实际应用..82.2应用案例。..92.3工业4.0和可持续性。..10. 3工业和新兴国家的工业4.0。 工业4.0的国别挑战。 4可持续工业领域和工业4.0的使用。 4.1分析的工业园区的特点.................................................................................................................. .................................17 4.2数字化水平.................................................................................................................................... ...................................................18 4.3可持续工业区的管理..................................................................................................................... ...............18 4.4物流19 4.5能源供应....................................................................................................................................... ....................................................................20 4.6废物管理....................................................................................................................................... .......................................................21 4.7污染预防和环境管理系统21 新兴和4.发8观展察中到国的家数字的化5水条平道的原路因。分析................................................................................................... 5...1....确...保...2获2取最新的工业4.0知识。2 5 5.2定义特定场地的工业4.0路线图。................................................................................................... ..................................26 5.3投资技能提升。.............................................................................................................................. ...................................27 5.4创建创新生态系统。...................................................................................................................... 6结论。 ........................................28 5.5支持工业4.0创业活动。................................................................................................................. 附件A....-...德....国.....的....访....谈.....合作.29伙伴。 附件B-概述研究访问和事件。附件C-工业4.0就绪性指标.34 附件D-工业4.0就绪性指标。。。。。。 6 工业4.0与可持续工业生产 7 1介绍 第四次工业革命，通常称为工业4.0，描绘了未来生产的一种愿景。物理世界和虚拟世界深度互联，最近的技术进步（例如人工智能、物联网）被充分利用以优化经济价值创造。由于技术的发展，预计将发生深刻的、革命性的变化。这种变化很可能会在所有社会分析的层面发生：全球经济活动的分配将受到影响（宏观层面），工业价值链将重新洗牌（中观层面），公司的组织结构、个体任务以及在高度数字化工作环境中工人的必要技能都将受到质疑 （微观层面）。 在这种指定下，现代信息技术（ICT）将数字化连➓所有价值创造活动（包括和跨越价值链），从而实现对这些过程的全天候监控和优化。现代ICT还可以用于低成本控制生产过程。生产过程可能变得自我组织化和更加自主（“低成本的个性化大批量产品”）。最后，可用数据可以驱动新服务和创新商业模式的创造 （“数据是新的石油”）。因此，当前的价值创造方式受到了严重挑战。 第四次工业革命的概念不仅涵盖了物理和数字领域的全面连➓，还涉及将现代ICT集成到价值创造系统中的过程（通往第四次工业革命的道路）。始终强调，第四次工业革命不应仅从技术与经济维度进行讨论，还应关注其对环境和社会的影响。决策者、管理者和研究人员在做出决定时，总是会考虑到这些决策对其所设计的社会责任和环保意识的第四次工业革命的影响。如果资源（如材料、能源和水）得到更合理的利用，工业生产对环境的负面影响可以减少；如果工作条件越来越符合社会标准和人类需求，那么第四次工业革命就可以成为向更加可持续发展迈进的一步。 向特定地区迈进工业4.0的道路取决于多种因素，例如现有的制造业基础和基础设施、相关的制度框架 、国家的创新能力以及劳动力的质量。 第四次工业革命引起了工业化从业者和研究人员的广泛关注 国家（如德国、美国和日本）。关于这一概念在发展中国家和新兴国家的应用研究较少。因此，本研究的目标是回答以下问题： a.新兴和发展中国家有哪些相关的工业4.0技术和应用？ b.实现工业4.0技术与应用在发展中国家和新兴国家的前提条件及其在可持续性方面的潜力是什么 ？ c.工业公园管理在识别出的工业4.0技术及应用中扮演什么角色？ d.如何在发展中国家和新兴国家支持工业4.0技术与应用的部署？ 为了回答这些问题，进行了关于工业4.0技术与应用的桌面研究。基于此，开发了一份专家访谈问卷，并进行了12次专家访谈，参与访谈的企业包括工业4.0技术生产商以及对在发展中和新兴国家投资工业4.0应用感兴趣的国际公司。 分析工作业已完成。德国法兰克福奥达姆霍赫斯特的工业公园作为一个基准案例，被分析以评估其在工业4.0和可持续性方面的表现。中国、印度和埃及的实地考察也是分析的一部分。此外，本研究还纳入了两次关于工业4.0及相关技术与应用的工作坊成果以及一次关于智能和数字自动化展览的内容（详见附件A 、附件B）。 第二部分概述了工业4.0的理论背景，描述了相关技术和应用，并评估了它们的可持续潜力。第三部分从国家特定的角度出发：描述了德国作为工业化国家的挑战，以及印度、中国和埃及作为发展中国家和新兴经济体的示例。第四部分总结了在分析的工业区域（IA）中实施工业4.0的情况。特别关注园区管理在IA中作为第四次工业革命潜在催化剂的作用。第五部分展望了工业4.0在发展中国家和新兴经济体中的潜在路径，并强调了支持这些国家部署工业4.0的机会。第六部分总结了关键发现。 在以下内容中，简要描述了推动第四次工业革命的技术发展，并突出展示了这些技术的相关应用，同时建立了与可持续发展不同方面的联系。 2.1基础技术 和实际应用 三个相互关联的技术发展对第四次工业革命负责1: 1.首先是互联网的发展。由于互联网技术的进步和晶体管尺寸的减小，现在可以通过互联网将价值链中的所有元素相互连➓起来（横向连➓—— 机器与客户之间）。物联网). 2.第二个发展是机器的技术更新。机器被称为网络物理系统，其特点是现代计算机技术和这些机器通过互联网连➓。 3.第三个发展是现代信息和通信技术的增加 数据分析能力.大量结构化和非结构化数据（“大数据”)可以实时进行分析。这使得优化复杂的价值链活动以及预测未来发展趋势成为可能。对这些数据的分析无需单独执行。 物理上位于特定机器的位置，但可以通过互联网传输到“云”。 这三种技术的发展（物联网；cyber-物理系统；数据分析）的结合能够革命性地改变现有的制造模式 。生产系统变得更加灵活、更具适应性，并且由于数据的大量分析，变得更加智能化。2. 这些技术发展的应用形式多样。在实践导向的文献中 ，数字孪生、预测性维护和增强现实应用受到最高关注。3A数字孪生这是一个元素（如机器、工厂 、产品或价值链）的虚拟模型，允许对该元素的性能进行建模、监控和预测。4使用数字孪生可能有助于构建低成本原型并在短时间内进行修改。在创新过程中，成本可能会降低，开发时间也可能缩短。 一个现代数据分析能力的例子在于现代算法能够检测机器运行中的模式。如果能够更好地理解机器的运行 机制，就可以在此基础上做出更加明智的使用决策。一个应用领域被称为预测性维护它利用测量和生产数据衍生出维护信息，并旨在采取主动方式保持机械设备的良好状态，以避免长时间停机。在最佳情况下 ，可以在实际发生故障之前预测到该干扰。5 另一种工业4.0技术应用的例子是增强现实（AR）。在这种应用中，物理现实被当前虚拟空间中的信息“增强”。佩戴AR眼镜的工人可以通过互联网➓收指令 ，例如在仓库中选择零件或➓收维修指导。6增强现实设备因此可能支持本地决策，从而提高产品质量和加快流程速度。7 2.2应用案例 描述的技术可用于优化经济活动的所有环节。为了characterize应用领域，实践导向的文献区分了不同的应用场景。8;9 Manufacturing ––柔性生产 为了制造产品，许多公司和生产步骤都参与其中 。数字化网络改善了公司之间的沟通，并支持生产步骤的协调以及机器负荷的规划。 ––可转换工厂 未来生产线可以模块化构建，并快速组装以适应不同的任务。这将提高生产力和效率；同时可以根据需求进行个性