以綠色、智能為主題的2012年德國(guó)的漢諾威博覽會(huì)展示了工業(yè)4.0的概念工藝, 讓在場(chǎng)的人大開(kāi)眼界，成為第四次工業(yè)革命開(kāi)端的歷史標(biāo)志;雖然這次展會(huì)有上千家中國(guó)企業(yè)參展，但是中國(guó)企業(yè)的智能化程度遠(yuǎn)不及德國(guó)企業(yè)，只是單純的展示機(jī)械零配件，相對(duì)德國(guó)企業(yè)高度智能化的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)顯得差距很大；德國(guó)企業(yè)則主要展示了機(jī)器人、機(jī)械臂、3D打印、VR、AR技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域的應(yīng)用, 以及把工業(yè)制造小型化、分散化的理念。

工業(yè)4.0概念包括兩方面的意思：一方面表示制造業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了第四個(gè)發(fā)展階段，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將實(shí)體世界與信息系統(tǒng)相結(jié)合，使得企業(yè)未來(lái)將機(jī)械設(shè)備、庫(kù)存系統(tǒng)以及物資融合在一起，而系統(tǒng)、設(shè)備、物資之間可以自主交換信息、開(kāi)展行動(dòng)、相互監(jiān)控；另一方面，4.0這樣的版本稱呼更明確的表明了本次革命不限于傳統(tǒng)意義上的機(jī)械以及設(shè)備制造變革，而是由信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)的新型變革；
 

在工業(yè)4.0的概念中， 所有參與制造的設(shè)備都可以相互交換數(shù)據(jù)， 而且能實(shí)現(xiàn)跨越多條價(jià)值鏈的橫向集成，橫向集成是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生產(chǎn)制造領(lǐng)域的深入應(yīng)用，同時(shí)也是社會(huì)生產(chǎn)力大大提升的階段；
 

一切要從產(chǎn)品部件的大規(guī)模生產(chǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄖ苹a(chǎn)開(kāi)始。在生產(chǎn)之前，這些產(chǎn)品的使用目的就已確定，并且在生產(chǎn)之前，包括部件所需的全部信息，就已經(jīng)存在于“虛擬現(xiàn)實(shí)”中，所有其他相關(guān)的部件也要在虛擬環(huán)境中規(guī)劃，這些部件也有自己的名稱和地址，具體的身份信息，因此這些部件知道什么時(shí)候，哪條生產(chǎn)線，或哪個(gè)工藝過(guò)程需要它們。

通過(guò)這些方式，這些部件得以協(xié)商確定各自在數(shù)字化工廠中的位置，然后經(jīng)過(guò)數(shù)公里的距離到達(dá)目的地，到達(dá)加工中心后，工件會(huì)被識(shí)別出來(lái)，生產(chǎn)設(shè)備實(shí)時(shí)調(diào)用所需要的全部加工信息，加工完成后，通過(guò)光學(xué)設(shè)備，或其他測(cè)量設(shè)備對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，可在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并剔除不合格的產(chǎn)品，如果及其需要補(bǔ)給或保養(yǎng)，則會(huì)在缺料或故障之前發(fā)出故障請(qǐng)求，系統(tǒng)會(huì)記錄庫(kù)存數(shù)量，并對(duì)庫(kù)存及時(shí)更新，加工過(guò)程中，產(chǎn)品的所有的相關(guān)數(shù)據(jù)，都存在自己的數(shù)字化產(chǎn)品記憶庫(kù)中，這樣可以***的追蹤生產(chǎn)的每個(gè)步驟，機(jī)器設(shè)備和工件之間可以直接交流，從而自主決定后續(xù)的生產(chǎn)步驟，組成一個(gè)分布式、高效、靈活的系統(tǒng)。

信息物理融合系統(tǒng)，正是實(shí)現(xiàn)這一切的關(guān)鍵技術(shù)。但即使是高度自動(dòng)化的生產(chǎn)，人類的創(chuàng)造力、經(jīng)驗(yàn)、以及評(píng)估、判斷實(shí)際狀況的能力任然不可替代。自動(dòng)化和人工緊密結(jié)合，在質(zhì)量控制方面，員工可以使用“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”技術(shù)，來(lái)判定產(chǎn)品是否已達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而判定是否可以將產(chǎn)品發(fā)給客戶?！?/span>
 

在工廠真正智能化之前，必須要解決幾個(gè)重要問(wèn)題，其中包括標(biāo)準(zhǔn)化和信息安全方面的問(wèn)題，工業(yè)4.0 將為此提供巨大的機(jī)遇?！　拇笠?guī)?？椭苹a(chǎn)，到個(gè)人定制化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，需要信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能機(jī)械的支持，智能機(jī)械則需要馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)器、控制器、編碼器、傳感器、視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)等支持。

 

此外，現(xiàn)代3D、4D可視化技術(shù)不斷進(jìn)步，此項(xiàng)技術(shù)幫助人們看見(jiàn)原本無(wú)形的現(xiàn)象，并及早對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)新的產(chǎn)品特性和功能；虛擬工程的投入使用讓人們可以切實(shí)、直接的體驗(yàn)?zāi)切┪磥?lái)的、實(shí)際尚不存在的物體。

 

20世紀(jì)80年代的“視窗、指針、菜單”模式依然支配著我們的日常生活。由此產(chǎn)生了虛擬工程的核心問(wèn)題：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展在何種程度上能夠作為人類與機(jī)器之間自然直觀合作形式的基礎(chǔ)，為人機(jī)交互的變化做出貢獻(xiàn)？要弄清這個(gè)問(wèn)題，***個(gè)就是要研究人類在何種程度上可以將他的直覺(jué)與天性運(yùn)用到和機(jī)器的互動(dòng)中。這里所指的是人的整體行為，比如身體姿態(tài)、手勢(shì)、語(yǔ)言。
 

由此我們可以看出，虛擬工程的目標(biāo)是借助虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)來(lái)模擬人類的多樣的輸入和輸出途徑，以求完美的互動(dòng)。這樣人們就無(wú)需再學(xué)習(xí)如何操作系統(tǒng)，而是系統(tǒng)反過(guò)來(lái)學(xué)習(xí)如何服務(wù)人類。這就是當(dāng)代人類向“有能力的人”轉(zhuǎn)變所面臨的比較大挑戰(zhàn)之一。它由計(jì)算機(jī)交互模擬組成，模擬器追蹤參與者的位置和動(dòng)作，并且用一個(gè)或者多個(gè)人類的感官來(lái)替代或者延伸他們的反饋，從而使得參與者感覺(jué)自己精神上沉浸或者置身于模擬環(huán)境中。

 

除了一些又經(jīng)濟(jì)實(shí)力的部門，如汽車和航空航天工業(yè)之外，虛擬現(xiàn)實(shí)在工業(yè)上還無(wú)法得到推廣。近年來(lái)游戲產(chǎn)業(yè)的一項(xiàng)重大模式轉(zhuǎn)變?cè)诠こ虒W(xué)領(lǐng)域也同樣受到了重視。但作為經(jīng)典人機(jī)界面的計(jì)算機(jī)桌面環(huán)境將會(huì)慢慢退出歷史舞臺(tái)，取而代之的是以用戶為中心的新型系統(tǒng)；人們不再操作系統(tǒng)，而是直接改變可視化內(nèi)容，這些系統(tǒng)界面必須具有相當(dāng)高的沉浸度才能使得用戶有置身虛擬世界的感覺(jué)；娛樂(lè)行業(yè)的3D電視、頭戴顯示器、游戲主機(jī)可以通過(guò)手勢(shì)操控達(dá)到這一要求，這些技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于他們能更快的將信息傳遞給用戶，用戶通過(guò)感官能更好的融入界面中，從而縮短信息處理時(shí)間，加速互動(dòng)并做出更好的判斷，信息、網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)畫、聲音、物理等實(shí)時(shí)仿真也可被納入虛擬場(chǎng)景中。

邁向工業(yè)4.0之路是循序漸進(jìn)、不管嚴(yán)禁的：許多基礎(chǔ)技術(shù)仍然需要進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)存的制造業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施需要適應(yīng)工業(yè)4.0時(shí)代的要求，建立有效的信息物理系統(tǒng)模型也需要新工具、新技術(shù)、新方法的大力支持。但只要與信息技術(shù)全面整合、具備先進(jìn)分析和預(yù)測(cè)能力的工業(yè)4.0 得以成功運(yùn)用和實(shí)施，企業(yè)的全球競(jìng)爭(zhēng)力將得以提高，本土制造業(yè)將得以恢復(fù)，全新的市場(chǎng)將得以開(kāi)創(chuàng)。