1.3智慧城市：崛起在第四次工業(yè)革命的大幕之下

在2013年的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，由“產(chǎn)官學(xué)”組成的德國“工業(yè)4.0工作組”發(fā)表了“德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施建議”，其中提到：在一個(gè)“智能、網(wǎng)絡(luò)化的世界”里，物聯(lián)網(wǎng)(the Internet of Things)和服務(wù)網(wǎng)(the Internetof Services)將滲透到所有的關(guān)鍵領(lǐng)域。智能電網(wǎng)將與能源供應(yīng)領(lǐng)域、可持續(xù)移動(dòng)通信戰(zhàn)略領(lǐng)域（智能移動(dòng)、智能物流），以及醫(yī)療智能健康領(lǐng)域融合。在整個(gè)制造領(lǐng)域中，信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化將貫穿整個(gè)產(chǎn)品生命周期、端到端工程、橫向集成（協(xié)調(diào)各部門間的關(guān)系），制造領(lǐng)域?qū)⒊蔀楣I(yè)化第四階段的引領(lǐng)者。

在德國信息技術(shù)、通信、新媒體協(xié)會(huì)工業(yè)4.0部部長(zhǎng)多爾斯特(WolfgangDorst)看來，工業(yè)4.0是一個(gè)愿景，或是一盞指路明燈，代表的是第四次工業(yè)革命，是產(chǎn)品生命周期中整個(gè)組織、管理的飛躍?！斑@樣的生命周期以不斷增加個(gè)體消費(fèi)需求為導(dǎo)向。它橫跨產(chǎn)品最初的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、發(fā)展、配送，再到最后的回收，并包括所有相關(guān)的服務(wù)?！?這一項(xiàng)目分為以下三大主題。一是“智能工廠”，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)。

二是“智能生產(chǎn)，主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。

三是“智能物流”，主要通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和物流網(wǎng)，整合物流資源，充分提高現(xiàn)有物流資源供應(yīng)方的效率，且讓需求方能夠快速獲得服務(wù)匹配，得到物流支持。

從第一次工業(yè)革命到現(xiàn)在，人類一直追求的是投入更少的成本，產(chǎn)出更多的產(chǎn)品。未來，這一原則依舊不會(huì)改變。

1.3.1工業(yè)領(lǐng)域?qū)l(fā)生根本性變革

在第四次工業(yè)革命到來前，數(shù)字化工廠強(qiáng)調(diào)的首先是生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)字化和大量使用各種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)：CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))、CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)、CM(計(jì)算機(jī)集成制造)、PPS(生產(chǎn)計(jì)劃控制系統(tǒng))、PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、DMU(數(shù)字試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、PLM(產(chǎn)品生命周期管理)等，這些輔助技術(shù)較多的是基于一個(gè)相對(duì)固定、自上而下的生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)。

而工業(yè)4.0是從嵌入式系統(tǒng)向信息物理系統(tǒng)(CPS)發(fā)展的技術(shù)進(jìn)化。第四次工業(yè)革命的目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式；強(qiáng)調(diào)分散，降低集中控制度，增加生產(chǎn)設(shè)備的自主控制，把分散的、自主的、智能化的制造設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)的形式緊密地聯(lián)系在一起。物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)將滲透到工業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，形成高度靈活、個(gè)性化、智能化的生產(chǎn)模式，推動(dòng)生產(chǎn)方式向大規(guī)模定制、服務(wù)型制造、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變。

工業(yè)4.0下的生產(chǎn)過程將實(shí)現(xiàn)以下兩點(diǎn)。

首先，基于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)量龐大的機(jī)器和嵌入式系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全面無縫的連接，達(dá)到機(jī)器向控制中心反饋，或者機(jī)器對(duì)機(jī)器(M2M)交換數(shù)據(jù)的目的。這樣一來，機(jī)器（亦可稱為機(jī)器人）之間就可以直接傳達(dá)命令甚至通過多級(jí)別命令來自相控制；曾經(jīng)的中間媒介一人，就可以脫離接收一臺(tái)機(jī)器信息、分析決策，然后為下一臺(tái)機(jī)器進(jìn)行相關(guān)操作的勞動(dòng)環(huán)節(jié)，人的工作將更多地以遠(yuǎn)程化、分散化監(jiān)控的形式存在。

然后，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)將以經(jīng)驗(yàn)的形式存儲(chǔ)于中樞系統(tǒng)(Cyber)中，而云端則擁有更多同類設(shè)備的歷史記錄。通過大數(shù)據(jù)分析，中樞系統(tǒng)可以建立設(shè)備裝置的經(jīng)驗(yàn)運(yùn)行模型，從而完成過程模擬以及更為高級(jí)的設(shè)備行為預(yù)測(cè)。相較于一般意義上的問題實(shí)時(shí)通報(bào)，中樞系統(tǒng)還可以做到根據(jù)細(xì)微變化自行完成設(shè)備的健康監(jiān)測(cè)，包括對(duì)于老化、零件磨蝕等維護(hù)和經(jīng)驗(yàn)問題的預(yù)判。中樞系統(tǒng)還可以向人類或向其自身進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

可以預(yù)見，工業(yè)4.0時(shí)代下的生產(chǎn)過程，將實(shí)現(xiàn)極大的自由度與靈活性，通過在各個(gè)環(huán)節(jié)植入用戶參與界面，新的生產(chǎn)體系能夠針對(duì)不同客戶及產(chǎn)品進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)、采購、生產(chǎn)計(jì)劃、加工以及物流配送，極端情況下，新的生產(chǎn)體系還可以進(jìn)行個(gè)性化的單件制造，并且保證單件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、配送等環(huán)節(jié)都能夠?qū)崿F(xiàn)盈利。在這一過程中，客戶由部分參與轉(zhuǎn)變?yōu)槿虆⑴c，他們不僅會(huì)出現(xiàn)在生產(chǎn)流程的兩端，還將廣泛、實(shí)時(shí)地參與到生產(chǎn)和價(jià)值創(chuàng)造的全過程。

在工業(yè)4.0時(shí)代，過去以廉價(jià)勞動(dòng)力、大規(guī)模資本投入等傳統(tǒng)要素為驅(qū)動(dòng)的發(fā)展模式將難以為繼，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)在制造業(yè)的集成應(yīng)用，將帶來產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同、開放、創(chuàng)新，帶來客戶的參與式創(chuàng)新，帶來制造業(yè)技術(shù)、產(chǎn)品、工藝、服務(wù)的全方位創(chuàng)新，同時(shí)這些新技術(shù)的應(yīng)用也將不斷催生和孕育出其他新技術(shù)、新業(yè)態(tài)和新模式。

不同環(huán)節(jié)的企業(yè)間將可以很方便地進(jìn)行信息共享，在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展和動(dòng)態(tài)調(diào)整合作對(duì)象，整合企業(yè)間的優(yōu)勢(shì)資源，在研發(fā)、制造、物流等各產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)全球分散化生產(chǎn)。這也促進(jìn)了傳統(tǒng)企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)之間的相互融合一互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)將有更多機(jī)會(huì)參與到制造業(yè)當(dāng)中，而傳統(tǒng)的制造企業(yè)則向跨界融合轉(zhuǎn)變。企業(yè)生產(chǎn)從以傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造為核心轉(zhuǎn)向提供具有豐富內(nèi)涵的產(chǎn)品和服務(wù)，直至為顧客提供整體解決方案，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)與制造企業(yè)、生產(chǎn)企業(yè)與服務(wù)企業(yè)之間的邊界日益模糊。

1.3.2社會(huì)生活將出現(xiàn)巨大變化

以往的工業(yè)革命都發(fā)生在資本集中的領(lǐng)戰(zhàn)，如工廠、鐵路、電話網(wǎng)象科技史牌士趙洋預(yù)言，第四次工業(yè)革命“可能使曾經(jīng)集中的技術(shù)權(quán)力分散到每個(gè)人、每個(gè)家庭中”。

1.3.3工業(yè)4.0構(gòu)筑智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)

在前面的章節(jié)中我們已經(jīng)看到，伴隨第三次科技革命的持續(xù)擴(kuò)散和傳播，“智慧地球”的概念己經(jīng)被提出。但“智慧城市”的真正建設(shè)和實(shí)現(xiàn)，將真正依賴于第四次工業(yè)革命中的成果。

在第四次工業(yè)革命中，以工業(yè)4.0（物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)）為代表的智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展，將加快城市的網(wǎng)絡(luò)化和信息化。通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息資源網(wǎng)絡(luò)形成的信息高速公路構(gòu)成了城市的大型信息平臺(tái)和城市信息化的硬件。建設(shè)信息高速公路以及城市內(nèi)部各個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信、電視、電話等系統(tǒng)集合起來，加強(qiáng)城市與全國及全世界的全面交流，促進(jìn)城市生產(chǎn)、流通、管理、服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)的一體化和資源共享，提高城市中每個(gè)單元（包括個(gè)人、家庭、單位）的電話、電視、計(jì)算機(jī)擁有量及入網(wǎng)率，在為人們的生活提供更大的便捷的同時(shí)，也將信息打造成為最重要的資源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)。

智能技術(shù)的發(fā)展將促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的輕型化和高新技術(shù)化，使城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特征和產(chǎn)業(yè)的形成、發(fā)展方式發(fā)生重大變化。伴隨電子信息、生物工程技術(shù)、新材料、海洋工程、航天技術(shù)和機(jī)電一體化等高科技產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，服務(wù)業(yè)將成為城市的主體產(chǎn)業(yè)。智能技術(shù)還通過對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)和農(nóng)業(yè)等進(jìn)行產(chǎn)業(yè)改造，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式由過去的以消耗自然資源和勞動(dòng)力為主轉(zhuǎn)移到依靠技術(shù)進(jìn)步，城市作為知識(shí)產(chǎn)品的研究開發(fā)中心、生產(chǎn)中心、流動(dòng)中心和消費(fèi)中心的地位和作用將進(jìn)一步增強(qiáng)。

同時(shí)，智能技術(shù)還將不斷推進(jìn)市民的智慧化和高智力化。智能技術(shù)的普遍使用和快速發(fā)展促進(jìn)城市中專門從事科研開發(fā)和管理的科學(xué)家、工程師及其他技術(shù)人員、高級(jí)管理人員的比重不斷增加；同時(shí)，也將促進(jìn)研究開發(fā)項(xiàng)目數(shù)量、成果發(fā)表數(shù)量、申請(qǐng)專利數(shù)量等科研成果的數(shù)量指標(biāo)和規(guī)模不斷提高，城市將成為新的思想、經(jīng)營理念及各種創(chuàng)意的形成中心和發(fā)現(xiàn)中心，成為各種發(fā)明創(chuàng)造的集散中心。

智能技術(shù)的發(fā)展，可以為城市的經(jīng)營決策提供科學(xué)的依據(jù)。以互聯(lián)網(wǎng)為平臺(tái)，以計(jì)算機(jī)硬件、信息分析和決策支持及功能實(shí)現(xiàn)為目的的軟件構(gòu)成的智能網(wǎng)絡(luò)，將政府及各類組織的決策活動(dòng)納入科學(xué)化、規(guī)范化、民主化的過程之中，智囊團(tuán)、思想庫、參謀部等策劃咨詢機(jī)成為智力體系中的重要團(tuán)體。借助電子信息技術(shù)、管理手段和方式，各種主體的利益可以方便地被協(xié)調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)不同思想理念、科學(xué)方法的高度綜合，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市交通、供排水、電力等的智能管理與控制，提高對(duì)城市資源的監(jiān)測(cè)與可持續(xù)利用水平，加強(qiáng)城市應(yīng)急反應(yīng)和對(duì)災(zāi)難的預(yù)防治理，減少管理成本。

豐富的傳感設(shè)備與技術(shù)構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)，可以對(duì)城市運(yùn)行的核心系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量、監(jiān)控和分析，隨時(shí)隨地進(jìn)行全面感測(cè)。數(shù)據(jù)整合為城市核心系統(tǒng)的運(yùn)行提供智慧的基礎(chǔ)設(shè)施?；谥腔鄣幕A(chǔ)設(shè)施，城市里的各個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)和參與者能夠進(jìn)行和諧高效的協(xié)作，使城市運(yùn)行達(dá)到最佳狀態(tài)。