工業4.0的浪潮即將來臨，新興的技術將滲透到工業的各個方面。這將形成一個靈活度高，具有個性化、智能化的生產模式。工業要實現向智能方向的轉型，就離不開信息通信技術的支撐。

　　工業4.0即是ICT和CPS的結合

　　“工業4.0”最終需要實現的目標是制造業向智能化的方向轉型;“智能”思想是“工業4.0”的核心。“工業4.0”主要可以分為兩大部分，第一部分是“智能工廠”，重點研究智能化生產系統及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現。第二部分是“智能生產”，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。

　　工業4.0對于移動通信來說不是一個陌生的字眼，它與“兩化融合”息息相關。在4G的發展乃至下一代移動通信5G的研究中，移動通信領域已經接觸到類似的概念;而對工業4.0的實踐反過來有助于移動通信自身的創新和發展。

　　德國學術界和產業界對“工業4.0”概念的一個比較統一的闡釋是繼機械化、電氣化和信息技術之后，以智能制造為主導的第四次工業革命。主要是指通過信息通信技術(ICT)和信息物理系統(CPS)的結合，將制造業向智能化轉型，實現集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變，最終建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務生產模式。

　　ICT技術，即為信息通信技術。最近幾年，ICT技術飛速發展，各種新的概念、技術不斷涌現，已經應用到各個領域、行業中，并發揮著巨大的作用。信息物理系統(CPS)包括智能機器、儲存系統和生產設施，各個部分能夠相互獨立地自動交換信息、觸發動作和控制。而物聯網、服務網以及數據網是“工業4.0”的基礎。

　　多個ICT技術耦合工業4.0

　　在推動工業4.0的發展進程中，CPS面臨了各種問題，其中與信息通信技術相關的主要可以歸納為如下幾個問題：1.異構異質融合問題，2.海量性問題，3.實時性問題。針對這些方面的問題，有一些相關的ICT技術可以對它們進行解決或改善。

　　異構網絡融合(異構異質融合問題)

　　在工業環境中實現設備與設備間的相互通信，網絡的異構異質是需要首先考慮到的問題。異構性是指要求不同類型的無線技術(如Internet，WSN等)可以進行互聯互通，并且保證服務質量。異質性是指要求不同公司生產的、不同功能的硬件不兼容的設備在沒有彼此差異的情況下進行互聯互通。由于整個工業環境是由很多具有通信、計算、精確決策控制設備組成的智能網絡，可知整個通信網絡也具有高度的復雜性。

　　CPS在不同的服務領域需要得到不同的通信模式支持，這需要ICT提供相應的不同制式的通信模式，實現大范圍嵌入式設備之間的互聯以及向虛擬世界互聯。通過網絡間的融合與協同，對異構網絡分離的、局部的優勢能力與資源進行有序整合，最終實現無處不在、無所不能的一種智能網絡。在異構的網絡中，每一個通信節點都具備自路由的功能，形成一個自組織、自管理、自修復、自我平衡的智能網絡。各個設備因為異構異質的融合可以相互之間進行良好的通信交流，在不同的網絡共存的情況下，還可以整合與優化資源配置，利用性能更好的網絡進行通信，實現更高效的資源利用。

　　大數據、云計算等服務的提供(海量性問題)

　　在工業4.0的大環境下，工業企業的信息化水平越來越高，信息數據量也越來越多，各種設備儀器產生的海量數據對信息處理的要求也提高了。現在新興的大數據、云計算這類ICT技術剛好可以解決數據海量性的問題。

　　大數據技術的戰略意義不在于掌握龐大的數據信息，其重點在于對數據的“加工能力”，對大量的數據進行專業化的處理，是之能轉化成有用的信息。在工業環境中建立一個大數據的平臺，這樣能提高工廠對不同設備收集的海量信息進行及時的處理，增加信息系統的計算能力和數據消化能力，對工業4.0的發展是很有作用的。而且大數據最能迎合工業4.0需求的地方不僅僅是它的“大”，更關鍵的是在于它的數據的整合分析和利用。這也很好的突出了工業4.0智能化的方向。

　　云計算是一種商業計算模型，它將計算任務分布在大量計算機構成的資源池上，使各種應用系統能夠根據需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務。我們可以像使用水電資源一樣使用云計算提供的計算和存儲資源，解決了在數據中心存儲空間不能滿足工業環境的需要的問題。

　　短距離低時延技術(實時性問題)

　　由于移動設備的接入會造成設備狀態隨機變化，所以需要對物理設備進行實時動態重組，這對計算過程的時間確定性和并行性要求很高，對網絡實時性要求也非常高。目前有如下一些方法可以滿足這些需求：

　　采用多跳轉發方式進行通信，并結合先應式路由協議來降低路由請求的延遲。其優勢有：即時通信、容易部署、節省能量或帶寬資源、自組織能力與容錯性強、具有自愈能力、組網成本低等。

　　在新的空口設計Soft Defined Air Interface (SDAI)方面進行積極創新，其核心是能夠面向業務和內容，自適應地調整或重組幀結構、雙工模式、多址方案、波形和調制編碼等流程模塊，以達到性能和資源配置的多重最優化。該方面目前也是5G的研究重點和熱點。

　　還可以部署專用于短距離通信的傳輸技術，比較有代表性的是ZigBee。作為一種新興的短距離、低速率無線通信網絡技術，該技術主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間的數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。

　　通過ICT技術中的無線網絡部署及通信方式創新、新型空口協議設計以及低成本低功率實時通信技術，可實現工業4.0對短距離低時延的需求。

　　移動通信網絡承載工業4.0

　　工業4.0將引入大量具有互通信能力的物理組件，需要通過承載網絡實現跨領域和跨地區的智能制造，同時還對安全可靠性具有較高的要求。而移動通信網絡因其具有覆蓋范圍廣、基礎設施豐富、可靠度高的優勢，有可能成為工業4.0的主要承載網絡之一。此外，工業4.0對多種異構網絡融合的需要，也與下一代移動通信網絡的發展思路相吻合。

　　創新的ICT技術是工業4.0穩步發展的基石。在其“助力”下，智能制造即使需要在廣大區域里面解決各種紛雜的需求也不再是不可解決的難題。

　　世界各國爭相發展科技融合，企圖占據未來工業制高點。德國、美國、日本等國家先后在先進制造和先進工作上布局，而中國在工業4.0的浪潮中想抓住機遇，離不開信息通信技術的支撐。通過融合信息通信技術，未來社會的工業智能化一定能變為現實。

　　（作者系北京郵電大學教授、網絡與交換技術國家重點實驗室主任張平 北京郵電大學副教授、博士張治）

　　相關資料

　　工業4.0(Industry 4.0)首次提出是在2011年的漢諾威工博會上。在德國政府推出的《高技術戰略2020》中，工業4.0被列為十大未來項目之一。2014年10月，李克強總理訪德期間，中德雙方共同發表了《中德合作行動綱要：攻速創新》，宣布兩國將開展“工業4.0”合作。

　　美國也越來越重視工業發展。2009年年初，為在國際競爭中贏得主動權，美國開始調整經濟發展戰略，同年12月公布《重振美國制造業框架》，2011年6月和2012年2月相繼啟動《先進制造業伙伴計劃》和《先進制造業國家戰略計劃》，實施“再工業化”。

　　日本政府則極端重視高端制造業的發展，大規模編制技術戰略圖。首先，日本于2009年3月出臺了信息技術發展計劃，以促進IT技術在醫療、行政等領域的應用;其次，政府加大了開發企業3D打印機等尖端技術的財政投入。2014年，經濟產業省繼續把3D打印機列為優先政策扶持對象，計劃當年投資45億日元。

　　可以看出，如今各國政府都十分重視工業發展。工業革命4.0，簡單說即是利用信息通信技術，將更為龐大的機器群連接起來，讓機器之間自相控制，自行優化，智能生產，大大減少從事重復勞動和經驗工作的人力數量，使生產質量和效率提升到一個新階段。