1.3智慧城市：崛起在第四次工業革命的大幕之下

在2013年的漢諾威工業博覽會上，由“産官學”組成的德國“工業4.0工作組”發表了“德國工業4.0戰略計劃實施建議”，其中提到：在一個“智能、網絡化的世界”裡，物聯網(the Internet of Things)和服務網(the Internetof Services)将滲透到所有的關鍵領域。智能電網将與能源供應領域、可持續移動通信戰略領域（智能移動、智能物流），以及醫療智能健康領域融合。在整個制造領域中，信息化、自動化、數字化将貫穿整個産品生命周期、端到端工程、橫向集成（協調各部門間的關系），制造領域将成為工業化第四階段的引領者。

在德國信息技術、通信、新媒體協會工業4.0部部長多爾斯特(WolfgangDorst)看來，工業4.0是一個願景，或是一盞指路明燈，代表的是第四次工業革命，是産品生命周期中整個組織、管理的飛躍。“這樣的生命周期以不斷增加個體消費需求為導向。它橫跨産品最初的設計、生産、發展、配送，再到最後的回收，并包括所有相關的服務。”1這一項目分為以下三大主題。一是“智能工廠”，重點研究智能化生産系統及過程，以及網絡化分布式生産設施的實現。

二是“智能生産，主要涉及整個企業的生産物流管理、人機互動以及3D技術在工業生産過程中的應用等。

三是“智能物流”，主要通過互聯網、物聯網和物流網，整合物流資源，充分提高現有物流資源供應方的效率，且讓需求方能夠快速獲得服務匹配，得到物流支持。

從第一次工業革命到現在，人類一直追求的是投入更少的成本，産出更多的産品。未來，這一原則依舊不會改變。

1.3.1工業領域将發生根本性變革

在第四次工業革命到來前，數字化工廠強調的首先是生産計劃數字化和大量使用各種計算機輔助技術：CAD(計算機輔助設計)、CAM(計算機輔助制造)、CM(計算機集成制造)、PPS(生産計劃控制系統)、PDM(産品數據管理)、DMU(數字試驗模型)、PLM(産品生命周期管理)等，這些輔助技術較多的是基于一個相對固定、自上而下的生産集中控制系統。

而工業4.0是從嵌入式系統向信息物理系統(CPS)發展的技術進化。第四次工業革命的目标是建立一個高度靈活的個性化和數字化的産品與服務的生産模式；強調分散，降低集中控制度，增加生産設備的自主控制，把分散的、自主的、智能化的制造設備，通過網絡的形式緊密地聯系在一起。物聯網和服務網将滲透到工業的各個環節，形成高度靈活、個性化、智能化的生産模式，推動生産方式向大規模定制、服務型制造、創新驅動轉變。

工業4.0下的生産過程将實現以下兩點。

首先，基于物聯網的發展，數量龐大的機器和嵌入式系統可實現全面無縫的連接，達到機器向控制中心反饋，或者機器對機器(M2M)交換數據的目的。這樣一來，機器（亦可稱為機器人）之間就可以直接傳達命令甚至通過多級别命令來自相控制；曾經的中間媒介一人，就可以脫離接收一台機器信息、分析決策，然後為下一台機器進行相關操作的勞動環節，人的工作将更多地以遠程化、分散化監控的形式存在。

然後，設備運行狀态數據将以經驗的形式存儲于中樞系統(Cyber)中，而雲端則擁有更多同類設備的曆史記錄。通過大數據分析，中樞系統可以建立設備裝置的經驗運行模型，從而完成過程模拟以及更為高級的設備行為預測。相較于一般意義上的問題實時通報，中樞系統還可以做到根據細微變化自行完成設備的健康監測，包括對于老化、零件磨蝕等維護和經驗問題的預判。中樞系統還可以向人類或向其自身進行經驗學習。

可以預見，工業4.0時代下的生産過程，将實現極大的自由度與靈活性，通過在各個環節植入用戶參與界面，新的生産體系能夠針對不同客戶及産品進行不同的設計、采購、生産計劃、加工以及物流配送，極端情況下，新的生産體系還可以進行個性化的單件制造，并且保證單件産品的設計、制造、配送等環節都能夠實現盈利。在這一過程中，客戶由部分參與轉變為全程參與，他們不僅會出現在生産流程的兩端，還将廣泛、實時地參與到生産和價值創造的全過程。

在工業4.0時代，過去以廉價勞動力、大規模資本投入等傳統要素為驅動的發展模式将難以為繼，移動互聯網、雲計算、物聯網、大數據等新一代信息技術在制造業的集成應用，将帶來産業鍊的協同、開放、創新，帶來客戶的參與式創新，帶來制造業技術、産品、工藝、服務的全方位創新，同時這些新技術的應用也将不斷催生和孕育出其他新技術、新業态和新模式。

不同環節的企業間将可以很方便地進行信息共享，在全球範圍内迅速發展和動态調整合作對象，整合企業間的優勢資源，在研發、制造、物流等各産業鍊環節實現全球分散化生産。這也促進了傳統企業和互聯網企業之間的相互融合一互聯網企業将有更多機會參與到制造業當中，而傳統的制造企業則向跨界融合轉變。企業生産從以傳統的産品制造為核心轉向提供具有豐富内涵的産品和服務，直至為顧客提供整體解決方案，互聯網企業與制造企業、生産企業與服務企業之間的邊界日益模糊。

1.3.2社會生活将出現巨大變化

以往的工業革命都發生在資本集中的領戰，如工廠、鐵路、電話網象科技史牌士趙洋預言，第四次工業革命“可能使曾經集中的技術權力分散到每個人、每個家庭中”。

1.3.3工業4.0構築智慧城市建設的基礎

在前面的章節中我們已經看到，伴随第三次科技革命的持續擴散和傳播，“智慧地球”的概念己經被提出。但“智慧城市”的真正建設和實現，将真正依賴于第四次工業革命中的成果。

在第四次工業革命中，以工業4.0（物聯網、雲計算、大數據）為代表的智能技術的蓬勃發展，将加快城市的網絡化和信息化。通信網絡、計算機網絡和信息資源網絡形成的信息高速公路構成了城市的大型信息平台和城市信息化的硬件。建設信息高速公路以及城市内部各個系統的網絡，使計算機網絡、衛星通信、電視、電話等系統集合起來，加強城市與全國及全世界的全面交流，促進城市生産、流通、管理、服務等各個環節的一體化和資源共享，提高城市中每個單元（包括個人、家庭、單位）的電話、電視、計算機擁有量及入網率，在為人們的生活提供更大的便捷的同時，也将信息打造成為最重要的資源和經濟發展的重要産業。

智能技術的發展将促進産業的輕型化和高新技術化，使城市的産業結構特征和産業的形成、發展方式發生重大變化。伴随電子信息、生物工程技術、新材料、海洋工程、航天技術和機電一體化等高科技産業的不斷發展，服務業将成為城市的主體産業。智能技術還通過對傳統工業和農業等進行産業改造，推動經濟增長方式由過去的以消耗自然資源和勞動力為主轉移到依靠技術進步，城市作為知識産品的研究開發中心、生産中心、流動中心和消費中心的地位和作用将進一步增強。

同時，智能技術還将不斷推進市民的智慧化和高智力化。智能技術的普遍使用和快速發展促進城市中專門從事科研開發和管理的科學家、工程師及其他技術人員、高級管理人員的比重不斷增加；同時，也将促進研究開發項目數量、成果發表數量、申請專利數量等科研成果的數量指标和規模不斷提高，城市将成為新的思想、經營理念及各種創意的形成中心和發現中心，成為各種發明創造的集散中心。

智能技術的發展，可以為城市的經營決策提供科學的依據。以互聯網為平台，以計算機硬件、信息分析和決策支持及功能實現為目的的軟件構成的智能網絡，将政府及各類組織的決策活動納入科學化、規範化、民主化的過程之中，智囊團、思想庫、參謀部等策劃咨詢機成為智力體系中的重要團體。借助電子信息技術、管理手段和方式，各種主體的利益可以方便地被協調，從而實現不同思想理念、科學方法的高度綜合，實現對城市交通、供排水、電力等的智能管理與控制，提高對城市資源的監測與可持續利用水平，加強城市應急反應和對災難的預防治理，減少管理成本。

豐富的傳感設備與技術構成的物聯網，可以對城市運行的核心系統進行測量、監控和分析，随時随地進行全面感測。數據整合為城市核心系統的運行提供智慧的基礎設施。基于智慧的基礎設施，城市裡的各個關鍵系統和參與者能夠進行和諧高效的協作，使城市運行達到最佳狀态。

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