2015年9月，我有幸参加了“2棉花糖直播在线观看:实验室创新与(yu)2发(fa)展峰会论(lun)坛(tan)”，并提出(chu)了“R&D 4.0”的概念。我(wo)试图总结我(wo)们(men)之前与(yu)许多实验室建(jian)筑商、设计师和用(yong)户的讨(tao)论(lun)，并结合我(wo)们(men)公司在(zai)R&D智能的探索，讨(tao)论(lun)2实验室未来的方(fang)向。幸运的是，它最终得到了许多与(yu)会专家和用(yong)户的认可，并获(huo)得了“2015年(nian)中国建(jian)筑行业最佳(jia)贡(gong)献奖实验室”。本文还希望更详细地阐(chan)述，以便与(yu)业内专家进一(yi)(yi)步讨(tao)论(lun)这(zhei)一(yi)(yi)主(zhu)题。

在(zai)2008年IBM提出“智能星球(qiu)”的(de)概念后，德国政府在(zai)2013年4月汉诺威工(gong)业(ye)博览会上(shang)正式提出了(le)“工(gong)业(ye)4.0”的(de)概念，从而获得了(le)德国工(gong)程院、众多科研机构、学(xue)会、学(xue)术界(jie)和工(gong)业(ye)界(jie)的(de)建(jian)议和推广，并上(shang)升到(dao)德国的(de)国家级战略。

不同于美(mei)国(guo)(guo)(guo)的(de)(de)观(guan)念，德国(guo)(guo)(guo)将第一次工(gong)业革命分为(wei)两个阶段。1784年(nian)第一台织(zhi)机的(de)(de)使(shi)用代表了第一次机械工(gong)业革命的(de)(de)开(kai)始。1870年(nian)美(mei)国(guo)(guo)(guo)大规(gui)模生产(chan)用电是第二次工(gong)业革命的(de)(de)开(kai)始。与此同时，德国(guo)(guo)(guo)人(ren)将第三(san)次工(gong)业革命定义为(wei)自动化技术在(zai)工(gong)业系统(tong)中的(de)(de)大规(gui)模应用。其标志性事件是自1969年(nian)以来可编程逻辑(ji)控制器的(de)(de)应用和推广。

尽管(guan)(guan)美国和(he)(he)德国对几场(chang)(chang)工(gong)业革命的(de)定义略有(you)不(bu)同，但美国和(he)(he)德国一(yi)(yi)致(zhi)认为第(di)四(si)场(chang)(chang)工(gong)业革命——德国提出的(de)工(gong)业4.0时代(dai)——已经到(dao)来(lai)。共同的(de)理(li)(li)解(jie)是，即使(shi)有(you)一(yi)(yi)些(xie)偏差，核(he)心仍(reng)然(ran)是通(tong)过云技术和(he)(he)通(tong)信技术连接设备、数(shu)据(ju)分析和(he)(he)来(lai)自外(wai)部用户的(de)外(wai)部数(shu)据(ju)，实现机器和(he)(he)自身自主(zhu)管(guan)(guan)理(li)(li)之间(jian)的(de)对话，从(cong)而将人类从(cong)纯粹(cui)的(de)生产和(he)(he)制(zhi)造管(guan)(guan)理(li)(li)中解(jie)放出来(lai)。

如果工业4.0更(geng)(geng)关心通(tong)过(guo)智(zhi)能(neng)(neng)技术手段提(ti)高效率，它可以减少对人(ren)类的依赖，更(geng)(geng)好地(di)生产降(jiang)低(di)。所(suo)以很明显(xian)，更(geng)(geng)迫切需要的是研(yan)发(fa)(fa)(fa)领域(yu)。特别(bie)是对于实验室房(fang)间内(nei)有危(wei)险化(hua)(hua)学(xue)品、病(bing)毒和放射性物质(zhi)的情况，如何通(tong)过(guo)更(geng)(geng)加智(zhi)能(neng)(neng)化(hua)(hua)的方(fang)法(fa)在确保(bao)安全(quan)的同时创造更(geng)(geng)加舒适、节(jie)能(neng)(neng)、灵活(huo)、高效的研(yan)发(fa)(fa)(fa)环境(jing)，甚至(zhi)最终实现(xian)“无人(ren)研(yan)发(fa)(fa)(fa)”是发(fa)(fa)(fa)展(zhan)“研(yan)发(fa)(fa)(fa)4.0”的方(fang)向。

毫无疑(yi)问，“R&D 4.0”也(ye)将基(ji)于设备互(hu)联(IOT)、数(shu)据(ju)分析和智能硬件(如机器人)发(fa)(fa)展的深(shen)入开发(fa)(fa)。“无人研(yan)(yan)发(fa)(fa)”的基(ji)础(chu)将包(bao)括(kuo)“研(yan)(yan)发(fa)(fa)设施数(shu)字化”、“研(yan)(yan)发(fa)(fa)过程数(shu)字化”和“外部(bu)资源数(shu)字化”。

研发设施数字化

R&D设(she)(she)施(shi)(shi)的(de)(de)数字(zi)化，作为“智能(neng)建筑”的(de)(de)延伸，将更加(jia)关注R&D设(she)(she)施(shi)(shi)的(de)(de)特殊性。包括潜在(zai)的(de)(de)危险化学品、病毒、放射性物质等。这可能(neng)存在(zai)于内部(bu)，以及对(dui)设(she)(she)施(shi)(shi)本身的(de)(de)功能(neng)要求，包括如(ru)何使设(she)(she)施(shi)(shi)能(neng)够灵(ling)活应对(dui)研发(fa)对(dui)象和内容的(de)(de)不(bu)确(que)定(ding)性和可变(bian)性。最重要的(de)(de)是安全。

1,“环(huan)境”是安全(quan)的。室内环(huan)境安全(quan)和(he)三(san)废(fei)处理，确保外部环(huan)境安全(quan)。

2，“人(ren)员”是安全的。保证人(ren)员进入研发(fa)设施的全过(guo)程。

3。“危(wei)险物质”的安全(quan)性。潜在危(wei)险物质的安装、储(chu)存、运(yun)输和(he)处置(zhi)是安全(quan)的。

为了确保设施的安(an)(an)全(quan)，我们应该从实验设施建设的源头开始(shi)，并(bing)考虑(lv)到(dao)所(suo)有(you)环节的安(an)(an)全(quan)。“安(an)(an)全(quan)评估(gu)”应被视为项目(mu)规划(hua)、方案设计、招标控制、施工管理、验收、使(shi)用(yong)培训和维护等各个方面的独立线索。正常情况(kuang)下(xia)，在项目(mu)规划(hua)阶(jie)段(duan)，应根据使(shi)用(yong)要求列出未来设施的所(suo)有(you)潜在安(an)(an)全(quan)点(dian)(dian)，并(bing)对所(suo)有(you)安(an)(an)全(quan)点(dian)(dian)进行有(you)针(zhen)对性的评估(gu)。我们很难(nan)想(xiang)象在初始(shi)阶(jie)段(duan)考虑(lv)不充分的情况(kuang)下(xia)，如何提高操作过(guo)程(cheng)的安(an)(an)全(quan)性

所(suo)有(you)智能的(de)核心来自数据。“R&D设施数字化”必将(jiang)成(cheng)为未来不(bu)断(duan)提及(ji)的(de)一个概念。在数字化的(de)基础上，我们可以有(you)机会(hui)进行(xing)更多的(de)分析和(he)(he)管理，从而通过更好地(di)使用和(he)(he)维护设施，为R&D在R&D的(de)活动(dong)和(he)(he)人员提供更安全、更舒(shu)适(shi)和(he)(he)更节能的(de)环境。

但目前的(de)(de)(de)情况是(shi)，缺(que)乏从源头上(shang)为(wei)实(shi)验室(shi)用(yong)户提供(gong)专业(ye)、全(quan)(quan)面(mian)(mian)、详细的(de)(de)(de)设(she)计和(he)咨询方(fang)案的(de)(de)(de)能(neng)力，施(shi)(shi)工(gong)过程(cheng)(cheng)往(wang)往(wang)缺(que)乏深化(hua)能(neng)力。在(zai)外(wai)围设(she)施(shi)(shi)方(fang)面(mian)(mian)，由于缺(que)乏设(she)施(shi)(shi)管理系统(tong)，人工(gong)维护效率(lv)低(di)，与业(ye)主主要业(ye)务线(xian)的(de)(de)(de)关(guan)联度低(di)。在(zai)设(she)施(shi)(shi)方(fang)面(mian)(mian)，它更多的(de)(de)(de)是(shi)基于传(chuan)统(tong)的(de)(de)(de)房(fang)舍管理处(chu)系统(tong)，并与办公室(shi)混合，效率(lv)低(di)，对实(shi)验室(shi)生产力的(de)(de)(de)提升(sheng)有(you)限。国内除少数用(yong)户外(wai)，大(da)多数用(yong)户没(mei)有(you)注意(yi)职业(ye)健康、环境友好和(he)实(shi)验过程(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)安全(quan)(quan)。如何真正关(guan)注设(she)施(shi)(shi)建设(she)和(he)使用(yong)的(de)(de)(de)全(quan)(quan)过程(cheng)(cheng)，最终将设(she)施(shi)(shi)与实(shi)验业(ye)务的(de)(de)(de)主线(xian)连接起来，并将其作为(wei)实(shi)验资(zi)源和(he)条件(jian)，无疑将是(shi)对未来“实(shi)验设(she)施(shi)(shi)数字化(hua)”进程(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)一大(da)挑战和(he)考验。国内发展中

研发流程数字化

对应于研发样品的管理，仪器，过程数据和结果。在这方面，国外许多大型研发企业和软件公司都提供了不断改进的产品和方案。相关系统，如LIMS(实验室 信息管理系统)，ELN(电子实验室笔记本)，SDMS(科学数据 管理系统)，以及各种类型的数据分析和效率提升工具，旨在通过图解和可视化分析来更好地管理数据和趋势之间的潜在连接。

同(tong)样(yang)，我们看到越(yue)来越(yue)多的(de)(de)(de)工业智能(neng)方法和理(li)论(lun)，如分布式控(kong)制(zhi)系(xi)统和产(chan)品数(shu)据管(guan)理(li) 管(guan)理(li))、产(chan)品寿命 管(guan)理(li))理(li)论(lun)和技(ji)(ji)术在R&D过程改(gai)造(zao)中不断(duan)尝试应用。随着云技(ji)(ji)术和发(fa)展的(de)(de)(de)不断(duan)崛起，越(yue)来越(yue)多的(de)(de)(de)国内外(wai)国公司(si)通过SaaS(软件(jian)即服务(wu))提供上述相关软件(jian)系(xi)统的(de)(de)(de)服务(wu)，导致降低(di)的(de)(de)(de)持续使用和维护成本。

R&D过(guo)程(cheng)的(de)(de)数字化比设(she)施环境本(ben)(ben)身(shen)(shen)更复杂。首先(xian)，因(yin)为产品设(she)计和供应商基本(ben)(ben)上完全依(yi)赖外国(guo)(guo)公司，理(li)解(jie)和调(diao)整国(guo)(guo)内(nei)的(de)(de)使用(yong)本(ben)(ben)身(shen)(shen)就是一个(ge)巨(ju)大的(de)(de)挑(tiao)战。其(qi)次，国(guo)(guo)内(nei)的(de)(de)许(xu)多用(yong)户在实(shi)施过(guo)程(cheng)中由于他们(men)自己的(de)(de)研发(fa)、检测过(guo)程(cheng)的(de)(de)管理(li)、办公自动化、研发(fa)管理(li)过(guo)程(cheng)本(ben)(ben)身(shen)(shen)以及社会化和数据(ju)管理(li)等孤立(li)孤岛现象(xiang)的(de)(de)处理(li)，由于管理(li)人员(yuan)的(de)(de)经验和缺乏(fa)实(shi)践指导而存(cun)在许(xu)多问题。然而，国(guo)(guo)内(nei)的(de)(de)仪器接口往往标准(zhun)不(bu)同，数据(ju)采集效(xiao)率低，仪器设(she)备的(de)(de)运行、调(diao)试、操(cao)作和维护效(xiao)率低下，这又往往影响系统的(de)(de)整体(ti)实(shi)现效(xiao)果。

外部资源数字化

随(sui)着(zhe)信息技术和移动互联网的(de)(de)快速发(fa)展，发(fa)展使得利用全(quan)球(qiu)智(zhi)慧进行(xing)研发(fa)过程优化(hua)(hua)和评(ping)估(gu)研发(fa)方(fang)向成(cheng)为(wei)可(ke)能(neng)，这(zhei)必(bi)将成(cheng)为(wei)“R&D 4.0”更重要和突破性的(de)(de)一部分。在(zai)可(ke)预见的(de)(de)未来，云(yun)数据服(fu)务、技术搜索(suo)、化(hua)(hua)学结构(gou)搜索(suo)、材料搜索(suo)甚至智(zhi)能(neng)搜索(suo)将使更多的(de)(de)智(zhi)能(neng)科学家能(neng)够跨(kua)越时空(kong)障碍，参与研发(fa)。只有这(zhei)样，我们才能(neng)继续站在(zai)巨人的(de)(de)肩(jian)膀上，更好地(di)利用现有资源，极大地(di)促进技术进步和人类文明进步。

在这篇文章即将完成的(de)(de)时候，人(ren)(ren)类(lei)最(zui)顶尖的(de)(de)围(wei)棋手已经输给(ji)了(le)阿尔法(fa)戈。人(ren)(ren)们开始对未来感到好(hao)奇。事实上，我(wo)们生活在这样一个时代。人(ren)(ren)工智(zhi)能已经改(gai)变了(le)我(wo)们生活的(de)(de)方方面面。研(yan)(yan)(yan)发(fa)(fa)也是如此(ci)。也许用(yong)不了(le)多久，研(yan)(yan)(yan)究和开发(fa)(fa)工作，特别是涉及危(wei)险货(huo)物(wu)的(de)(de)研(yan)(yan)(yan)究和开发(fa)(fa)工作，将由(you)人(ren)(ren)工智(zhi)能在远离人(ren)(ren)群的(de)(de)地方和空旷的(de)(de)设施(shi)中(zhong)独立(li)完成。