張 曙
(同濟(jì)大學(xué) 現(xiàn)代制造技術(shù)研究所,上海 200092)
中國(guó)制造企業(yè)如何邁向工業(yè)4.0
張 曙
(同濟(jì)大學(xué) 現(xiàn)代制造技術(shù)研究所,上海 200092)
首先指出目前工業(yè)4.0處于理念和戰(zhàn)略思考階段,還不是現(xiàn)實(shí)。工業(yè)4.0的內(nèi)涵可分為兩方面:第一方面是智能化、綠色化和人性化,第二方面是分散網(wǎng)絡(luò)化和信息物理的深度融合。然后從中國(guó)國(guó)情出發(fā),提出了中國(guó)企業(yè)的應(yīng)對(duì)策略:充分利用已經(jīng)具有的信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施,采取從上而下的方式一步步地推進(jìn),并以沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)的舉措為例加以說(shuō)明。
工業(yè)4.0;制造戰(zhàn)略;轉(zhuǎn)型升級(jí)
處于謀劃“十三五”規(guī)劃的前夕,面對(duì)工業(yè)4.0的美麗誘惑,中國(guó)企業(yè)千萬(wàn)不能忽視國(guó)情,囫圇吞棗,一擁而上,而應(yīng)該把握好自己的節(jié)奏,結(jié)合具體情況,做好切合實(shí)際的戰(zhàn)略規(guī)劃,迎接挑戰(zhàn)。整體來(lái)看,我國(guó)制造業(yè)正經(jīng)歷著從工業(yè)1.0到工業(yè)2.0和從工業(yè)2.0到工業(yè)3.0同時(shí)躍遷的進(jìn)程中。當(dāng)發(fā)達(dá)國(guó)家提出并開(kāi)始向工業(yè)4.0推進(jìn)的時(shí)候,中國(guó)制造業(yè)的上述進(jìn)程將面臨巨大的挑戰(zhàn),轉(zhuǎn)型升級(jí)途在何方?本文從戰(zhàn)略高度和全球視角分別加以論述,并輔以沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)的舉措進(jìn)一步說(shuō)明,希望對(duì)國(guó)內(nèi)制造企業(yè)在制定規(guī)劃時(shí)有所啟迪和參考。
德國(guó)的工業(yè)4.0被國(guó)內(nèi)外媒體炒得熱火朝天,數(shù)字化工廠的高調(diào)沸沸揚(yáng)揚(yáng)。制造業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型已成為我國(guó)亟待解決的問(wèn)題,由德國(guó)提出的工業(yè)4.0讓我們看到了發(fā)達(dá)國(guó)家解決這個(gè)問(wèn)題的戰(zhàn)略思想。我們要清楚地認(rèn)識(shí)到,工業(yè)4.0目前仍然是理念、愿景和發(fā)展戰(zhàn)略,還不是現(xiàn)實(shí)。2013年在德國(guó)漢諾威展覽會(huì)上展示的“Smart Factory”僅僅是生產(chǎn)皂液的智能工廠模型, 在現(xiàn)實(shí)工廠中仍然處于試驗(yàn)階段,該模型驗(yàn)證的主要是生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和智能化,未能表述工業(yè)4.0的全部理念[1]。
新理念的過(guò)分炒作,往往導(dǎo)致非理性的盲目追趕和無(wú)效投入。20世紀(jì)80年代對(duì)CIMS的大范圍推廣,就是一場(chǎng)深刻的教訓(xùn)。數(shù)百億元、甚至上千億元的投入,建立的示范實(shí)驗(yàn)室和示范工廠以及引進(jìn)的柔性制造系統(tǒng),盡管獲得諸多國(guó)際和國(guó)家重大獎(jiǎng)項(xiàng),但對(duì)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展究竟帶來(lái)了多大實(shí)際效益?徒有虛名。相比之下,聲勢(shì)小得多的、以“甩圖板”為目標(biāo)的CAD推廣,卻極大地推動(dòng)了我國(guó)工業(yè)的進(jìn)步。前車(chē)之鑒,成功與失敗,值得令人深思再三。
保持清醒的頭腦,并非視而不見(jiàn)、聽(tīng)而不聞,而是要立足當(dāng)前、認(rèn)真思考。我國(guó)目前還處在工業(yè)2.0及工業(yè)3.0階段,要盡快地趕上發(fā)達(dá)國(guó)家,關(guān)鍵在于必須盡快完成工業(yè)2.0、工業(yè)3.0的進(jìn)程和基本目標(biāo)。
工業(yè)2.0的最大特征是借助自動(dòng)化降低成本、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。要想Made in China的產(chǎn)品與 Made in Germany 同樣受人歡迎,我們還需要下很大功夫,特別是致力于產(chǎn)品創(chuàng)新和大力提高產(chǎn)品質(zhì)量,低質(zhì)量和“山寨”是與工業(yè)4.0格格不入的。
工業(yè)3.0的最大特征是計(jì)算機(jī)在各行各業(yè)、各種產(chǎn)品上的廣泛應(yīng)用。盡管我們現(xiàn)在已經(jīng)從一機(jī)多用戶(hù)過(guò)渡到一人多機(jī)。但在核心技術(shù)上仍然處在摸索、模仿和依賴(lài)階段,關(guān)鍵元器件和軟件沒(méi)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),離開(kāi)Intel、微軟、蘋(píng)果、IBM、Cisco寸步難行;高檔數(shù)控機(jī)床的大腦仍然是西門(mén)子和發(fā)那科的天下。
如果說(shuō)德國(guó)提出工業(yè)4.0是大踏步向前走,那我們應(yīng)該立即回頭看如何趕緊補(bǔ)上工業(yè)2.0和工業(yè)3.0的課,可以快,但無(wú)法逾越,欲速則不達(dá)[2]。
那么是否暫時(shí)把工業(yè)4.0放在腦后呢?不是,而是立足當(dāng)前國(guó)情積極探索中國(guó)式工業(yè)4.0的發(fā)展道路。
工業(yè)2.0憑借流水線大量生產(chǎn)方式大幅度提高了生產(chǎn)效率,但同時(shí)造成了環(huán)境污染和資源浪費(fèi),面對(duì)氣候變化和資源枯竭,難以為繼。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用大幅度提高了信息處理和傳遞的速度,使機(jī)器變得越來(lái)越聰明,工廠管理日益數(shù)字化。
即將到來(lái)的工業(yè)4.0第一個(gè)內(nèi)涵就是智能化、綠色化和人性化,每個(gè)人或每個(gè)客戶(hù)的需求是不一樣的,個(gè)性化或定制化的產(chǎn)品不可能大批量生產(chǎn)。工業(yè)4.0必須解決的第一個(gè)問(wèn)題是,單件小批量生產(chǎn)要能夠達(dá)到大批量生產(chǎn)同樣的效率和成本,構(gòu)建能生產(chǎn)精密、高質(zhì)量、個(gè)性化智能產(chǎn)品的智能工廠。綠色化包括產(chǎn)品全生命周期,無(wú)論產(chǎn)品的制造、使用和廢棄過(guò)程對(duì)環(huán)境的污染小、碳排放低,可回收再用和循環(huán),從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。由于環(huán)境友好,綠色化生產(chǎn)是在花園式工廠中進(jìn)行的,可以建在城市里、靠近工作人員的家,減少上下班交通的時(shí)間浪費(fèi)和能源消耗,大大改善了生產(chǎn)與環(huán)境和人的關(guān)系,如圖1所示。
圖1 智能化、綠色化和人性化的工廠
工業(yè)4.0的第二個(gè)內(nèi)涵是分散網(wǎng)絡(luò)化和信息物理的深度融合。工業(yè)2.0對(duì)整個(gè)社會(huì)發(fā)展的影響可以用“集中”和“大”來(lái)描繪:在大都市里把成千上萬(wàn)人按照規(guī)定時(shí)間集中起來(lái)運(yùn)作的大工廠、大學(xué)校、大辦公樓…。“集中”和“大”造成了巨大的時(shí)間和物質(zhì)資源的浪費(fèi),給人們帶來(lái)許多無(wú)謂的體力和精力的消耗,甚至精神上的壓力,休閑、接近自然成為一種奢侈。
工業(yè)4.0是互聯(lián)網(wǎng)(包括物聯(lián)網(wǎng))驅(qū)動(dòng)的制造。信息和物理系統(tǒng)的深度融合,借助移動(dòng)終端和無(wú)線通信,虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界能夠無(wú)障礙溝通,使設(shè)備和人在空間和時(shí)間上可以分離,機(jī)器與機(jī)器相互之間可以通訊,處于不同地點(diǎn)的生產(chǎn)設(shè)施可以集成??梢栽O(shè)想,在統(tǒng)一的生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)指揮調(diào)度下實(shí)行柔性工作制、由若干相對(duì)獨(dú)立的CPS制造島組成的分散網(wǎng)絡(luò)化制造必將成為一種高效率、省資源、宜人化的先進(jìn)生產(chǎn)模式,如圖2所示。
圖2 信息物理融合的分散網(wǎng)絡(luò)化制造
我國(guó)制造業(yè)當(dāng)前面臨資源環(huán)境惡化和勞動(dòng)力成本急劇上升的壓力,成本優(yōu)勢(shì)日益喪失,必然要求加速邁向工業(yè)4.0描繪的數(shù)字化工廠和智能化制造的步伐,以擺脫困境。事實(shí)上,我國(guó)信息通信技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)相當(dāng)完善,阿里巴巴和淘寶的成功令全世界刮目相看。但是在傳統(tǒng)制造企業(yè),信息化與工業(yè)化尚未很好融合,與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等信息和通信技術(shù)恍如隔世,形成巨大的時(shí)代反差。
怎么辦?我們應(yīng)該在工業(yè)化的同時(shí),采取從上向下的策略,從關(guān)鍵細(xì)處著手,采取切實(shí)可行的措施,一點(diǎn)一滴地逐步邁向工業(yè)4.0,即向互聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的制造模式轉(zhuǎn)型升級(jí),如圖3所示[4]。
圖3 邁向工業(yè)4.0的從上而下的中國(guó)式道路
從圖3中可見(jiàn),第一步應(yīng)該是充分借助網(wǎng)站進(jìn)行產(chǎn)品的營(yíng)銷(xiāo),營(yíng)銷(xiāo)與銷(xiāo)售有本質(zhì)區(qū)別,銷(xiāo)售是推銷(xiāo)(賣(mài))產(chǎn)品,追求銷(xiāo)售業(yè)績(jī)最大化;營(yíng)銷(xiāo)是幫助客戶(hù)挑選(買(mǎi))產(chǎn)品,目標(biāo)是客戶(hù)利益最大化。優(yōu)秀的網(wǎng)站不僅是能夠被搜索到,而是被人們關(guān)注、經(jīng)常訪問(wèn)、下載和收藏,不是自夸產(chǎn)品如何好,而是引導(dǎo)客戶(hù)如何識(shí)別產(chǎn)品的優(yōu)劣,挑選最合適的產(chǎn)品。
例如,山特維克可樂(lè)滿(mǎn)公司的網(wǎng)站(www.sandvik.coromant.com),訪問(wèn)者不僅能夠方便地找到所需的刀具產(chǎn)品,而且可以下載所有產(chǎn)品的圖紙和三維模型,獲取有關(guān)加工和使用刀具的知識(shí),下載各種技術(shù)文獻(xiàn)、公司期刊和產(chǎn)品視頻。這樣的網(wǎng)站不是簡(jiǎn)單的C2C,或者B2B的關(guān)系,還同時(shí)起到推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的作用,發(fā)揮在線營(yíng)銷(xiāo)網(wǎng)站和移動(dòng)終端的優(yōu)勢(shì)。該網(wǎng)站的“技術(shù)應(yīng)用”(原文是Knowledge)網(wǎng)頁(yè)如圖4所示[5]。從圖中可見(jiàn),從該網(wǎng)頁(yè)點(diǎn)擊“應(yīng)用中心”或“效率中心”,可進(jìn)一步獲取刀具應(yīng)用知識(shí)和提高加工效率的方法,超越簡(jiǎn)單的商務(wù)活動(dòng),輔以知識(shí)和技術(shù)訣竅的傳播,培育了無(wú)數(shù)“粉絲”和潛在客戶(hù)。
圖4 山特維克可樂(lè)滿(mǎn)的“技術(shù)應(yīng)用(Knowledge)”網(wǎng)頁(yè)
互聯(lián)網(wǎng)沒(méi)有國(guó)界,網(wǎng)站為企業(yè)打開(kāi)了全球市場(chǎng),面向國(guó)內(nèi)外所有的客戶(hù)和消費(fèi)者,拉近了生產(chǎn)者和消費(fèi)者的距離。因此,建立一個(gè)內(nèi)容豐富的網(wǎng)站是中國(guó)企業(yè)邁向工業(yè)4.0的第一個(gè)臺(tái)階,是當(dāng)前力所能及的第一個(gè)舉措。
第二步是把產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和服務(wù)從離線逐步轉(zhuǎn)向在線,在產(chǎn)品全生命周期加強(qiáng)生產(chǎn)者和使用者的聯(lián)系。當(dāng)前用三維CAD設(shè)計(jì)產(chǎn)品已經(jīng)不是問(wèn)題,但借助網(wǎng)絡(luò)異地進(jìn)行產(chǎn)品合作開(kāi)發(fā)和性能優(yōu)化對(duì)大多數(shù)企業(yè)而言是尚未涉及的領(lǐng)域。產(chǎn)品個(gè)性化要求產(chǎn)品既能符合特定用戶(hù)的需求,又能適應(yīng)企業(yè)的生產(chǎn)條件;在產(chǎn)業(yè)鏈中,整機(jī)與零部件企業(yè)的三維模型交換對(duì)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)一次成功也將起到很大的作用。提到產(chǎn)品服務(wù),我們首先想到的是產(chǎn)品壞了如何修理。制造企業(yè)承諾的是保證產(chǎn)品能夠工作和使用,至于產(chǎn)品的使用效果那是用戶(hù)的事,與制造企業(yè)無(wú)關(guān)。從更高的境界思考,借助互聯(lián)網(wǎng)與用戶(hù)保持聯(lián)系,教會(huì)用戶(hù)如何用好產(chǎn)品,幫助用戶(hù)發(fā)揮產(chǎn)品的最佳性能和效率,把服務(wù)概念從“物質(zhì)”擴(kuò)展到“知識(shí)”,使客戶(hù)能夠從購(gòu)買(mǎi)你的產(chǎn)品比購(gòu)買(mǎi)別家產(chǎn)品獲得更大的好處,你就是最后的贏家。在線產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和服務(wù),如果想做,是可以邁過(guò)的第二個(gè)臺(tái)階。
第三步,也是最關(guān)鍵和相對(duì)更難的,傳統(tǒng)制造企業(yè)的數(shù)字化改造,轉(zhuǎn)型升級(jí),構(gòu)建數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、自動(dòng)化和綠色化的“五化”工廠,大幅度提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。環(huán)境友好。西門(mén)子公司安貝格(Alberg)電子設(shè)備制造廠(EWA)和成都生產(chǎn)及研發(fā)基地?cái)?shù)字化工廠(SEWC)是典型的成功案例。德國(guó)安貝格工廠月產(chǎn)可編程控制器100萬(wàn)臺(tái),平均1s生產(chǎn)1臺(tái),合格率為99.999%,西門(mén)子稱(chēng)之為工業(yè)3.x[6]。成都生產(chǎn)及研發(fā)基地?cái)?shù)字化工廠是2013年西門(mén)子公司按照安貝格工廠為樣板在中國(guó)建成的新工廠,其生產(chǎn)車(chē)間場(chǎng)景如圖5所示[7]。
圖5 西門(mén)子成都生產(chǎn)及研發(fā)基地?cái)?shù)字化工廠生產(chǎn)車(chē)間
沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)是我國(guó)機(jī)床行業(yè)的龍頭企業(yè),全球產(chǎn)值排名第一,有2萬(wàn)名員工,2011年生產(chǎn)機(jī)床9 600臺(tái),其中數(shù)控機(jī)床3 100臺(tái)。面對(duì)工業(yè)4.0和轉(zhuǎn)型升級(jí)的挑戰(zhàn),沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)從全球視角出發(fā),立足于本企業(yè)的現(xiàn)狀,制定了中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略[4],如圖6所示。
首先作為大型企業(yè),未來(lái)的市場(chǎng)在哪里?潛在的客戶(hù)有哪些特點(diǎn)?經(jīng)過(guò)調(diào)查研究分析認(rèn)為:未來(lái)的機(jī)床市場(chǎng)是在有59億人口的發(fā)展中國(guó)家,他們正處于工業(yè)化的進(jìn)程中,需要大量質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的裝備,那里才是沈陽(yáng)機(jī)床產(chǎn)品具有優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)力的“藍(lán)?!?。產(chǎn)品的特點(diǎn)應(yīng)該是:簡(jiǎn)單、易維護(hù)、適用、可靠和與時(shí)俱進(jìn)。這5個(gè)詞的英文第一個(gè)字母為SMART,意即“智能、聰明”。
開(kāi)發(fā)這樣的產(chǎn)品從哪里突破?沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)投入巨大的人力物力研制出我國(guó)第一臺(tái)由機(jī)床制造商自主開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)i5。i5是智能化機(jī)床、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、工業(yè)化和集成化管理5個(gè)英文單詞的第一個(gè)字母,它從誕生起就包含了網(wǎng)絡(luò)和智能化的基因。
i5數(shù)控系統(tǒng)采用了基于PC的開(kāi)放式平臺(tái),高速數(shù)字化總線將伺服系統(tǒng)、I/O節(jié)點(diǎn)、傳感器和執(zhí)行器連接在一起。采用了基于特征的編程技術(shù)、圖形化的界面和精簡(jiǎn)的操作流程,具有“易操作、易上手”的特點(diǎn)。零件程序驗(yàn)證、加工仿真技術(shù)和加工任務(wù)管理保障了加工程序正確的執(zhí)行。高精度的插補(bǔ)、高效的速度優(yōu)化和高精度誤差補(bǔ)償技術(shù)確保了加工質(zhì)量。圖形化的故障輔助診斷模塊,幫助維修人員快速定位故障源[8]。
更為突出的特點(diǎn)是i5和基于云制造概念的i平臺(tái)的全面對(duì)接,使數(shù)控系統(tǒng)不僅是一臺(tái)機(jī)床的控制器,更能夠成為工廠信息化網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。i平臺(tái)是沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)為全面轉(zhuǎn)型為服務(wù)型制造企業(yè)而研發(fā)的信息化平臺(tái),而i5數(shù)控系統(tǒng)就是這個(gè)平臺(tái)的智能化節(jié)點(diǎn),依托i5數(shù)控系統(tǒng)提供的豐富接口,能實(shí)現(xiàn)異地工廠車(chē)間和設(shè)備之間的雙向數(shù)據(jù)交互,可為用戶(hù)提供不同層次和規(guī)模的應(yīng)用,如圖7所示。
圖7 沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)邁向工業(yè)4.0的道路
第二個(gè)突破口是從機(jī)床制造向工業(yè)服務(wù)的轉(zhuǎn)型,成立了優(yōu)尼斯工業(yè)服務(wù)公司,提高機(jī)床工業(yè)一站式解決方案,為客戶(hù)解決了機(jī)床使用的后顧之憂(yōu)。
沈陽(yáng)機(jī)床的“i5”和向制造服務(wù)的戰(zhàn)略思考完全契合正在制定中的《中國(guó)制造2025》規(guī)劃的方向,是對(duì)未來(lái)智能網(wǎng)絡(luò)化制造和向制造服務(wù)業(yè)轉(zhuǎn)型實(shí)踐的探索,對(duì)我國(guó)制造業(yè)如何邁向工業(yè)4.0時(shí)代有所啟迪,提供了如何借鑒德國(guó)經(jīng)驗(yàn)為我所用的途徑。
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ThediscussionaboutChinesemanufacturingenterprisestoindustry4.0
ZHANG Shu
(Tongji University, Shanghai, 200092, China)
It points out that the current industrial 4.0 is at the stage theory and strategic thinking, not reality. The connotation of industrial 4.0 can be divided into two aspects: the first part is intelligent, greening and humanization, the second aspect is the depth of the dispersed network and information fusion. Proceeding from China's national conditions, it proposes the Chinese enterprise coping strategies for making full use of already information technology infrastructure, presents the way step by step forward, also illustrates some of the measures based on the example of Shenyang machine tool group.
industry 4.0; manufacturing strategy; transformation and upgrading
10.3969/j.issn.2095-509X.2014.12.001
2014-11-15
張曙(1932—),男,江蘇如皋人,同濟(jì)大學(xué)教授,主要研究方向?yàn)槠髽I(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、先進(jìn)制造技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新。
TP29
A
2095-509X(2014)12-0001-05