德國(guó)工業(yè)4.0與我國(guó)國(guó)防科技工業(yè)信息化建設(shè)

□ 宋大曉 龍 舟

德國(guó)工業(yè)4.0與我國(guó)國(guó)防科技工業(yè)信息化建設(shè)

□ 宋大曉 龍 舟

德國(guó)在歐洲乃至全球都具有強(qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)，不僅在機(jī)械和裝備制造業(yè)領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位，在工業(yè)自動(dòng)化、工業(yè)信息感知與處理、通信等領(lǐng)域也擁有較高技術(shù)水平。德國(guó)歷來(lái)重視制造業(yè)發(fā)展，制造業(yè)也是德國(guó)的支柱型產(chǎn)業(yè)，為何德國(guó)會(huì)產(chǎn)生如此危機(jī)感并著力推動(dòng)工業(yè)4.0戰(zhàn)略的發(fā)展？

全球金融危機(jī)爆發(fā)以來(lái)，德國(guó)很多專家意識(shí)到，金融危機(jī)的根源在于近十年來(lái)歐美經(jīng)濟(jì)的“去工業(yè)化”，導(dǎo)致了地產(chǎn)泡沫、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)空洞化等一系列問(wèn)題，新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)必須依靠實(shí)體創(chuàng)新而非金融創(chuàng)新。德國(guó)本身具有在先進(jìn)制造技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、復(fù)雜制造體系管理等方面的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，著力發(fā)展制造業(yè)順理成章。

同時(shí)，作為傳統(tǒng)制造強(qiáng)國(guó)的德國(guó)對(duì)美國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)逐漸減弱，以高質(zhì)量著稱的德國(guó)制造面臨低成本高質(zhì)量的美國(guó)制造的強(qiáng)力沖擊。對(duì)于投資者而言，美國(guó)是低成本制造的新全球標(biāo)準(zhǔn)，在勞動(dòng)力價(jià)格、能源價(jià)格、以及物流與運(yùn)輸成本都有著顯著的優(yōu)勢(shì)。另一方面，信息技術(shù)作為第四次產(chǎn)業(yè)革命的核心推動(dòng)因素，美國(guó)在這一領(lǐng)域具有無(wú)可撼動(dòng)的壟斷地位。對(duì)于德國(guó)而言，能不能在新一輪技術(shù)變革中搶占先機(jī)找到工業(yè)發(fā)展方向并引領(lǐng)全球工業(yè)發(fā)展，是德國(guó)制造業(yè)乃至整個(gè)大工業(yè)能否與美國(guó)展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)的決定因素。

除了來(lái)自發(fā)達(dá)國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)壓力，中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家依靠自身勞動(dòng)力和資源成本優(yōu)勢(shì)，占領(lǐng)了中低端甚至部分高端領(lǐng)域制造業(yè)市場(chǎng)，這進(jìn)一步限制了德國(guó)制造企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。與此同時(shí)，德國(guó)受到低出生率、高人力及資源成本等內(nèi)在因素的嚴(yán)重制約，在中低端制造領(lǐng)域缺乏天然競(jìng)爭(zhēng)力。

在此情況下，為適應(yīng)信息化時(shí)代去人工化、大規(guī)模定制生產(chǎn)、全球化資源配置等新發(fā)展趨勢(shì)，在未來(lái)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)制高點(diǎn)，工業(yè)4.0戰(zhàn)略被作為德國(guó)國(guó)家戰(zhàn)略提出。

德國(guó)工業(yè)4.0的三大重點(diǎn)

工業(yè)4.0的基礎(chǔ)是信息-物理融合系統(tǒng)（Cyber physical system，CPS）。CPS是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，采用3C（Computation、Communication、Control）技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，與物理環(huán)境進(jìn)行感知和交互。工業(yè)4.0利用CPS技術(shù)把產(chǎn)品、機(jī)器、資源和人有機(jī)結(jié)合在一起，通過(guò)虛擬和現(xiàn)實(shí)的互聯(lián)，建立以智能工廠和智能制造為主題的新的生產(chǎn)模式。它的核心在于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)化：一是生產(chǎn)制造從基于產(chǎn)品分析到基于數(shù)據(jù)分析的轉(zhuǎn)化，通過(guò)數(shù)據(jù)分析優(yōu)化生產(chǎn)決策過(guò)程，提高產(chǎn)品資源配置效率；二是從單純產(chǎn)品型產(chǎn)銷到基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)型產(chǎn)銷的轉(zhuǎn)化，滿足個(gè)性化生產(chǎn)需求，通過(guò)開(kāi)辟新服務(wù)提升產(chǎn)品的附加價(jià)值。

為實(shí)現(xiàn)從工業(yè)生產(chǎn)到工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)變，戰(zhàn)略實(shí)施建議（以下簡(jiǎn)稱“戰(zhàn)略”）敦促德國(guó)采用雙重策略：一方面，通過(guò)不斷整合信息和通訊技術(shù)將其融入傳統(tǒng)的高科技戰(zhàn)略使德國(guó)成為領(lǐng)先的智能制造技術(shù)供應(yīng)商，以保持其在全球市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)地位；另一方面，著力于創(chuàng)建并推廣CPS技術(shù)及產(chǎn)品的新興市場(chǎng)，服務(wù)于新時(shí)代制造業(yè)智能化需求，占領(lǐng)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的雙重制高點(diǎn)。

基于上述考慮，戰(zhàn)略提出了工業(yè)4.0三大部署重點(diǎn)，分別是：實(shí)現(xiàn)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的橫向整合，建立跨公司的價(jià)值鏈和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)，在CPS框架體系內(nèi)解決不同商業(yè)策略、商業(yè)模式、企業(yè)結(jié)構(gòu)下的跨企業(yè)協(xié)同；實(shí)現(xiàn)端到端跨越價(jià)值鏈的生產(chǎn)流程整合，建立跨越價(jià)值鏈的、從產(chǎn)品到生產(chǎn)制造的數(shù)字化流程，并部署能夠適應(yīng)和完成跨越企業(yè)、跨越流程的端到端數(shù)字化集成任務(wù)的IT系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)的縱向整合，建立靈活高效、可重構(gòu)的制造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，為保證縱向整合，需確保底層執(zhí)行器及傳感器與ERP系統(tǒng)的跨層次集成，并適當(dāng)采用模塊化、可重用策略確保制造網(wǎng)絡(luò)的自組織性以及可重構(gòu)性。

另外，針對(duì)工業(yè)4.0具體實(shí)施細(xì)節(jié)，戰(zhàn)略還提出了八個(gè)關(guān)鍵建設(shè)領(lǐng)域：

標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)。工業(yè)4.0將價(jià)值網(wǎng)絡(luò)中的不同公司進(jìn)行整合，這種企業(yè)間協(xié)同合作只有在統(tǒng)一的共同標(biāo)準(zhǔn)框架下才能有效部署實(shí)施，并通過(guò)參考框架為這一標(biāo)準(zhǔn)提供詳細(xì)的技術(shù)說(shuō)明，敦促實(shí)施。

復(fù)雜系統(tǒng)管理。日益復(fù)雜的產(chǎn)品和制造系統(tǒng)需要適當(dāng)?shù)囊?guī)劃以及解釋性的模型作為系統(tǒng)管理的基礎(chǔ)，工程師需具備開(kāi)發(fā)此類模型的方法和工具。

工業(yè)綜合寬帶基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。全面、可靠、優(yōu)質(zhì)的通信網(wǎng)絡(luò)是智能化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵要素。因此，在德國(guó)國(guó)內(nèi)及德國(guó)與各國(guó)間建設(shè)大規(guī)模、可擴(kuò)展的寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施具有必要性。

安全性和保密性。安全性和保密性都是智能制造系統(tǒng)得以成功部署的關(guān)鍵，確保生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品本身對(duì)人或者環(huán)境不構(gòu)成危險(xiǎn)十分重要。同時(shí)，無(wú)論是生產(chǎn)設(shè)施還是產(chǎn)品，特別是數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)所包含的信息作為商業(yè)機(jī)密需要被保護(hù)，以防止不正確的使用和未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)。這將需要開(kāi)發(fā)部署一套應(yīng)用于生產(chǎn)制造的安全體系結(jié)構(gòu)和訪問(wèn)規(guī)則，并在專業(yè)培養(yǎng)中增強(qiáng)有關(guān)安全的培訓(xùn)內(nèi)容。

生產(chǎn)組織和設(shè)計(jì)。在智能工廠中，員工的角色將發(fā)生變化顯著，越來(lái)越多的實(shí)時(shí)定向控制將改變?nèi)说墓ぷ鲀?nèi)容、工作流程和工作環(huán)境。通過(guò)部署基于社會(huì)技術(shù)方法的生產(chǎn)組織形式，為工人提供更高程度的參與感并注重其個(gè)人職業(yè)發(fā)展，從而提高工人的生產(chǎn)積極性，將人力從枯燥的重復(fù)流程向基于模型的工程解放。

培訓(xùn)和可持續(xù)職業(yè)發(fā)展。工業(yè)4.0將會(huì)從根本上改變工人的工作和能力的配置。采取適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)戰(zhàn)略和工作組織方式來(lái)鼓勵(lì)終身學(xué)習(xí)和個(gè)人的綜合、全面發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，需要部署開(kāi)展數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)、樣板工程和“最佳實(shí)踐”等一系列優(yōu)化人力資源結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)及措施。

監(jiān)管框架。工業(yè)4.0中產(chǎn)生的新的制造體系和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)需要遵循相應(yīng)的法律法規(guī)，現(xiàn)行法律也需要針對(duì)這些創(chuàng)新所產(chǎn)生的新挑戰(zhàn)進(jìn)行調(diào)整。這些挑戰(zhàn)包括企業(yè)數(shù)據(jù)保護(hù)，企業(yè)責(zé)任問(wèn)題，個(gè)人數(shù)據(jù)處理和貿(mào)易限制。這些問(wèn)題不僅需要立法還需要其他企業(yè)層級(jí)的措施：包括規(guī)范、指南、協(xié)議及自律（如審計(jì)）。

資源效率。工業(yè)4.0通過(guò)提高資源利用率為企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)隱性收益。這些隱形收益將幫助企業(yè)在對(duì)智能工廠進(jìn)行投入以及由于節(jié)約資源所產(chǎn)生的新的利潤(rùn)空間之間進(jìn)行權(quán)衡。

我國(guó)制造業(yè)目前“大而不強(qiáng)”

歷經(jīng)20年發(fā)展，盡管中國(guó)已成為世界制造工廠、全球制造業(yè)大國(guó)，卻仍處于“大而不強(qiáng)”的局面。

我國(guó)研發(fā)投入占GDP比重約為2%，與發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家相比仍有較大差距，我國(guó)人均研發(fā)投入則更低，分別只占美國(guó)、德國(guó)、日本的22%、18%和36%。較低的研發(fā)投入一方面是由于我國(guó)市場(chǎng)長(zhǎng)期形成的只注重短線利益的投資習(xí)慣和投機(jī)心理，另一方面則由于與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在立法方面缺乏對(duì)企業(yè)研發(fā)投入以及知識(shí)產(chǎn)品保護(hù)方面的強(qiáng)制性措施。

同時(shí)，現(xiàn)階段我國(guó)核心技術(shù)受制于人，制造業(yè)對(duì)外依存度高。高端裝備的迅猛發(fā)展與配套的基礎(chǔ)零部件、基礎(chǔ)工藝及基礎(chǔ)材料等“三基”產(chǎn)品供應(yīng)不足的矛盾，已成為制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，是制造業(yè)由大變強(qiáng)的最大短板。

還要注意的是，我國(guó)制造業(yè)企業(yè)生產(chǎn)模式基本是粗放型生產(chǎn)，單位能耗是世界平均能耗的2.6倍，CO2排放總量正在超越歐美的總和，占世界總排放量的近三分之一，面臨嚴(yán)重的大氣污染問(wèn)題和強(qiáng)大的國(guó)際國(guó)內(nèi)輿論壓力。

我國(guó)的制造業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略

針對(duì)制造行業(yè)存在的突出問(wèn)題，為應(yīng)對(duì)全球信息化技術(shù)迅猛發(fā)展帶來(lái)的新工業(yè)變革和挑戰(zhàn)，我國(guó)針對(duì)未來(lái)十年的制造業(yè)發(fā)展制訂了《中國(guó)制造2025》規(guī)劃。此外，我國(guó)還針對(duì)信息化與工業(yè)化提出了兩化深度融合戰(zhàn)略，促進(jìn)工業(yè)技術(shù)和信息技術(shù)相融合，務(wù)求以信息化帶動(dòng)工業(yè)化、以工業(yè)化促進(jìn)信息化。我國(guó)的《中國(guó)制造2025》、兩化深度融合與工業(yè)4.0的既有聯(lián)系又有區(qū)別。二者都強(qiáng)調(diào)將信息技術(shù)廣泛應(yīng)用到整個(gè)產(chǎn)品的價(jià)值鏈和業(yè)務(wù)鏈，并將信息技術(shù)作為工業(yè)重要的支撐力量。前者傾向發(fā)展以產(chǎn)業(yè)集群為主導(dǎo)以政策和市場(chǎng)共同作用的信息化集成制造，后者強(qiáng)調(diào)以人為本、以標(biāo)準(zhǔn)為主導(dǎo)、以自由市場(chǎng)為配置手段的智能化企業(yè)協(xié)同制造。這是由于中德兩國(guó)國(guó)情以及制造業(yè)、信息技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的差異性所決定的。

國(guó)防科技工業(yè)需認(rèn)真學(xué)習(xí)智能制造的先進(jìn)理念和先進(jìn)技術(shù)，但由于發(fā)展基礎(chǔ)與需求不同，也不能照搬硬套，要結(jié)合發(fā)展現(xiàn)狀和需要，推進(jìn)符合我國(guó)國(guó)防科技工業(yè)特色的兩化深度融合。工業(yè)4.0戰(zhàn)略對(duì)我們啟示有以下幾個(gè)方面。

在國(guó)家頂層開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化和體系框架研究。德國(guó)政府把標(biāo)準(zhǔn)化作為實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0最重要的一環(huán)，我們也需要在政府有關(guān)部門(mén)的主導(dǎo)下，發(fā)展既符合智能化工業(yè)體系建設(shè)需要又符合軍工特點(diǎn)和安全可控要求的信息化標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議、規(guī)范以及體系框架，掌握技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的主動(dòng)權(quán)。

要分類、分階段推進(jìn)。一方面，要充分研究不同軍工行業(yè)及其產(chǎn)品的特性，分類推進(jìn)；另一方面，要分階段推進(jìn)，大部分單位仍應(yīng)把“十三五”工作重點(diǎn)放在深化信息技術(shù)在研發(fā)設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)保障等環(huán)節(jié)的應(yīng)用，可選取一批基礎(chǔ)比較好的單位進(jìn)行智能化制造示范。

提高軍工能力建設(shè)用軟硬件的自主可控水平。針對(duì)目前國(guó)防科技工業(yè)面臨的自主可控問(wèn)題，國(guó)防科技工業(yè)不但要重視對(duì)武器裝備科研生產(chǎn)能力建設(shè)用軟硬件自主化的投資力度，更重要的是亟需出臺(tái)相關(guān)政策，一方面鼓勵(lì)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品采購(gòu)，另一方面在政策層面主導(dǎo)自主產(chǎn)品研發(fā)。

加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè)。數(shù)字化武器裝備科研生產(chǎn)體系建設(shè)離不開(kāi)人才的支持，需要加強(qiáng)對(duì)高端領(lǐng)軍人才的培養(yǎng)和引進(jìn)，同時(shí)著力建設(shè)終身學(xué)習(xí)和持續(xù)職業(yè)發(fā)展計(jì)劃幫助產(chǎn)業(yè)工人應(yīng)對(duì)工作和技能的新要求。

（作者單位：中國(guó)國(guó)際工程咨詢公司）