我們離工業(yè)4.0有多遠

邱燕娜

在 2014年10月第三輪中德政府磋商后發(fā)表的《中德合作行動綱要：共塑創(chuàng)新》中，工業(yè)4.0是其中一個合作內(nèi)容。這一綱要的發(fā)布，進一步引發(fā)了國內(nèi)業(yè)界對于工業(yè)4.0新一輪的熱議。

工業(yè)發(fā)展的選擇

工業(yè)4.0是德國政府提出的愿景，以保持德國制造業(yè)的全球領先地位。工業(yè)4.0描繪了制造業(yè)的未來愿景，提出繼蒸汽機應用、規(guī)?；a(chǎn)和電子信息技術應用等三次工業(yè)革命后，人類將迎來以信息物理系統(tǒng)（CPS）為基礎，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡化、機器自組織為標志的第四次工業(yè)革命。

工業(yè)4.0之所以在我國引起廣泛關注，是因為在人工成本上升、原材料價格波動、信息技術對產(chǎn)業(yè)影響不斷深入等的背景下，我國制造業(yè)正面臨轉型。而且工業(yè)4.0的很多理念，與我國提出的“兩化”融合戰(zhàn)略不謀而合。

“工業(yè)4.0是行業(yè)大趨勢，可能也是工業(yè)發(fā)展的惟一選擇?！盨AP全球高級副總裁、全球研發(fā)網(wǎng)絡和快速增長戰(zhàn)略市場總裁柯曼認為，“中國不僅是工業(yè)4.0或物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的受益者，更是重要的推動者?！边@一方面是因為中國本身是個工業(yè)大國，正處在工業(yè)轉型升級的關鍵時刻，而工業(yè)4.0有助于中國工業(yè)提高效率、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)的靈活性以滿足消費者的個性化需求;另一方面，是因為中國擁有大量高科技公司，以及潛力巨大的移動互聯(lián)網(wǎng)和電子商務產(chǎn)業(yè)，為工業(yè)4.0的落地提供了技術基礎。

SAP大中華區(qū)總裁紀秉盟認為，僅僅解放生產(chǎn)力還遠遠不夠，工業(yè)4.0要解決中國制造業(yè)面臨的更深層次的問題。中國制造企業(yè)的角色將逐漸向服務提供商轉變，不僅出售設備，還需提供包括維保在內(nèi)的全套服務。因此，服務創(chuàng)新將是制造企業(yè)的下一個戰(zhàn)略高地。而工業(yè) 4.0并不局限于生產(chǎn)線，它還與物聯(lián)網(wǎng)技術緊密聯(lián)系，為中國制造企業(yè)攀登戰(zhàn)略高地創(chuàng)造全新機遇。

據(jù)了解，為了推動工業(yè)4.0從概念走向工程實踐，同濟大學中德工程學院與德國企業(yè)菲尼克斯電氣于去年10月共同建成了國內(nèi)首個工業(yè)4.0實驗室。

不僅是智能工廠

德國費斯托（Festo）工廠哈雷摩托車生產(chǎn)中心借助SAP智慧工廠解決方案實現(xiàn)了混線生產(chǎn)，使得個性化定制的摩托車生產(chǎn)周期從21天縮減到6個小時。如果客戶白天下單，晚上就能收到個性十足的哈雷摩托車了。

這是工業(yè)4.0的一個典型案例，也是工業(yè)4.0的核心——智能工廠的一個體現(xiàn)。所謂智能工廠，是指工廠在整個生產(chǎn)過程中所需的每個部件都可以通過傳感器與生產(chǎn)設備互聯(lián)，這就使得同一條生產(chǎn)線可以同時生產(chǎn)完全不一樣的產(chǎn)品。而在以往，通常同一條生產(chǎn)線只能生產(chǎn)一個型號的產(chǎn)品。

紀秉盟認為，小批量、多批次、差異化生產(chǎn)將是未來制造業(yè)的趨勢。SAP 位于波茨坦的創(chuàng)新中心的開放式集成工廠對這樣的生產(chǎn)模式進行了充分展示：通過融合世界一流的制造技術與IT系統(tǒng)，車間的同一生產(chǎn)線能夠生產(chǎn)任意訂單、任意數(shù)量的不同產(chǎn)品，不僅擺脫了對于生產(chǎn)線控制員的依賴，同時還能靈活處理訂單更改、產(chǎn)品組合和流程調(diào)整等工作。

業(yè)界很多人認為，智能工廠就是工業(yè)4.0。這種看法有點偏頗。作為德國工業(yè)4.0的重要參與者，SAP和西門子都不那么認為。如果我們觀察一下工業(yè)產(chǎn)業(yè)的變化就可以理解這一點。

近日，京東商城創(chuàng)始人、董事局主席兼首席執(zhí)行官劉強東公開表示，冰箱應該完全免費，而通過背后的數(shù)據(jù)和服務賺錢。比如用戶的冰箱里沒有飲料了，冰箱會在屏幕上推送京東的購買信息，一鍵購買。京東還為此成立了專門的智能硬件公司。

如此可見，制造業(yè)已經(jīng)不再是以往的制造業(yè)，工業(yè)也不再是以往的工業(yè)。工業(yè)4.0時代，我們要采用與以往完全不同的心態(tài)，以及生產(chǎn)和運營模式。預測性維護、智能化物流也被認為是工業(yè)4.0的重要特征。

和以往要基于設備、產(chǎn)品的運行時間定期維護不一樣的是，在工業(yè)4.0時代，維護人員根據(jù)傳感器回傳的設備運行信息，并對這些信息進行分析后，預先掌握設備性能狀態(tài)，從而更加靈活、高效地對設備、產(chǎn)品進行有針對性的維護、保養(yǎng)。據(jù)悉，SAP已經(jīng)在歐洲幫助風力發(fā)電企業(yè)降低維護、保養(yǎng)成本，節(jié)省資源，提高風力發(fā)電機組的性能和工作績效。紀秉盟認為，通過采用能夠報告自身性能的智能設備，制造商可以收集海量數(shù)據(jù)，然后利用 諸如SAP HANA這樣的分析工具來分析這些數(shù)據(jù)，建立一個預測性維護服務平臺。從長遠來看，制造商的角色將逐漸向服務提供商轉變，不僅出售機器，還提供全套服務和使用模式。這樣，客戶就只管使用產(chǎn)品，而無需擔心產(chǎn)品維護。

柯曼認為物流智能化可以分對內(nèi)物流和對外物流兩類來看。對內(nèi)物流舉例來說，物流公司可以根據(jù)貨輪運載的集裝箱上安裝的傳感器傳送的地理位置等信息預測貨輪到港時間，合理安排貨車進港時間，從而減少貨車等待時間，緩解碼頭的擁堵狀態(tài)。吞吐能力達到1.4萬噸、可容納5500輛卡車的德國漢堡港已經(jīng)做了示范。此前，為了合理安排每天進出港口的5500輛貨車，漢堡港要做很多協(xié)調(diào)、調(diào)度工作。現(xiàn)在漢堡港通過與輪船進行信息交互，根據(jù)貨船的到港時間或者貨輪上裝載的貨物特性來為貨車進出港的時間排序。這樣，貨車平均在港口停留30分鐘即可完成作業(yè)，大大緩解了港口交通擁堵的狀態(tài)。漢堡港口未來還希望連通所有運輸領域，從水路到公路一直到鐵路。對外物流舉例來說，整車生產(chǎn)廠家可以預測整車生產(chǎn)還需要多長時間，從而合理安排貨運，減少貨車的等待時間。

夯實信息化基礎

國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會副主任邵立勤近日在一次公開的會議發(fā)表言論稱，歐美已經(jīng)開始工業(yè)4.0革命，而中國還在為淘寶買賣廉價次品而沾沾自喜，這樣即將到來的工業(yè)革命很可能會把中國拋棄掉。這一言論引起了業(yè)界的熱議。

工業(yè)4.0看起來很美，但是確實似乎離我們有點遠。記者在近年的采訪過程中走訪不少工廠發(fā)現(xiàn)，盡管我國不乏非常先進的工業(yè)企業(yè)，但是很多工廠的自動化程度都比較低，信息化應用水平還比較低。甚至可以說，有些工業(yè)企業(yè)可能還處于工業(yè)2.0時代。

中國工程院院士、中國互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會理事長鄔賀銓在2014年舉辦的中國國際工業(yè)博覽會上坦言，我國的工廠差別很大，在落實工業(yè)4.0過程中的關鍵難點是在于，目前有些工廠實現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)共享都很難，更別說要在企業(yè)之間打通信息孤島了。

現(xiàn)在說擁抱工業(yè)4.0是否為時過早？

事實并非如此?，F(xiàn)實正在驅動中國工業(yè)轉型變革。波士頓咨詢集團 （Boston Consulting Group）最近進行的一項研究發(fā)現(xiàn)，過去十年中國勞動力的工資漲幅超過4倍，再加上人民幣升值，使得中國的制造成本直逼美國。低廉的勞動力成本不能再作為中國制造在全球市場上的優(yōu)勢標簽，中國制造企業(yè)要最大化利用資源，將生產(chǎn)變得更加高效;要盡可能地縮短產(chǎn)品上市時間，對市場的響應更加快速，從而快速滿足不斷變化的客戶需求;還要快速實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的靈活變動，將生產(chǎn)變得更加柔性。

擁抱被普遍認為是工業(yè)發(fā)展方向的工業(yè)4.0無疑是一條可行之路?？截惲说聡I(yè)4.0示范工廠——德國安貝格電子工廠的西門子成都工廠為未來中國制造的變革方向提供了一個良好的參考。數(shù)據(jù)顯示，通過數(shù)字化的工廠規(guī)劃，可以減少產(chǎn)品上市時間至少30%;通過優(yōu)化規(guī)劃質(zhì)量，可以降低制造成本13%。

來自西門子的資料稱，數(shù)字化企業(yè)平臺是實現(xiàn)數(shù)字制造的載體，它可以實現(xiàn)從產(chǎn)品設計、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程，到生產(chǎn)執(zhí)行和服務的全生命周期的高效運行。西門子成都工廠所應用的數(shù)字化企業(yè)平臺涵蓋五個層面：第一層企業(yè)層，主要指由PLM軟件和ERP系統(tǒng)構建的企業(yè)頂層結構，用于提供統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、工藝路線、設計清單等;第二層管理層，主要包括MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）等生產(chǎn)管理軟件，用于對重要的數(shù)據(jù)流和生產(chǎn)管理進行控制;第三層操作層，主要包含西門子集散數(shù)據(jù)系統(tǒng)（DCS）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)設備狀態(tài)管理系統(tǒng)，用于監(jiān)控生產(chǎn)過程、設備狀態(tài);第四層現(xiàn)場控制層，主要包含西門子可編程邏輯控制器（PLC）;第五層，設備控制層。第四層和第五層為上層的MES等系統(tǒng)提供各種數(shù)據(jù)并進行交換。

但是，對于多數(shù)傳統(tǒng)制造企業(yè)來說，信息化水平要達到西門子成都工廠那樣的水平并不容易。SAP中國研究院院長李瑞成近日撰文稱，實現(xiàn)工業(yè)4.0并不是短期內(nèi)可以一蹴而就的，這是一個長期、漸進的過程。在此過程中，軟件是重中之重。目前，基本的技術和現(xiàn)有制造體系的核心價值等均需要調(diào)整才能適應工業(yè)4.0的具體要求。

如此可見，對于我國生產(chǎn)制造來說，當前向智能制造、工業(yè)4.0邁進的很重要的一點，就是在信息化方面參考西門子成都工廠的五層架構查缺補漏，最終建成一個完善的數(shù)字化企業(yè)平臺。

中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院院長羅文在《工業(yè)4.0中國啟示錄》一文中指出，德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略與我國提出的“兩化”深度融合有很多相通之處，我國應該把“兩化”深度融合作為主要著力點。

從某種角度來看，工業(yè)4.0是由新技術驅動的，因此在邁向工業(yè)4.0的過程中，新技術的引入至關重要。

注重標準和平臺建設

工業(yè)4.0強調(diào)由集中式控制向分散式增強型控制模式的轉變，從而建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務的生產(chǎn)模式，這需要大量的新技術作為支撐?？侣J為，大數(shù)據(jù)、云計算和移動互聯(lián)等將技術在工業(yè)4.0中大有作為：在海量終端實現(xiàn)互聯(lián)后，需要大數(shù)據(jù)技術對海量結構化數(shù)據(jù)進行存儲和分析處理;而云計算則是將不同利益相關者通過同一套數(shù)據(jù)進行互聯(lián)的最好途徑;移動互聯(lián)技術可以將具有可預見特性的維修信息推送到終端，還可以幫助用戶通過移動終端實時了解工廠的運行情況，而不一定在工廠的控制中心。

柯曼補充說，工業(yè)4.0要獲得成功，需要滿足以下7個因素：解決網(wǎng)絡安全問題，制定相關安全政策;在數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫嬷贫▏H統(tǒng)一標準;要為社交所帶來的影響做好準備，并積累相關技能和人才;應對好復雜性帶來的挑戰(zhàn);完善工業(yè)領域帶寬基礎架構;法律框架與監(jiān)管體制調(diào)整;以開放的心態(tài)面對信息交流和互動。

李瑞成比喻，未來的制造業(yè)將和服務行業(yè)一樣，建立在互聯(lián)網(wǎng)這一“共同的底盤”之上，人與人、人與機器、機器與機器之間將對話協(xié)同，工廠生產(chǎn)由高度自動化轉向智能生產(chǎn)。

“共同的底盤”使得橫向和縱向的數(shù)據(jù)集成變得更加重要。如何才能真正實現(xiàn)集成？被廣泛認可和采用的規(guī)則和標準就顯得尤為重要。

事實上，為了保障工業(yè)4.0的順利實現(xiàn)，德國把標準化排在工業(yè)4.0八項行動中的首位，同時建議在工業(yè)4.0平臺下成立一個工作小組，專門處理標準化和參考架構的問題。2013年12月，德國電氣電子和信息技術協(xié)會發(fā)表了德國首個工業(yè)4.0標準化路線圖。

《中德合作行動綱要：共塑創(chuàng)新》指出，工業(yè)4.0在世界范圍內(nèi)的成功取決于國際通行的規(guī)則與標準。中德兩國將在標準問題上緊密合作，并將工業(yè)4.0議題納入中德標準化合作委員會。雙方將繼續(xù)加強中德標準化合作委員會框架下的現(xiàn)有合作，致力于開展更具系統(tǒng)性和戰(zhàn)略性的合作。

為此，羅文建議，我國在推進“兩化”深度融合的具體實踐中，也應高度重視發(fā)揮標準化工作在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的引領作用，及時制定、出臺“兩化”深度融合標準化路線圖，引導企業(yè)推進信息化建設。同時，還要著力實現(xiàn)標準的國際化，使得中國制定的標準得到國際上的廣泛采用，以奪取未來產(chǎn)業(yè)競爭的制高點和話語權。

柯曼透露，已經(jīng)全方位參與中國工業(yè)4.0建設的SAP非常重視這一點，SAP中國研究院作為中國物聯(lián)網(wǎng)協(xié)會的主要成員將參與中國相關的行業(yè)標準的制定工作。

從國家層面來看，羅文還建議要超前部署、建設國家信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡平臺。信息物理系統(tǒng)將改變?nèi)祟惻c物理世界的交互方式，物質(zhì)生產(chǎn)力、信息生產(chǎn)力，實現(xiàn)能源、材料和信息三種資源高度融合，將使未來產(chǎn)業(yè)發(fā)生真正革命性的變革，對未來世界產(chǎn)生深遠影響。他指出，美、德等世界工業(yè)強國都高度重視信息物理空間構建，加強戰(zhàn)略前瞻部署，并取得積極研究進展。中國要決勝未來的競爭，必須在構建信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡平臺上先行一步：一方面，在國家新的信息化發(fā)展戰(zhàn)略中加強對CPS的總體布局，研究制定CPS建設的戰(zhàn)略目標、重點任務、發(fā)展路徑和政策舉措。同時，在制造業(yè)發(fā)展、智慧城市建設、國家網(wǎng)絡和信息安全等工作中加強前瞻部署和應用推廣。另一方面，可借鑒美國組建“國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡中心”的做法，組建一批國家信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡平臺，負責承擔基礎理論研究，組織力量研發(fā)突破CPS軟件、傳感器、移動終端設備等工具和裝備，推動重點行業(yè)企業(yè)的開發(fā)應用。

事實上，業(yè)界還有一個說法，就是我國相比其他國家更容易將工業(yè)4.0落地。這是因為我國政府的推動力比其他國家更大。

鏈接 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)4.0

美國并沒有明確提工業(yè)4.0，但是對應地提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。美國還在2014年4月成立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是指開放、全球化的網(wǎng)絡，將人、數(shù)據(jù)和機器連接起來。

通用電氣公司在《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：打破智慧與機器的邊界》中指出，用于構筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的高度互聯(lián)的工業(yè)運營網(wǎng)絡結合了兩大顛覆性革命的最新成果：其一是源自工業(yè)革命的無數(shù)機器、設施、車隊和網(wǎng)絡，其二是互聯(lián)網(wǎng)革命帶來的計算、信息和通信系統(tǒng)等方面最近取得的迅猛進展。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“打開了一片新天地，生產(chǎn)力得以提升、效率提升、浪費減少，并且員工的工作體驗得到改善”，這有望為全球經(jīng)濟帶來10萬億美元到15萬億美元的產(chǎn)值。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0相比，更加注重軟件、網(wǎng)絡和大數(shù)據(jù)，希望促進物理世界和數(shù)字世界的融合，實際上是希望做到通信、控制和計算的集合，營造一個CPS的環(huán)境（信息物理系統(tǒng)）。

鏈接 工業(yè)發(fā)展的四個階段

第一階段：工業(yè)1.0。18世紀60年代至19世紀中期，通過水力和蒸汽機實現(xiàn)的工廠機械化可稱為工業(yè)1.0。這次工業(yè)革命的結果是機械生產(chǎn)代替了手工勞動，經(jīng)濟社會從以農(nóng)業(yè)、手工業(yè)為基礎轉型到了以工業(yè)和機械制造帶動經(jīng)濟發(fā)展的模式。

第二階段：工業(yè)2.0。19世紀后半期至20世紀初，在勞動分工的基礎上采用電力驅動產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)可稱為工業(yè)2.0。這次工業(yè)革命，通過零部件生產(chǎn)與產(chǎn)品裝配的成功分離，開創(chuàng)了產(chǎn)品批量生產(chǎn)的新模式。

第三階段：工業(yè)3.0。始于20世紀70年代并一直延續(xù)到現(xiàn)在，電子與信息技術的廣泛應用，使得制造過程不斷實現(xiàn)自動化，可稱為工業(yè)3.0。自此，機器能夠逐步替代人類作業(yè)，不僅接管了相當比例的體力勞動，還接管了一些腦力勞動。

第四階段：工業(yè)4.0。德國學術界和產(chǎn)業(yè)界認為，未來10年，基于信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS）的智能化，將使人類步入以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命。產(chǎn)品全生命周期和全制造流程的數(shù)字化，以及基于信息通信技術的模塊集成，將形成一個高度靈活、個性化、數(shù)字化的產(chǎn)品與服務的生產(chǎn)模式。