破譯工業(yè)4.0：一場有關(guān)智能制造的革命

林楠

“德國可成為‘工業(yè)4.0’標(biāo)準(zhǔn)的推動者，如今是時候在歐洲甚至全球推行這些標(biāo)準(zhǔn)?！?月21日，德國總理默克爾的一席話讓工業(yè)4.0革命的帷幕進一步拉開。

就在默克爾發(fā)表這一言論十多天后，中國國務(wù)院總理李克強在2015年政府工作報告中指出，制造業(yè)是我們的優(yōu)勢，要實施“中國制造2025”，堅持創(chuàng)新驅(qū)動、智能轉(zhuǎn)型、強化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展，加快從制造大國轉(zhuǎn)向制造強國。

隨后，5月19日《中國制造2025》正式公布，提出通過“三步走”實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標(biāo)。

而在今年年初，日本就已推出《機器人新戰(zhàn)略》，加強對先進制造業(yè)的布局。

一場有關(guān)工業(yè)4.0革命的浪潮，正在全球范圍漫卷。4月中旬，在以“融合的工業(yè)——加入網(wǎng)絡(luò)”為主題的2015年德國漢諾威工業(yè)博覽會，推出了一系列來自世界各國涉及工業(yè)4.0的產(chǎn)品，從設(shè)備安裝到生產(chǎn)以及物流不一而足。

那么，工業(yè)4.0是在什么背景下產(chǎn)生的？什么是工業(yè)4.0？它將帶來哪些影響？實施工業(yè)4.0需要解決的難題有哪些？

源起于德國，流行于世界

如果要追溯工業(yè)4.0的源起，就要提及德國政府于2010年7月制定的《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》。工業(yè)4.0是該戰(zhàn)略確定的十大未來項目之一，旨在支持工業(yè)領(lǐng)域制造業(yè)新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。

隨后的2011年，德國博世公司和德國科學(xué)院等德國產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的相關(guān)研究員組成了“工業(yè)4.0工作小組”，并在2011年德國漢諾威工業(yè)博覽會上提出工業(yè)4.0。2013年德國漢諾威工業(yè)博覽會上，工業(yè)4.0被正式推出，上升為國家戰(zhàn)略，并發(fā)布了《保障德國制造業(yè)的未來：關(guān)于實施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略的建議》白皮書，投資預(yù)計將達(dá)到2億歐元。

在德國，工業(yè)4.0被認(rèn)為是繼機械化、電氣化、自動化之后的第四次工業(yè)革命。目前，已有47%的企業(yè)參與到工業(yè)4.0計劃之中。其中，已有12%的企業(yè)正在進行工業(yè)4.0的相關(guān)變革，西門子已經(jīng)將這一概念引入其工業(yè)軟件開發(fā)和生產(chǎn)控制系統(tǒng)。

在德國提出工業(yè)4.0的過程中，美國也先后于2011年6月和2012年12月分別啟動《先進制造業(yè)伙伴計劃》和《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃》，實施“再工業(yè)化”戰(zhàn)略。美國通用電氣也與思科、英特爾等公司成立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，并提出了類似工業(yè)4.0概念的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

與此同時，日本發(fā)布了制造業(yè)競爭策略，在今年1月23日推出《機器人新戰(zhàn)略》，加強對先進制造業(yè)的布局。

不單發(fā)達(dá)國家在積極布局工業(yè)4.0戰(zhàn)略，以中國為代表的發(fā)展中國家也都將先進制造業(yè)列為立國之本。

在中國，與工業(yè)4.0戰(zhàn)略類似的是信息化和工業(yè)化深度融合戰(zhàn)略。去年10月10日，國務(wù)院總理李克強在訪問德國期間，和默克爾聯(lián)合發(fā)表了《中德合作行動綱領(lǐng)》，宣布兩國將在制造業(yè)方面就工業(yè)4.0攜手合作。在2015年政府工作報告中，李克強指出，制造業(yè)是我們的優(yōu)勢，要實施“中國制造2025”。5月19日，國務(wù)院印發(fā)了《中國制造2025》規(guī)劃，強調(diào)要順應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展趨勢，以信息化與工業(yè)化深度融合為主線。該規(guī)劃明確提出，到2025年邁入制造強國行列，2035年制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強國陣營中等水平。

“可以說，工業(yè)4.0革命的浪潮正在全球范圍內(nèi)襲來，因為這關(guān)系到誰能執(zhí)掌未來制造業(yè)的霸權(quán)?！惫I(yè)和信息化部國際經(jīng)濟技術(shù)合作中心電子商務(wù)研究所所長王喜文對《支點》記者說，今年將成為工業(yè)4.0革命的元年。

“德國提出工業(yè)4.0，是為了保障它作為世界制造業(yè)強國的地位，從而應(yīng)對互聯(lián)網(wǎng)和軟件高度發(fā)達(dá)的美國，以及粗放型低成本大規(guī)模生產(chǎn)的中國等新興國家的挑戰(zhàn)。”賽迪顧問裝備產(chǎn)業(yè)研究中心分析師王鎵垠對《支點》記者進一步分析稱，同樣道理，美國、日本希望進一步提升各自國家的工業(yè)發(fā)展水平，保證工業(yè)強國的地位。而對于像中國這樣的新興工業(yè)國家，則希望抓住機遇，追趕乃至趕超傳統(tǒng)發(fā)達(dá)工業(yè)國家。否則，就有可能再一次被遠(yuǎn)遠(yuǎn)地落下。

智能化地連接一切

說了這么多，工業(yè)4.0到底是什么呢？

“工業(yè)4.0就是一場以智能制造為主導(dǎo)的革命?！蓖蹑壽笳f，它希望通過建立一個信息物理融合系統(tǒng)（Cyber-Physical System，簡稱CPS），即借助互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等眾多先進技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間、人與設(shè)備之間、企業(yè)與企業(yè)之間的融合連接，也就是把客戶需求、相關(guān)企業(yè)、自動化生產(chǎn)設(shè)備、倉儲物流、生產(chǎn)管理、服務(wù)等產(chǎn)業(yè)鏈上的所有環(huán)節(jié)連接起來，最終實現(xiàn)智能化、柔性化的制造模式。

“具體而言，就是以‘智能工廠’和‘智能生產(chǎn)’的方式制造產(chǎn)品?！蓖跸参慕忉屨f，在未來的智能工廠、生產(chǎn)設(shè)備中廣泛部署傳感器，產(chǎn)品零部件本身也會附帶相應(yīng)信息，它們會根據(jù)生產(chǎn)需求，直接與生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)備溝通，發(fā)出所需生產(chǎn)過程的操作指令。而在智能生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)合理動態(tài)配置生產(chǎn)資源，實現(xiàn)柔性生產(chǎn)，并能滿足不同用戶的個性化定制需求。

舉個例子。A和B都需要買一輛車。那么，他們只需要通過手機或電腦下訂單，按照自己的喜好選擇配置、內(nèi)飾、顏色等內(nèi)容，將各自的需求發(fā)送到工廠，通過CPS經(jīng)過大量數(shù)據(jù)處理和最優(yōu)化資源配置選擇后，系統(tǒng)會自動將各種零配件的相關(guān)訂單，發(fā)送到有相應(yīng)生產(chǎn)條件的工廠。原材料到貨后將被賦予數(shù)據(jù)：這是給A客戶生產(chǎn)的A產(chǎn)品某某工藝中的原材料，這是給B客戶生產(chǎn)的B產(chǎn)品某某工藝中的原材料。

隨后，帶有數(shù)據(jù)的原材料就會被自動安排到各自的生產(chǎn)線上，并選擇總裝工廠?？傃b完成后，系統(tǒng)會自動選擇合適的物流和服務(wù)，最終將汽車送到A和B的手中。如果中途A和B不滿意之前的選擇，還可以在下訂單之后隨時改動，系統(tǒng)也會自動隨之作出調(diào)整。

這都已經(jīng)出現(xiàn)了一些“雛形”。

比如，在中國沈陽的海爾冰箱互聯(lián)工廠，通過U殼智能配送線，在無人配送的情況下，產(chǎn)品零件可以實現(xiàn)點對點匹配生產(chǎn)和全自動配送。4條18米長的智能化生產(chǎn)線，還可實現(xiàn)大規(guī)模定制選配組合。目前，工廠內(nèi)的一條生產(chǎn)線，就可支持500多個不同型號的柔性大規(guī)模定制生產(chǎn)。

可以預(yù)見，當(dāng)工業(yè)4.0全面到來的時候，制造業(yè)最終將邁向智能制造。

高效率的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同生產(chǎn)

智能制造的到來，也使制造業(yè)在多方面發(fā)生改變。

“CPS將實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部、外部的協(xié)同設(shè)計、制造和管理，也就是各個環(huán)節(jié)利用CPS技術(shù)實現(xiàn)全流程協(xié)同制造?！蓖跸参母嬖V記者，CPS技術(shù)能使不同環(huán)節(jié)之間的企業(yè)實現(xiàn)信息共享，從原材料的采購開始，到產(chǎn)品的設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)制造、市場營銷和售后服務(wù)等，整個產(chǎn)業(yè)鏈上各個環(huán)節(jié)構(gòu)成閉環(huán)且相互連接，每個環(huán)節(jié)都很清楚工序到了哪個階段，自己該怎么做。

“這就打破了傳統(tǒng)工業(yè)從生產(chǎn)、到組裝，再到各級銷售這樣一個線性的、相對固定的生產(chǎn)推動型銷售模式?！蓖蹑壽笱a充說，而是使工業(yè)、產(chǎn)品和服務(wù)等方面全方位交叉滲透。

“正是因為CPS使產(chǎn)業(yè)鏈之間的連接更加無縫化，所以生產(chǎn)靈活性和資源利用率都將大大提高?！蓖跸参谋硎?，工業(yè)將向效率更高的智能制造發(fā)展。

德國西門子成都工廠預(yù)測，通過智能工廠和智能生產(chǎn)，產(chǎn)品上市時間至少可縮短30%。通用電氣則表示，在美國，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能使生產(chǎn)效率每年提高1%-5%，將為全球GDP增加10萬億-15萬億美元。

海爾沈陽冰箱互聯(lián)工廠則透露，通過生產(chǎn)智能化的布局，單線生產(chǎn)、單位面積的產(chǎn)出翻番，生產(chǎn)節(jié)拍縮短到10秒每臺。另據(jù)賽迪顧問裝備產(chǎn)業(yè)研究中心的測算，工業(yè)4.0將使中國總體生產(chǎn)效率提升25%-30%。

如果工業(yè)4.0得以實現(xiàn)，制造業(yè)不但在生產(chǎn)效率方面將大幅提高，在降低成本上也大有可為。

不少業(yè)界專家稱，由于工業(yè)4.0直接將人、設(shè)備、產(chǎn)品以及企業(yè)實時聯(lián)通，工廠接受用戶的訂單直接與各個環(huán)節(jié)的企業(yè)協(xié)同生產(chǎn)，并最終省卻銷售和流通環(huán)節(jié)，直接到達(dá)用戶手中，將促使包括人工成本、物流成本、管理成本等在內(nèi)的整體成本，比過去下降40%左右。

仍以德國西門子成都工廠為例，據(jù)其測算，通過智能工廠和智能生產(chǎn)，制造成本可以降低13%。

在王鎵垠看來，工業(yè)4.0除了在制造方面帶來改變，其影響還表現(xiàn)在很多方面。他舉例說，比如，因為營銷直接面對用戶而不是各級經(jīng)銷商和中介，就要更加重視品牌建設(shè)和服務(wù)等。

“總之，工業(yè)4.0改造的是制造業(yè)的整體思維?！蓖跸参囊徽Z點睛。

難點不少

盡管目前已有不少企業(yè)開始試水智能工廠和智能生產(chǎn)，但正如王喜文所說，工業(yè)4.0涉及的是整個制造業(yè)，甚至是跨行業(yè)的整個生態(tài)圈，不單單涉及個別企業(yè)的智能制造，更重要的是整個價值鏈上要實現(xiàn)智能制造。

從目前環(huán)境來看，實現(xiàn)工業(yè)4.0還有不少難題。

“最大的難點，在于如何建立CPS?！蓖蹑壽蟊硎荆M管已有企業(yè)內(nèi)部實現(xiàn)了智能化，但它以什么樣的方式、協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等相結(jié)合，聯(lián)通企業(yè)與企業(yè)之間、企業(yè)與客戶之間、企業(yè)與物流之間，目前還沒有很清楚的路徑。

這在王喜文那里得到了認(rèn)同。他認(rèn)為實際生產(chǎn)過程與各種業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)連接協(xié)同后，系統(tǒng)整體將更加復(fù)雜。

“所以，如果工廠要對內(nèi)外的各種物品與服務(wù)進行聯(lián)網(wǎng)，通信方式、數(shù)據(jù)格式等許多內(nèi)容都需要標(biāo)準(zhǔn)化。”王喜文說，工業(yè)4.0將涉及不同公司的網(wǎng)絡(luò)連接與集成，只有一開始就開發(fā)出一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進行約束和引導(dǎo)，才能有序推廣。

標(biāo)準(zhǔn)之外，更讓王喜文憂慮的是，目前適用于工業(yè)、具有高可靠性的通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難以滿足工業(yè)4.0的要求，而這是工業(yè)4.0開展的基礎(chǔ)。

與之對應(yīng)的是，王喜文認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)安全保障也是一大問題，“工廠與外界實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)后，受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的危險性將進一步提升，因此需要建立一套完善的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息安全認(rèn)證體系?！?/p>

這并不是王喜文一個人的擔(dān)憂。今年2月，默克爾就表示，數(shù)據(jù)保護需要重視，歐洲需盡快就籌劃中的《數(shù)據(jù)保護基本條例》達(dá)成一致，在保護個人隱私的同時，避免給工業(yè)生產(chǎn)帶來負(fù)面影響。

此外，王鎵垠還認(rèn)為，工業(yè)4.0因為涉及智能化的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同作業(yè)，對人才方面的要求更高。他透露，根據(jù)賽迪顧問裝備產(chǎn)業(yè)研究中心的測算，若實現(xiàn)工業(yè)4.0，僅中國就可能淘汰2.4億名受過初等教育的生產(chǎn)型熟練勞動力。

“所以，實現(xiàn)智能制造的同時意味著需要另一種教育配置，更強調(diào)多學(xué)科合作的教育方式。”王鎵垠說，未來任何一個合格的工程師，將同時具備機械、電子、軟件、過程管理及其專業(yè)的綜合知識背景，以及跨專業(yè)處理問題的能力。

如此分析下來，好像工業(yè)4.0確實面臨著不少難點。不過，業(yè)界比較認(rèn)同的是，大約在2020年左右，工業(yè)4.0就會全面實現(xiàn)。（支點雜志2015年6月刊）