工業(yè)4.0有多遠(yuǎn)?

文‖上海國(guó)資記者 左沈怡

工業(yè)4.0有多遠(yuǎn)?

文‖上海國(guó)資記者 左沈怡

工業(yè)4.0是一個(gè)工業(yè)企業(yè)與社會(huì)關(guān)系的總和，是企業(yè)間的協(xié)同

互聯(lián)網(wǎng)影響著每個(gè)角落，在消費(fèi)生活領(lǐng)域已經(jīng)掀起了顛覆巨浪，而其現(xiàn)在也來到了最傳統(tǒng)的工業(yè)制造領(lǐng)域。上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院副院長(zhǎng)周一軍對(duì)《上海國(guó)資》表示，“工業(yè)4.0”是深度的工業(yè)化與信息化的融合，是工業(yè)上的智能制造，中國(guó)企業(yè)要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，道路還很長(zhǎng)。

最終取代工程師

據(jù)了解，工業(yè)4.0主要致力于構(gòu)建智能生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)制造由自動(dòng)化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向升級(jí)。其核心理念是：深度應(yīng)用信息通信技術(shù)，讓制造領(lǐng)域的資源、信息、物品和人之間相互關(guān)聯(lián)。在智能工廠里智能生產(chǎn)設(shè)備分散各處，不同的生產(chǎn)設(shè)備既能夠協(xié)作生產(chǎn)，又可以各自快速地對(duì)外部變化做出反應(yīng)，生產(chǎn)模式完成從“集中型”到“分散型”的轉(zhuǎn)變，最終形成高度靈活的、個(gè)性化、模塊化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)生產(chǎn)模式。

那么，如何將這些挑戰(zhàn)作為新的發(fā)展機(jī)遇？德國(guó)制定“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略是將數(shù)字化、智能化、信息化與網(wǎng)絡(luò)化等新技術(shù)引入生產(chǎn)制造領(lǐng)域，因此催生了第四次工業(yè)革命。即每個(gè)工廠企業(yè)都將建立“數(shù)字企業(yè)平臺(tái)”，通過開放接口將虛擬環(huán)境與基礎(chǔ)架構(gòu)融為一體，從而構(gòu)成信息物理融合系統(tǒng)（CPS）, 生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)將升級(jí)為信息物理融合生產(chǎn)系統(tǒng)（CPPS）。

具體而言，這種變革就是要通過產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的數(shù)字化制造、經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)過程和制造過程的數(shù)字化管理來實(shí)現(xiàn)。目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式?！霸谶@種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式?！敝芤卉娒枥L了一幅令人激動(dòng)的未來工廠圖景。

通常所說的工業(yè)4.0包含有兩個(gè)概念，即智能生產(chǎn)和智能工廠?！吧虾Ｗ詢x院2012年提出了能源裝備制造領(lǐng)域智能制造數(shù)字化車間的標(biāo)準(zhǔn)，提出的另一個(gè)概念是集團(tuán)協(xié)同管控。這兩點(diǎn)就是現(xiàn)在工業(yè)4.0的內(nèi)涵?！敝芤卉姼嬖V記者。

“智能生產(chǎn)”，即數(shù)字化車間，主要涉及企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理和服務(wù)，掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過程的可控性，從而實(shí)現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)、制造工藝及控制全方位的信息覆蓋。較之現(xiàn)有的工廠車間，數(shù)字化車間更注重于產(chǎn)品制造的自動(dòng)化和靈活性，強(qiáng)調(diào)的是如何提高生產(chǎn)制造系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，如何使得生產(chǎn)制造系統(tǒng)更加靈活，更加適應(yīng)產(chǎn)品市場(chǎng)實(shí)際的需求。

“形象地說，就是在生產(chǎn)制造過程中，智能化的機(jī)器可以根據(jù)采集的信息數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行操作上的調(diào)整，最終會(huì)取代工程師?！?自儀院智能所所長(zhǎng)涂煊解釋說。

而在智能工廠，則偏重于將生產(chǎn)企業(yè)管理技術(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)過程的控制管理之中，其重點(diǎn)是如何將企業(yè)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、SAP及EPLM的軟件應(yīng)用于各種各樣的生產(chǎn)制造，進(jìn)行全面信息的信息控制，確保生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都能處于最優(yōu)狀態(tài)。在自儀院給出的數(shù)字化工廠的架構(gòu)中（見圖），其將由智能化生產(chǎn)管控平臺(tái)、智能化生產(chǎn)執(zhí)行過程管控、智能化產(chǎn)品數(shù)據(jù)及物流、智能化生產(chǎn)設(shè)備四大模塊組成。

中國(guó)的距離

中國(guó)企業(yè)制造距離工業(yè)4.0路程不短。

周一軍介紹，現(xiàn)在所說的“工業(yè)4.0”是德國(guó)根據(jù)自身行業(yè)情況提出的發(fā)展戰(zhàn)略，而中國(guó)的工業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，這種基于生產(chǎn)高度自動(dòng)化之上的變革，首先要求中國(guó)制造要達(dá)到自動(dòng)化這一步?！暗聡?guó)基礎(chǔ)自動(dòng)化已經(jīng)做得非常好，因?yàn)榈聡?guó)人工很貴，逼著企業(yè)要自動(dòng)化。而中國(guó)，人工便宜，所以很多傳統(tǒng)制造業(yè)的基礎(chǔ)自動(dòng)化還沒有解決。只有做到了高度自動(dòng)化，才能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)資料信息化，企業(yè)經(jīng)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)化，才能做到生產(chǎn)上面的智能化。”

然而擺在面前的一個(gè)事實(shí)是，即便中國(guó)尚未達(dá)到制造業(yè)的全自動(dòng)化，進(jìn)行智能制造的變革也是迫在眉睫。

這種緊迫的趨勢(shì)來自各國(guó)的行動(dòng)。除了德國(guó)提出“工業(yè)4.0”的概念，美國(guó)政府也提出“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，意在奪回美國(guó)制造業(yè)在世界的優(yōu)勢(shì)。“再工業(yè)化”不是原有工業(yè)化的重復(fù)，而是以高新技術(shù)注入制造業(yè)，以“人工智能+機(jī)器人+數(shù)字制造技術(shù)”形成美國(guó)制造業(yè)的優(yōu)勢(shì)，打敗“中國(guó)制造”。

因此，為了應(yīng)對(duì)以及積極迎接第四次工業(yè)革命，中國(guó)政府提出了“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略，即以體現(xiàn)信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化制造為主線，以“創(chuàng)新、驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化”為發(fā)展方針的行動(dòng)計(jì)劃。

這一計(jì)劃包含8大行動(dòng)：推行數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造、提高創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、完善技術(shù)創(chuàng)新體系、強(qiáng)化制造基礎(chǔ)、實(shí)施質(zhì)量升級(jí)工程、推行綠色制造、推進(jìn)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)率先實(shí)現(xiàn)又大又強(qiáng)、發(fā)展現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)。

談及中國(guó)應(yīng)該如何實(shí)施這一計(jì)劃，周一軍認(rèn)為，中國(guó)應(yīng)當(dāng)正視自身的發(fā)展階段，扎實(shí)地從基礎(chǔ)科研做起。他并不支持“彎道超車”的觀點(diǎn)，“工程技術(shù)是需要循序漸進(jìn)一步步去走的，任何地方做得不扎實(shí)，都會(huì)影響結(jié)果?！?/p>

他指出，中國(guó)企業(yè)最薄弱的地方在于基礎(chǔ)研發(fā)，強(qiáng)項(xiàng)在于應(yīng)用層面。而基礎(chǔ)研發(fā)需要大量前期投入，對(duì)于科研單位而言，研發(fā)的同時(shí)還要要背負(fù)經(jīng)營(yíng)，壓力不小?！霸谥袊?guó)制造業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程中最缺的是工業(yè)機(jī)器人，目前大型制造企業(yè)應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人很多是進(jìn)口的，即便自己生產(chǎn)，尖端零部件技術(shù)、芯片技術(shù)還是無法自制。核心芯片技術(shù)還是沒有掌握?！?/p>

另一方面，德國(guó)有非常多的中小企業(yè)，并形成常年專注于某產(chǎn)品制造的習(xí)慣，比如制作一個(gè)前端零部件，或者某一芯片，因此在在智能制造領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈支持已經(jīng)非常完善，無數(shù)小企業(yè)對(duì)大企業(yè)形成的支撐，能夠最終達(dá)到產(chǎn)業(yè)協(xié)同。

這種企業(yè)間的協(xié)同正是本輪工業(yè)革命的重點(diǎn)，通過信息化達(dá)到企業(yè)間的協(xié)同，從而提升效率、降低成本?！捌鋵?shí)工業(yè)4.0強(qiáng)調(diào)的是工業(yè)企業(yè)的社會(huì)關(guān)系的總和。單一企業(yè)做得好并不能代表已步入制造強(qiáng)國(guó)水平，需要整個(gè)社會(huì)來一起實(shí)現(xiàn)?！?/p>

但可能并不必為此悲觀，中央政府的高度重視以及市場(chǎng)的強(qiáng)烈預(yù)警已經(jīng)為“中國(guó)制造2025”計(jì)劃吹響號(hào)角，那些及時(shí)進(jìn)入行業(yè)、專注智能化某一領(lǐng)域制造的中小企業(yè)并將成為新工業(yè)時(shí)代的領(lǐng)軍者，迅速成長(zhǎng)。

能源裝備先行

上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院是參與編制“中國(guó)制造2025”計(jì)劃的成員之一，并將通過參與智能制造示范工程的建設(shè)來確定中國(guó)版“工業(yè)4.0”的標(biāo)準(zhǔn)。

據(jù)自儀院提供的資料介紹，目前自儀院正在進(jìn)行能源裝備領(lǐng)域的“智能制造數(shù)字化工廠”項(xiàng)目的研制工作，示范工程有“電站清潔高效鍋爐”以及“特高壓高壓開關(guān)”智能制造。其數(shù)字化車間的模型也已基本完成，將于2015年初投入使用。根據(jù)試行階段測(cè)試，數(shù)字化車間將提升生產(chǎn)制造工作效率達(dá)30%。

以西安西電開關(guān)電氣有限公司“高壓開關(guān)智能制造數(shù)字化車間”項(xiàng)目為例。超特高壓電網(wǎng)建設(shè)作為我國(guó)十二五重點(diǎn)發(fā)展方向，國(guó)家電網(wǎng)將進(jìn)行全新戰(zhàn)略的“統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”，國(guó)家電力投資政策從“重發(fā)輕輸”轉(zhuǎn)為加大電網(wǎng)投資政策，從而來滿足國(guó)家能源戰(zhàn)略創(chuàng)新發(fā)展的需要。西電西開是我國(guó)高壓、超（特）高壓開關(guān)設(shè)備研發(fā)、制造、銷售和服務(wù)的主要基地，主導(dǎo)著我國(guó)高壓開關(guān)行業(yè)的發(fā)展。在自儀院為西電西開所設(shè)計(jì)的數(shù)字化車間方案中，通過對(duì)高壓、特高壓開關(guān)各部件生產(chǎn)線的工藝流程改造、車間制造網(wǎng)絡(luò)的改建升級(jí)、智能裝備的研制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的貫通。同時(shí)構(gòu)建企業(yè)集成應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)，通過開放接口將虛擬環(huán)境與基礎(chǔ)架構(gòu)融為一體，將生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)為網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)的信息物理融合的生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制基本模式轉(zhuǎn)變，對(duì)生產(chǎn)制造鏈分工進(jìn)行重組，使西電西開從“自動(dòng)化生產(chǎn)”進(jìn)入“數(shù)字化生產(chǎn)、智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)”，全面實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、加工（處理）、裝配、檢測(cè)、質(zhì)控、物流、服務(wù)全數(shù)字化貫通。最終形成高度靈活的、個(gè)性化和數(shù)字化的高壓、特高壓開關(guān)產(chǎn)品與高效、精益、柔性化的服務(wù)生產(chǎn)模式。繼而打造出符合工業(yè)4.0的真正意義上的“高壓開關(guān)智能制造數(shù)字化工廠”。推動(dòng)高壓、特高壓開關(guān)產(chǎn)業(yè)整體、系統(tǒng)地發(fā)展，并在我國(guó)能源裝備制造行業(yè)實(shí)現(xiàn)可復(fù)制的全面推廣和應(yīng)用。

此外，自儀院還為華西能源研發(fā)了清潔高效鍋爐智能制造數(shù)字化車間，通過建立智能制造全過程綜合管控平臺(tái)，將企業(yè)決策層、制造執(zhí)行層、生產(chǎn)過程層之間緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)企業(yè)系統(tǒng)化的全面管控。

立足現(xiàn)實(shí)三步走

工業(yè)4.0作為一個(gè)制造業(yè)的愿景還需要企業(yè)進(jìn)行多方面的準(zhǔn)備，許多相關(guān)技術(shù)也正處于起步或發(fā)展階段。

涂煊認(rèn)為，由于目前工程技術(shù)、生產(chǎn)制造和供應(yīng)鏈的數(shù)字化尚未實(shí)現(xiàn)真正的市場(chǎng)化，并且互聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)技術(shù)尚處在起步階段，因此數(shù)字化智能工廠實(shí)際上還正在分別沿著工程技術(shù)、生產(chǎn)制造和供應(yīng)鏈這三個(gè)維度獨(dú)立展開，并沒有實(shí)現(xiàn)三個(gè)維度有機(jī)而又實(shí)時(shí)地鏈接在一起的目標(biāo)。

因此立足現(xiàn)實(shí)，根據(jù)當(dāng)前對(duì)數(shù)字化智能工廠的理解和實(shí)踐，可以分三方面著手。在生產(chǎn)制造的維度上發(fā)展基于信息控制一體化的智能生產(chǎn)制造系統(tǒng)。然后在這一生產(chǎn)制造系統(tǒng)上，將它們納入企業(yè)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)（ERP）和制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的管轄之下。同時(shí)，在工程技術(shù)的維度上，建立和完善CAD、CAPP、CAM基礎(chǔ)上的PDM和PLMS，然后延伸到產(chǎn)品售后的技術(shù)支持和服務(wù)。