■ 晉 煜
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工業(yè)4.0及其對(duì)我國(guó)國(guó)防裝備制造業(yè)兩化融合的啟示
■ 晉 煜
本文通過(guò)對(duì)德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略背景及其內(nèi)涵的解讀,指出其與我國(guó)兩化融合戰(zhàn)略在本質(zhì)上高度契合;繼而根據(jù)我國(guó)國(guó)防裝備制造業(yè)兩化融合的發(fā)展現(xiàn)狀與不足,從工業(yè)4.0的理念出發(fā),提出其對(duì)我國(guó)新時(shí)期國(guó)防裝備制造業(yè)兩化融合深度發(fā)展的若干啟示。
國(guó)際金融危機(jī)以后,歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始反思以往大規(guī)模離岸外包和制造業(yè)空心化對(duì)本國(guó)創(chuàng)新能力的損害和創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的破壞,意識(shí)到新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)必須依靠實(shí)體創(chuàng)新而非“去工業(yè)化”和過(guò)度金融化。在此背景下,歐美各國(guó)紛紛推出“新經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略”和“再工業(yè)化戰(zhàn)略”,旨在轉(zhuǎn)變以往的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式,重新重視和回歸以先進(jìn)制造業(yè)為代表的實(shí)體經(jīng)濟(jì),通過(guò)擴(kuò)大和優(yōu)化政府投資、加快智能制造的技術(shù)創(chuàng)新等,以數(shù)字制造技術(shù)和新能源技術(shù)等高新技術(shù)為依托,發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)和新興產(chǎn)業(yè),以之引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。其中德國(guó)提出的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略,在全球工業(yè)領(lǐng)域引起了極大關(guān)注。
“工業(yè)4.0”于2011年提出的初衷是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的應(yīng)用提高德國(guó)制造業(yè)水平,它在德國(guó)被看作是繼18世紀(jì)60年代至19世紀(jì)后期通過(guò)蒸汽機(jī)實(shí)現(xiàn)工廠機(jī)械化的“工業(yè)1.0”、19世紀(jì)后半期至20世紀(jì)初采用電力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品批量生產(chǎn)新模式的“工業(yè)2.0”、始于20世紀(jì)70年代并延續(xù)至今的電子信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)制造過(guò)程不斷提高自動(dòng)化程度的“工業(yè)3.0”之后的又一次工業(yè)革命。德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為,未來(lái)若干年,人類將迎來(lái)以虛擬—實(shí)體系統(tǒng)(Cyber-Physical System ,CPS,又譯為信息物理系統(tǒng))為核心,以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為標(biāo)志的第四次工業(yè)革命。2013年“工業(yè)4.0”被有關(guān)政府部門納入《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》的十大未來(lái)項(xiàng)目中,隨后首個(gè)德國(guó)工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化路線圖問(wèn)世,標(biāo)志著這一戰(zhàn)略在國(guó)家層面步入實(shí)施。德國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人多次強(qiáng)調(diào),德國(guó)想要繼續(xù)保持工業(yè)強(qiáng)國(guó)地位,必須實(shí)現(xiàn)以數(shù)字化工業(yè)生產(chǎn)為基本內(nèi)涵的“工業(yè)4.0”。目前德國(guó)正致力于設(shè)立“工業(yè)4.0”標(biāo)準(zhǔn)并積極向歐洲乃至全球推行。
德國(guó)的“工業(yè)4.0”項(xiàng)目的重點(diǎn)是“智能工廠”和“智能生產(chǎn)”,智能工廠重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程,以及基于數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn);智能生產(chǎn)主要涉及整個(gè)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(guò)程中的應(yīng)用等。
“工業(yè)4.0”強(qiáng)調(diào)在生產(chǎn)要素高度靈活配置條件下大規(guī)模生產(chǎn)高度個(gè)性化產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、3D打印等數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)的“智能制造”,通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)與制造業(yè)的融合、制造與服務(wù)的融合來(lái)提升復(fù)雜產(chǎn)品的制造能力以及制造業(yè)快速滿足消費(fèi)者個(gè)性化需求能力,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。在這種模式下,傳統(tǒng)的行業(yè)界限將模糊甚至消失,產(chǎn)業(yè)鏈分工和價(jià)值鏈重心將被重新整合,繼而催生新的業(yè)務(wù)領(lǐng)域和商業(yè)模式創(chuàng)新。
我國(guó)“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化、以工業(yè)化促進(jìn)信息化”、促進(jìn)工業(yè)技術(shù)和信息技術(shù)相融合的兩化融合發(fā)展戰(zhàn)略,為信息化時(shí)代我國(guó)工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)指明了方向。2011年4月,我國(guó)工信部、科技部、財(cái)政部等五部委發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合的若干意見(jiàn)》,工信部主持起草制定的《工業(yè)企業(yè)信息化與工業(yè)化融合評(píng)估國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》及《信息化與工業(yè)化融合管理體系》,將工業(yè)企業(yè)的兩化融合劃分為單項(xiàng)應(yīng)用、綜合集成、協(xié)同創(chuàng)新等幾個(gè)階段,其中協(xié)同創(chuàng)新階段的目標(biāo),就是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)及各項(xiàng)信息技術(shù)的深入應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的信息協(xié)同、資源協(xié)同、業(yè)務(wù)協(xié)同和市場(chǎng)協(xié)同,最終實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)和柔性制造。
具體而言,就是在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)方面,除了應(yīng)用信息技術(shù)提高設(shè)計(jì)效率,還要綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、控制技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和傳感技術(shù),使裝備成為信息物理融合系統(tǒng)的一部分;在經(jīng)營(yíng)管理中充分運(yùn)用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)縱向和橫向集成,實(shí)現(xiàn)管理模式和業(yè)務(wù)流程的創(chuàng)新,提高經(jīng)營(yíng)決策的科學(xué)性;在生產(chǎn)制造方面實(shí)現(xiàn)智能制造、綠色制造,提高生產(chǎn)的柔性,提高信息資源的利用,向物聯(lián)網(wǎng)、智慧企業(yè)、智慧產(chǎn)業(yè)邁進(jìn)。
“工業(yè)4.0”在本質(zhì)上仍是工業(yè)化和信息化的深度融合,被稱為“德意志的兩化融合”,是具備傳統(tǒng)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的德國(guó)在新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的信息化時(shí)代因時(shí)制宜,應(yīng)對(duì)勞動(dòng)力緊缺等自身問(wèn)題和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)挑戰(zhàn)的一種戰(zhàn)略,其實(shí)質(zhì)是充分應(yīng)用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè),實(shí)現(xiàn)以技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)工業(yè)升級(jí),在以先進(jìn)制造業(yè)為重要表現(xiàn)的未來(lái)全球競(jìng)爭(zhēng)中贏得先機(jī)??梢钥闯?,我國(guó)和德國(guó)處于制造業(yè)的不同發(fā)展階段,而我國(guó)兩化融合戰(zhàn)略尤其是協(xié)同創(chuàng)新階段的目標(biāo),本質(zhì)上是和工業(yè)4.0的內(nèi)涵高度契合的。
兩化深度融合是促進(jìn)和提高國(guó)防裝備制造業(yè)“三效”(效率、效益、效果)、“三力”(生產(chǎn)力、創(chuàng)新力、競(jìng)爭(zhēng)力)、“三降”(降低成本、降低能耗、降低物耗)的重要工具,是支撐國(guó)防裝備制造業(yè)自主創(chuàng)新、實(shí)現(xiàn)“小核心、大協(xié)作”、提高資源配置效率、促進(jìn)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)鏈和軍民融合區(qū)域特色產(chǎn)業(yè)集群形成的主要手段,其發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)為集成化、協(xié)同化和服務(wù)化:
集成化——從重點(diǎn)支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造向支持產(chǎn)品全生命周期管理發(fā)展;從進(jìn)行企業(yè)內(nèi)業(yè)務(wù)集成向跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨行業(yè)甚至跨國(guó)界的全球業(yè)務(wù)集成拓展;
協(xié)同化——“小核心、大協(xié)作”和更高的資源配置效率要求通過(guò)信息協(xié)同、資源協(xié)同、業(yè)務(wù)協(xié)同和市場(chǎng)協(xié)同,實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)協(xié)同、軍民協(xié)同、產(chǎn)業(yè)協(xié)同、企業(yè)協(xié)同;
服務(wù)化——以公共服務(wù)平臺(tái)為基礎(chǔ),采用一對(duì)多的服務(wù)方式,提供制造業(yè)信息化的應(yīng)用服務(wù),支持企業(yè)的業(yè)務(wù)過(guò)程、實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的信息和業(yè)務(wù)集成。
近年來(lái),隨著互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展,通過(guò)兩化融合戰(zhàn)略的實(shí)施和推動(dòng),與傳統(tǒng)機(jī)械加工制造模式相比,我國(guó)國(guó)防裝備制造業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)與管理、零件制造、裝配、產(chǎn)品檢測(cè)、物料配送與供應(yīng)鏈管理、售后服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期的各環(huán)節(jié)都發(fā)生了革命性的改進(jìn),企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量水平得以大大提升。
以航空裝備制造為例,其產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)歷了從二維手工制圖到全三維數(shù)字化產(chǎn)品定義,從串行設(shè)計(jì)到面向制造的并行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的演進(jìn);產(chǎn)品協(xié)調(diào)逐步從模線——樣板——標(biāo)準(zhǔn)樣件的模擬量協(xié)調(diào)過(guò)渡到全三維數(shù)字量協(xié)調(diào)模式;工藝設(shè)計(jì)逐步從二維離散式手工編制向基于知識(shí)的全三維結(jié)構(gòu)化自動(dòng)工藝設(shè)計(jì)方向演進(jìn),工藝仿真技術(shù)的應(yīng)用打破了“設(shè)計(jì)-制造-評(píng)價(jià)”和“實(shí)物驗(yàn)證”這一傳統(tǒng)模式,突破了傳統(tǒng)二維裝配工藝設(shè)計(jì)需要實(shí)物驗(yàn)證、周期長(zhǎng)、效率低的瓶頸,工藝、工裝的有效協(xié)同確保了在設(shè)計(jì)階段即可消除潛在的裝配沖突與缺陷,確保了設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)品可制造性與可維護(hù)性,實(shí)現(xiàn)了真正意義上的數(shù)字化并行工程;在零件制造方面,機(jī)械加工已實(shí)現(xiàn)依據(jù)產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)模型快速編程和仿真,部分車間建立了車間物聯(lián)網(wǎng),依據(jù)設(shè)備的使用情況和需求自動(dòng)排產(chǎn);鑄造、鍛造、熱處理及表面處理工藝也開(kāi)始進(jìn)入自動(dòng)控制、數(shù)字量數(shù)據(jù)傳遞時(shí)代;鈑金成型技術(shù)由手工成型逐步向柔性多點(diǎn)模精確成型發(fā)展,應(yīng)用仿真技術(shù)可以提前預(yù)判零件的成型工藝性,采用回彈補(bǔ)償技術(shù),降低零件返修率,縮短零件制造周期30%以上;復(fù)合材料制造從按樣板手工鋪疊發(fā)展到按三維模型數(shù)控下料、自動(dòng)鋪疊;飛機(jī)裝配模式逐步從大型復(fù)雜剛性工裝“一對(duì)一”手工裝配模式逐步向自動(dòng)化系統(tǒng)“一對(duì)多”柔性裝配模式發(fā)展等;物料配送和供應(yīng)鏈管理發(fā)生了根本性變化,例如標(biāo)準(zhǔn)件配送和采購(gòu)逐步由“干一備三”的大批量庫(kù)存、年終盤點(diǎn)、手工計(jì)數(shù)領(lǐng)用的傳統(tǒng)模式向標(biāo)準(zhǔn)件自動(dòng)揀選、按需采購(gòu)、零庫(kù)存或適度備貨的模式轉(zhuǎn)變等等。
與此同時(shí),我們也應(yīng)看到,與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)以航空裝備制造為代表的國(guó)防裝備制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度還存在不小差距,主要表現(xiàn)在:
(1)尚未建立起符合國(guó)防裝備制造特點(diǎn)的、行之有效的信息化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn);
(2)國(guó)防裝備制造的關(guān)鍵重要數(shù)字化加工設(shè)備關(guān)鍵零部件、核心基礎(chǔ)部件及軟件主要依賴進(jìn)口;
(3)信息化應(yīng)用主要停留在單元技術(shù)或集成技術(shù)的初級(jí)應(yīng)用,信息化孤島現(xiàn)象嚴(yán)重,離設(shè)計(jì)制造全面集成和經(jīng)營(yíng)管理一體化還有很大距離;
(4)公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)尚處在初創(chuàng)發(fā)展階段,難以對(duì)包括眾多民口企業(yè)在內(nèi)的國(guó)防裝備制造體系起到有效支撐作用,需進(jìn)一步培育、壯大和支持面向國(guó)防裝備制造業(yè)的公共服務(wù)平臺(tái)和專業(yè)化服務(wù)能力;
(5)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)防裝備制造業(yè)軟件產(chǎn)品研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化面臨較大挑戰(zhàn),產(chǎn)品兼容性、集成性、適應(yīng)性、穩(wěn)定性差,尚不完全具備集成平臺(tái)與綜合系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)能力;
(6)國(guó)防裝備制造信息化建設(shè)總體投入力度小,具備信息、IT、科技和管理知識(shí)的綜合性信息化人才匱乏。
工業(yè)4.0戰(zhàn)略與我國(guó)的兩化深度融合有若干相通之處,關(guān)注、認(rèn)識(shí)、學(xué)習(xí)和借鑒工業(yè)4.0的理念,對(duì)破解我國(guó)國(guó)防裝備制造業(yè)兩化融合深入發(fā)展面臨的階段性矛盾,促進(jìn)國(guó)防裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)與提質(zhì)增效具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)對(duì)德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略的分析解讀,結(jié)合我國(guó)國(guó)防裝備制造信息化發(fā)展現(xiàn)狀,我們認(rèn)為,目前我國(guó)國(guó)防裝備制造業(yè)的兩化深度融合發(fā)展,要深入研究、重點(diǎn)解決以下問(wèn)題:
(一)建立國(guó)防裝備制造的信息化標(biāo)準(zhǔn)管理體系
標(biāo)準(zhǔn)是行業(yè)的通用語(yǔ)言,是跨越企業(yè)邊界進(jìn)行分工協(xié)作的基礎(chǔ),也是連通“信息孤島”的橋梁和信息化成敗的關(guān)鍵。在市場(chǎng)化條件下,圍繞型號(hào)任務(wù)和制造項(xiàng)目建立國(guó)防裝備制造的統(tǒng)一的信息化標(biāo)準(zhǔn)管理體系,制定兩化融合共同基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),統(tǒng)一IT架構(gòu),是國(guó)防裝備制造企業(yè)協(xié)同、行業(yè)協(xié)同乃至跨行業(yè)協(xié)同和軍民融合深度發(fā)展的必然要求。在現(xiàn)階段,應(yīng)由國(guó)家有關(guān)部門牽頭,會(huì)同產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界,盡快制定國(guó)防裝備制造的信息化協(xié)同專項(xiàng)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和管理體系標(biāo)準(zhǔn),搭建參照架構(gòu),以引導(dǎo)相關(guān)企業(yè)的納標(biāo)、貫標(biāo)和信息化協(xié)同工作。
(二)保障國(guó)防裝備制造兩化融合的信息安全
國(guó)防裝備制造涉及國(guó)家秘密,信息安全和保密問(wèn)題是不可逾越的紅線。在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)應(yīng)用環(huán)境下,在推進(jìn)高端制造裝備數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化,使裝備成為虛擬—實(shí)體融合系統(tǒng)(CPS)的有機(jī)部分并有效推進(jìn)協(xié)同化的同時(shí),應(yīng)強(qiáng)化高速互聯(lián)專用網(wǎng)絡(luò)建設(shè),建立連接跨地區(qū)、跨行業(yè)的國(guó)防裝備制造供需雙方,涵蓋市場(chǎng)需求和技術(shù)信息等的專用保密網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)信息傳輸通道,防止敏感數(shù)據(jù)信息泄露、確保關(guān)鍵信息安全需要。
(三)突破關(guān)鍵核心元器件和軟件工程化應(yīng)用等技術(shù)瓶頸
用于數(shù)據(jù)采集的傳感器件和高端數(shù)字化設(shè)備控制系統(tǒng)軟件是國(guó)防裝備制造信息化建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ),也是制約我國(guó)國(guó)防裝備制造乃至制造業(yè)信息化創(chuàng)新發(fā)展的一大瓶頸,有必要加大投入,凝聚力量,在政府引導(dǎo)下,依靠市場(chǎng)機(jī)制推動(dòng)官產(chǎn)學(xué)研用社會(huì)化大協(xié)作,爭(zhēng)取獲得技術(shù)突破,促進(jìn)相關(guān)科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力,縮短原理樣機(jī)和工程化應(yīng)用的周期,盡快擺脫對(duì)外依賴,實(shí)現(xiàn)自給自足。
(四)建立國(guó)防裝備制造信息化專業(yè)人才培養(yǎng)渠道
工業(yè)4.0的核心在于人機(jī)關(guān)系的深刻變革。我國(guó)裝備制造信息化高端適用專業(yè)人才嚴(yán)重匱乏,已成為阻礙兩化深度融合發(fā)展的障礙。應(yīng)加大高技能人才隊(duì)伍建設(shè)力度,建立國(guó)防裝備制造信息化專業(yè)人才培養(yǎng)渠道,抓緊培養(yǎng)急需緊缺的相關(guān)專業(yè)技術(shù)人才和經(jīng)濟(jì)管理人才,充分發(fā)揮企業(yè)、科研院所、高校、職業(yè)院校和其他培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的平臺(tái)作用,形成良好的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式,建立起校企聯(lián)合培養(yǎng)人才的長(zhǎng)效機(jī)制,同時(shí)加強(qiáng)海外高層次人才和國(guó)外智力的引進(jìn)工作,盡快和國(guó)際先進(jìn)模式接軌,為國(guó)防裝備制造信息化發(fā)展提供人力支撐。
(五)加強(qiáng)國(guó)際技術(shù)合作和交流,構(gòu)建跨國(guó)產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟
德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家擁有先進(jìn)裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)和效率優(yōu)勢(shì),而我國(guó)擁有較大的產(chǎn)品、技術(shù)市場(chǎng)需求和較低的人力成本,兩者處于制造業(yè)發(fā)展的不同階段,國(guó)際合作互補(bǔ)性較強(qiáng)。我國(guó)應(yīng)積極拓展和強(qiáng)化與德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家的技術(shù)合作和交流,構(gòu)建產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟,加強(qiáng)創(chuàng)新合作機(jī)制建設(shè),設(shè)立跨國(guó)技術(shù)合作研發(fā)中心,加大基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新研究投入,共享研發(fā)成果,推動(dòng)我國(guó)裝備制造兩化融合向更高階段邁進(jìn)。
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作者簡(jiǎn)介:(晉煜,中國(guó)航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司規(guī)劃咨詢研究院,碩士、高級(jí)工程師、專業(yè)主管工程師,主要研究方向:產(chǎn)業(yè)規(guī)劃)