對標德國工業(yè)4．0中國需要如何補課＊

宗 仁

2016年去德國參加了主題為“產業(yè)發(fā)展與人才戰(zhàn)略”的培訓項目，項目安排了德國柏林工業(yè)大學、洪堡大學、慕尼黑應用技術大學等教授的講座，也參觀了kuka、蔡氏（zs）、TRAMEC工廠、Man曼恩公司、horsch等知名工業(yè)企業(yè)，拜訪了fraunhfer研究所、用戶界面設計公司、老鷹工業(yè)園區(qū)等推動工業(yè)發(fā)展的重要服務機構。中國制造業(yè)結構升級和轉型已迫在眉睫，走進德國的考察學習讓我們真切感受到什么才是工業(yè)4．0，可以給中國制造業(yè)發(fā)展提供一些借鑒。

一、如何認識德國工業(yè)4．0

“工業(yè)4．0”的概念源于2011年德國漢諾威工業(yè)博覽會，其初衷是通過應用物聯(lián)網等新技術提高德國制造業(yè)水平，在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等學術界和產業(yè)界的大力推動下，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經濟技術部于2013年將“工業(yè)4．0”項目納入了《高技術戰(zhàn)略2020》的十大未來項目中，計劃投入2億歐元資金，支持工業(yè)領域新一代革命性技術的研發(fā)與創(chuàng)新［1］。

工業(yè)1．0至工業(yè)4．0，就相當于四次工業(yè)革命?！肮I(yè)1．0”大致在18世紀60年代至19世紀中期，可簡稱“機械化”階段，標志是機械生產代替了手工勞動，通過水力和蒸汽機實現工廠機械化。這次工業(yè)革命的結果是人類從農業(yè)社會走向工業(yè)社會，出現了車間工人階層。機械化推動經濟發(fā)展的同時，也推動了城市化，也導致失業(yè)等社會問題?！肮I(yè)2．0”大致在19世紀后半期至20世紀初，可簡稱“規(guī)?；彪A段，標志是能源使用上的電力驅動，出現車間革命——工廠流水線生產模式，帶來產品的規(guī)?；a。福特汽車工廠率先出現流水線生產。“工業(yè)3．0”始于20世紀70年代，可簡稱“自動化”階段，也就是工業(yè)生產過程的自動化。這個階段誕生了機械手臂、機器人，而電子與信息技術的廣泛應用使得自動控制稱為可能，同時也導致了分布式乃至全球化的工廠出現?！肮I(yè)4．0”即將來臨，我們也可以簡稱為“智能化”階段，“工業(yè)4．0”是德國聯(lián)邦政府高技術戰(zhàn)略工作組基于對制造業(yè)前景的預測而制訂的前瞻性計劃，試圖呈現以信息物理系統(tǒng)（Cyber－Physical Systems，CPS）為核心，引領第四次工業(yè)革命的全新生產體系［2］。其特征表現為，產品全生命周期和全制造流程的數字化以及基于信息通信技術的模塊集成，形成一個高度靈活、個性化、數字化的產品與服務的生產模式［1］。

圖1 工業(yè)1．0到工業(yè)4．0的演進

筆者對德國工業(yè)4．0有以下認識：

（一）工業(yè)4．0的本質是在大數據下實現“智能工廠”

“智能化＋網絡化”是工業(yè)4．0的主要特征，智能化是德國“工業(yè)4．0”計劃的靈魂。在工業(yè)4．0階段，工廠內的高精度攝像頭、3D技術、傳感器和網絡技術讓人機互動、更加智能。借助“社交網絡”，自動化的車間升級為新型“智能工廠”，人機交互更加簡單，并雙向互動。kuka公司的員工在處理軸承加工打磨、打孔等環(huán)節(jié)時，在pad上可以自由調整工業(yè)流程，設定作業(yè)開始和結束的時間，并仍然可以在下班后實現遠程控制；同時，具體到某個產品的生產工人、生產時間、檢測過程等數據也被實時終身記錄下來，進而可以構建大數據系統(tǒng)。這種數據的交互從工人與機器之間、產品與生產設備之間可以逐漸擴大到工廠內的不同車間之間、工廠之間、工廠與設計部門及銷售部門之間。

工業(yè)4．0的關鍵突破口是互聯(lián)網技術的應用?；ヂ?lián)網將實體世界與信息系統(tǒng)相結合，物聯(lián)網、務聯(lián)網技術普遍運用到了工廠中，互聯(lián)網將人與機械設備、銷售中心、檢測中心等都聯(lián)系在一起，通過信息的自動分析、處置、反饋等實現智能。網絡運用不同于技術創(chuàng)新，但可以用于傳統(tǒng)行業(yè)的改造。工業(yè)4．0是網絡和大數據的應用，實現“互聯(lián)網＋”，一切都智能化。例如圖2中的“老爺車”，過去汽車剎車片都是規(guī)定更換的周期，如5年更換一次，現在車上裝著檢測剎車片耗損情況的傳感器，剎車片需更換的信息會比較精準的把握，把過去的保守估計、模糊質保期變得科學可靠，且信息直接會反饋到廠家，廠家可以精準實現生產訂單化，在生產時間和計劃數量上也更加合理。車子還是那輛“老爺車”，但是“工業(yè)4．0”帶來了變化。

圖2 互聯(lián)網的運用讓“老爺車”智能化

（二）生產的復雜性與個性化定制成為可能

德國“工業(yè)4．0”計劃是以生產的復雜性作為工業(yè)革命的劃分標準。工業(yè)產品的消費需求越來越個性化，制造業(yè)應該適應個性化定制新模式的要求，產品設計需要有更多的菜單式選擇甚至讓消費者DIY自主設計，生產也就不可能按傳統(tǒng)的大規(guī)模批量制造模式。一方面是大量個性化消費需求的海量數據與信息，另一方面是非標準化的產品設計、非標準化的工業(yè)流程，這些生產信息與數據也是大量的，這些大數據在互聯(lián)網上交互，然后由智能制造設備快速分析處理，調整生產流程和配置，定制出個性產品。個性化讓生產過程更加復雜，催生制造向智能化發(fā)展。工業(yè)4．0可以動態(tài)配置生產方式，與傳統(tǒng)生產方式不同，固定的生產線概念消失了。據寶馬公司的介紹，現在寶馬的很多款汽車都可以菜單定制和提供個性化產品。

（三）生產性服務業(yè)的快速發(fā)展為“工業(yè)4．0”提供保障

網絡、大數據中心等本身就是支撐服務了工業(yè)4．0的發(fā)展，而現代工業(yè)生產的過程融合了更多的生產性服務業(yè)的參與，或者說是工業(yè)生產中的很多環(huán)節(jié)被專業(yè)化分工出來。工業(yè)設計、流程模擬在工業(yè)4．0中更重要。模擬過程也是大數據的應用過程。過去工業(yè)設計在工業(yè)2．0、工業(yè)3．0時代都很重要，流水線生產和工業(yè)自動化都離不開工業(yè)設計?，F在工業(yè)4．0時代更是將工業(yè)設計變成數控機床、操控軟件、遠程app等，軟件成為決定生產程序和產品優(yōu)劣的關鍵因素。

在德國政府的支持下，很多高校、研究所和大企業(yè)的公共服務平臺十分重視為廣大中小企業(yè)提供公共服務。為中小企業(yè)提供信息、測試、流程再造的設計等支持。也有許多咨詢機構從高校、研究所分化出來專業(yè)從事生產性服務。生產領域的很多重要軟件也都源自于德國。kuka機器人公司有80多個合作公司（供應商），提供分析、咨詢、模擬、培訓和工業(yè)設計。工業(yè)制造出現更多的專業(yè)分工與合作，只有5個人的zs公司與kuka公司合作，側重于幫助kuka進行機器人應用的開發(fā)，幫助用戶做量身定做的設計。產業(yè)鏈分工的專業(yè)化，飛機、大型客車等的模型生產所需的銑頭也只是由幾個人的TRAMEC工廠生產，機器手臂則可能是kuka的，而且專業(yè)化的分工讓上下游供應商建立長期信任的關系。

（四）工業(yè)標準化在“工業(yè)4．0”計劃中更為重要

第四次工業(yè)革命本質是爭奪主導世界未來的工業(yè)標準，誰能早日實現第四次工業(yè)革命發(fā)展戰(zhàn)略，誰就擁有了標準制定者的地位［3］。“工業(yè)4．0”將實現技術標準化放在最優(yōu)先地位，通過標準化規(guī)范“工業(yè)4．0”的具體部署，加快制定以智能化為特征的重大成套裝備、自動化生產線系統(tǒng)標準，盡早確立相應的全套標準化體系［4］。

德國是世界工業(yè)標準化的發(fā)源地，約有2／3的國際機械制造標準來自“德國標準化學會DIN”，包括一系列專業(yè)委員會。10月28日上午我們拜訪了德國標準化研究所。德國標準化研究所非國家機構，而是公益性的協(xié)會，資金來源于私營企業(yè)支持、會費收入和出售“標準”的收入，不受政府和行政部門的約束。3萬多條標準只有6000條左右寫入法律強制執(zhí)行，其他都是行業(yè)內企業(yè)自愿采用。

工業(yè)4．0更需要有“工匠精神”。嚴謹理性是德國人的民族性格，也融入到制造業(yè)文化中?！暗聡圃臁币再|量標準獲得贊譽、樹立品牌，很少有召回事件。很多德國工業(yè)產品往往不設產品保修期或者是幾百年的保修期，因為他們的理念是產品生產出來就是永久使用的。一個鐘表的故事是［5］，德國殖民時期在青島市江蘇路修建的基督教堂的鐘表，迄今運轉正常，2010年，在華投資生產大型齒輪的一名德國商人陪父親在青島游覽時看見了這座鐘表，老人頓時認出鐘表所用的齒輪便是由他的家族企業(yè)供應的，并表示“還能再用上300年”。精細化管理也貫穿在德國現代工業(yè)時代的管理全過程。

二、對標“工業(yè)4．0”中國如何補課

我們在看到德國全面進行制造業(yè)升級的時候，必須弄清楚自己的路并未有走完。總體看，我國制造業(yè)發(fā)展仍然以量取勝，勞動力密集，自動化程度低。我國工業(yè)訂單化產品比例小，個性定制更少，生產自動化程度低，機器人應用更少。某種程度上，還是低水平的工業(yè)3．0，首先需要的是補課、補欠帳。如果在機械化程度不高、自動化水平較低、流程管理缺乏標準化等情況下，癡迷于工業(yè)4．0的光環(huán)，會讓我國工業(yè)技術革命走入歧途。

（一）要補工業(yè)設計的欠帳

工業(yè)4．0熱衷于智能產品，但對中國而言，工業(yè)設計和流程管理還十分薄弱。如何有效管理好BOM（即產品結構及物料清單），有效管理好流程，是我國工業(yè)需補的欠帳。德國曼恩公司（man）每5分鐘組裝完成一輛重型卡車，組裝的流程被精細的分解成若干環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)又有若干動作，但都是5分鐘完成，有的環(huán)節(jié)是純人工如安裝螺絲，有的是人機合作，而有的環(huán)節(jié)是純機器人操作，不同環(huán)節(jié)流程用地面和空中兩個軌道軸線相連，流水線進行。每個環(huán)節(jié)動作的分解與安排都要精心設計。這個組裝生產線可以算是工業(yè)3．0的高級階段。而我國，對工業(yè)投入的不足和對廉價勞動力的依賴，很多工業(yè)產品生產過程缺乏流程設計，自動化程度低，生產效率不高，廢料回收和能源再利用不重視，工業(yè)環(huán)保條件也差。這種現象中小企業(yè)尤其普遍，也包括很多開發(fā)區(qū)企業(yè)。由于這樣的市場業(yè)務少，高水平的工業(yè)設計服務機構和人員也缺乏。因此，要大量培養(yǎng)工業(yè)設計尖端人才，讓工廠流水線更加合理，自動化程度更高，是今后一段時間工業(yè)發(fā)展必須補的欠帳。

（二）要補智能機器人研發(fā)和應用的欠帳

德國在工業(yè)領域特別是汽車制造業(yè)領域已經廣泛應用了機器人。Kuka公司則是用“機器人”生產“機器人”的企業(yè)，具有六軸同步、柔性技術等核心技術，鉆孔、打磨、銑刨、噴漆等危險環(huán)節(jié)和超重或重復裝卸動作都有機器人完成。機器人具有效率高、誤差低、抓重能力強且有學習能力等優(yōu)勢，一個機器人就是一個生產環(huán)節(jié)的自動化，而且調整機器人的動作內容也非常容易，為工業(yè)裝配線的更改調整和個性化提供手段。大量機器人的應用實現了高度自動化。

中國現在已經有少數企業(yè)開始進軍工業(yè)自動化、工業(yè)機器人等領域，但拿來應用的多、研發(fā)的少，處于初期學習階段。目前僅有華為、?？低暤葌€別企業(yè)能夠開始在一些重點展廳與全球領先企業(yè)同臺競技。中國要走工業(yè)4．0道路，應開展智能機器人及智能裝備系統(tǒng)集成、設計、制造、試驗檢測等核心技術研究，攻克精密減速器、伺服驅動器、傳感器等關鍵零部件［1］?，F在中國美的集團已經成功收購了kuka（庫卡）公司，這對中國大力推廣應用機器人，是一個絕好的機會，可以迅速提高工業(yè)自動化程度，快速向工業(yè)4．0邁進。

（三）補產品定制和訂單經濟的課

德國的工業(yè)產品往往都是以需定供，實行訂單制，一般在客戶下訂單的15－45天內生產或者組裝出產品。過去傳統(tǒng)的認識是“資本主義是市場經濟、社會主義是計劃經濟”，在市場經濟下產品生產往往沒有計劃性，超前或者滯后、過量或者不足等都有可能，但在互聯(lián)網經濟下，發(fā)揮信息網絡作用，大數據應用可以將制造商、供應商、服務維修商和銷售商等融合在一起，訂單經濟和個性化定制都成為可能?！坝唵沃啤弊審碗s的市場需求在大數據云平臺的支持下，很好地實現生產的計劃性。工業(yè)4．0下，大數據讓“計劃經濟”更加精準。制造企業(yè)利用智能設備、數據存儲系統(tǒng)和生產制造業(yè)務流程管理，可以使訂單自動通過整個價值創(chuàng)造鏈條，自動預訂加工機器和材料，自動組織向客戶供貨，自動優(yōu)化物流體系，并在生產環(huán)節(jié)實現數字化、可視化的智能制造［4］。

（四）利用工業(yè)4．0的新理念、新技術推動產業(yè)創(chuàng)新，實現彎道超越

智能機器人、互聯(lián)網、傳感技術等都是全新的工具，這些工具只要在工業(yè)產品生產中加以運用即可，并不是必須要多少年的積累才能實現。所以我們不需要簡單、重復地走德國等工業(yè)發(fā)達國家走過的路。工業(yè)4．0的新理念、新技術關鍵在于運用，智能化、互聯(lián)網化、自動化、個性化、定制化等等都可以快速實現。我們還可以利用新技術大力發(fā)展新興產業(yè)，推動產業(yè)創(chuàng)新，實現彎道超越。例如德國傳統(tǒng)汽車行業(yè)非常發(fā)達，技術成熟，中國與之差距甚遠，但是新能源汽車世界各國都是嶄新面對，中國在電動汽車、智能汽車上與其他國家差距不大，如果在汽油發(fā)動機變成電池驅動、電池儲存技術、快充技術等這些方面快速突破，就可以在未來汽車制造業(yè)擁有一席之地。

［1］羅文．德國工業(yè)4．0戰(zhàn)略對我國推進工業(yè)轉型升級的啟示［J］．工業(yè)經濟論壇，2014，1（6）．

［2］阿爾馮斯·波特霍夫．工業(yè)4．0：開啟未來工業(yè)的新模式、新策略和新思維［M］．機械工業(yè)出版社，2015．

［3］高歌．德國“工業(yè)4．0”對我國制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的啟示［J］．中國特色社會主義研究，2017，（2）．

［4］王茹．德國工業(yè)4．0的優(yōu)勢、挑戰(zhàn)與啟示［J］．經濟研究參考，2016，（51）．

［5］齊治平．德國工業(yè)4．0：制造業(yè)的未來？［J］．決策，2013，（9）．