工業(yè)4.0對于中國制造業(yè)有什么樣的啟示

【專家解說】：剛剛過去的2014年，在我國制造業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級的背景下，業(yè)界對于工業(yè)4.0的討論不絕于耳，再加上西門子、SAP等德國工業(yè)4.0的重要參與者推波助瀾，一時間仿佛中國的工業(yè)4.0時代馬上就要到來。然而，相比工業(yè)4.0示范工廠生產(chǎn)線上只有屈指可數(shù)的幾個工人，我國很多工廠卻還在采用半自動化的生產(chǎn)方式。那么，我們到底要用怎樣的心態(tài)來對待工業(yè)4.0?

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(jìn)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(lǐng)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(jī)應(yīng)用、規(guī)?；a(chǎn)和電子信息技術(shù)應(yīng)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(chǔ)，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、機(jī)器自組織為標(biāo)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(guān)注，是因?yàn)樵谌斯こ杀旧仙?、原材料價格波動、信息技術(shù)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(zhuǎn)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。”SAP全球高級副總裁、全球研發(fā)網(wǎng)絡(luò)和快速增長戰(zhàn)略市場總裁柯曼認(rèn)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?yàn)橹袊旧硎莻€工業(yè)大國，正處在工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)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(fèi)者的個性化需求;另一方面，是因?yàn)橹袊鴵碛写罅扛呖萍脊?，以及潛力巨大的移動互?lián)網(wǎng)和電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)，為工業(yè)4.0的落地提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

SAP大中華區(qū)總裁紀(jì)秉盟認(rèn)為，僅僅解放生產(chǎn)力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(wù)提供商轉(zhuǎn)變，不僅出售設(shè)備，還需提供包括維保在內(nèi)的全套服務(wù)。因此，服務(wù)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(shù)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(jī)遇。

據(jù)了解，為了推動工業(yè)4.0從概念走向工程實(shí)踐，同濟(jì)大學(xué)中德工程學(xué)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(shí)驗(yàn)室。

不僅是智能工廠

德國費(fèi)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(shí)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(shè)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(jì)秉盟認(rèn)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(jìn)行了充分展示：通過融合世界一流的制造技術(shù)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(rèn)為，智能工廠就是工業(yè)4.0。這種看法有點(diǎn)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(rèn)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(diǎn)。

近日，京東商城創(chuàng)始人、董事局主席兼首席執(zhí)行官劉強(qiáng)東公開表示，冰箱應(yīng)該完全免費(fèi)，而通過背后的數(shù)據(jù)和服務(wù)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(yùn)營模式。預(yù)測性維護(hù)、智能化物流也被認(rèn)為是工業(yè)4.0的重要特征。

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

柯曼認(rèn)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(yùn)載的集裝箱上安裝的傳感器傳送的地理位置等信息預(yù)測貨輪到港時間，合理安排貨車進(jìn)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(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)輸領(lǐng)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(yù)測整車生產(chǎn)還需要多長時間，從而合理安排貨運(yùn)，減少貨車的等待時間。

夯實(shí)信息化基礎(chǔ)

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(shí)似乎離我們有點(diǎn)遠(yuǎn)。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(jìn)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(yīng)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(shí)工業(yè)4.0過程中的關(guān)鍵難點(diǎn)是在于，目前有些工廠實(shí)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(shí)并非如此?，F(xiàn)實(shí)正在驅(qū)動中國工業(yè)轉(zhuǎn)型變革。波士頓咨詢集團(tuán)(BostonConsultingGroup)最近進(jìn)行的一項(xiàng)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(biāo)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(yīng)更加快速，從而快速滿足不斷變化的客戶需求;還要快速實(shí)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(rèn)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(shí)現(xiàn)數(shù)字制造的載體，它可以實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程，到生產(chǎn)執(zhí)行和服務(wù)的全生命周期的高效運(yùn)行。西門子成都工廠所應(yīng)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(gòu)建的企業(yè)頂層結(jié)構(gòu)，用于提供統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、工藝路線、設(shè)計(jì)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(jìn)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(shè)備狀態(tài)管理系統(tǒng)，用于監(jiān)控生產(chǎn)過程、設(shè)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(shè)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(jìn)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(dá)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(shí)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(jìn)的過程。在此過程中，軟件是重中之重。目前，基本的技術(shù)和現(xiàn)有制造體系的核心價值等均需要調(diào)整才能適應(yīng)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(dāng)前向智能制造、工業(yè)4.0邁進(jìn)的很重要的一點(diǎn)，就是在信息化方面參考西門子成都工廠的五層架構(gòu)查缺補(bǔ)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(yīng)該把“兩化”深度融合作為主要著力點(diǎn)。

從某種角度來看，工業(yè)4.0是由新技術(shù)驅(qū)動的，因此在邁向工業(yè)4.0的過程中，新技術(shù)的引入至關(guān)重要。

注重標(biāo)準(zhǔn)和平臺建設(shè)

工業(yè)4.0強(qiáng)調(diào)由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制模式的轉(zhuǎn)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(wù)的生產(chǎn)模式，這需要大量的新技術(shù)作為支撐?？侣J(rèn)為，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和移動互聯(lián)等將技術(shù)在工業(yè)4.0中大有作為：在海量終端實(shí)現(xiàn)互聯(lián)后，需要大數(shù)據(jù)技術(shù)對海量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分析處理;而云計(jì)算則是將不同利益相關(guān)者通過同一套數(shù)據(jù)進(jìn)行互聯(lián)的最好途徑;移動互聯(lián)技術(shù)可以將具有可預(yù)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(shí)時了解工廠的運(yùn)行情況，而不一定在工廠的控制中心。

柯曼補(bǔ)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(luò)安全問題，制定相關(guān)安全政策;在數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫嬷贫▏H統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn);要為社交所帶來的影響做好準(zhǔn)備，并積累相關(guān)技能和人才;應(yīng)對好復(fù)雜性帶來的挑戰(zhàn);完善工業(yè)領(lǐng)域帶寬基礎(chǔ)架構(gòu);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(wù)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(jī)器、機(jī)器與機(jī)器之間將對話協(xié)同，工廠生產(chǎn)由高度自動化轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)集成?被廣泛認(rèn)可和采用的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)就顯得尤為重要。

事實(shí)上，為了保障工業(yè)4.0的順利實(shí)現(xiàn)，德國把標(biāo)準(zhǔn)化排在工業(yè)4.0八項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)的問題。2013年12月，德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會發(fā)表了德國首個工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。中德兩國將在標(biāo)準(zhǔn)問題上緊密合作，并將工業(yè)4.0議題納入中德標(biāo)準(zhǔn)化合作委員會。雙方將繼續(xù)加強(qiáng)中德標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)“兩化”深度融合的具體實(shí)踐中，也應(yīng)高度重視發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化工作在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的引領(lǐng)作用，及時制定、出臺“兩化”深度融合標(biāo)準(zhǔn)化路線圖，引導(dǎo)企業(yè)推進(jìn)信息化建設(shè)。同時，還要著力實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的國際化，使得中國制定的標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)和話語權(quán)。

柯曼透露，已經(jīng)全方位參與中國工業(yè)4.0建設(shè)的SAP非常重視這一點(diǎn)，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(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

從國家層面來看，羅文還建議要超前部署、建設(shè)國家信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(shí)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(yuǎn)影響。他指出，美、德等世界工業(yè)強(qiáng)國都高度重視信息物理空間構(gòu)建，加強(qiáng)戰(zhàn)略前瞻部署，并取得積極研究進(jìn)展。中國要決勝未來的競爭，必須在構(gòu)建信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(qiáng)對CPS的總體布局，研究制定CPS建設(shè)的戰(zhàn)略目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)、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(shè)、國家網(wǎng)絡(luò)和信息安全等工作中加強(qiáng)前瞻部署和應(yīng)用推廣。另一方面，可借鑒美國組建“國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中心”的做法，組建一批國家信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺，負(fù)責(zé)承擔(dān)基礎(chǔ)理論研究，組織力量研發(fā)突破CPS軟件、傳感器、移動終端設(shè)備等工具和裝備，推動重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)的開發(fā)應(yīng)用。

事實(shí)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?yàn)槲覈耐苿恿Ρ绕渌麌腋蟆?/div>