工業(yè)4.0的魅力

德國總理默克爾日前訪華期間，中德雙方重申加強“中國制造2025”和“工業(yè)4.0”的對接合作。默克爾還專程赴沈陽，參觀中德高端制造產業(yè)園。德國“工業(yè)4.0”再次成為關注話題。
“工業(yè)4.0”是德國政府旨在將信息通信技術同傳統(tǒng)制造技術進行深度結合以保持制造業(yè)世界領先地位的一項發(fā)展戰(zhàn)略，將對全球制造業(yè)產生廣泛而深遠的影響，被稱為“第四次工業(yè)革命”。這一戰(zhàn)略或概念自提出以來，在短短幾年時間內經過討論和實踐檢驗，實施路徑日漸明晰。盡管“工業(yè)4.0”正從概念變?yōu)楝F(xiàn)實，越來越多的企業(yè)愿意了解和嘗試使用“工業(yè)4.0”技術，然而全面實現(xiàn)“工業(yè)4.0”目標依然任重道遠。
“工業(yè)4.0”從概念到現(xiàn)實
“工業(yè)4.0”概念的提出同德國工業(yè)科學研究聯(lián)盟有密不可分的關系。2006年，德國聯(lián)邦教育和科研部發(fā)起成立工業(yè)科學研究聯(lián)盟，旨在推動科學同工業(yè)的結合。德國聯(lián)邦外貿與投資署的信息顯示，2011年1月，工業(yè)科學研究聯(lián)盟正式發(fā)起動議，將“工業(yè)4.0”作為德國政府未來項目。后來，“工業(yè)4.0”成為德國政府2020年高科技戰(zhàn)略行動計劃中10大未來項目之一。
在2011年4月的漢諾威工博會上，德國人工智能研究中心主任沃爾夫岡·瓦爾斯特爾在開幕式致辭中談到高收入國家的企業(yè)如何面對全球競爭時表示，企業(yè)應該準備好迎接由互聯(lián)網帶來的第四次工業(yè)革命，“工業(yè)　4.0”的概念從此開始進入公眾視野并引發(fā)持續(xù)熱議。
同前三次工業(yè)革命不同的是，“工業(yè)4.0”作為一個概念是先于事實發(fā)生的。因此，過去幾年來人們對“工業(yè)4.0”的概念議論紛紛，莫衷一是。盡管討論在繼續(xù)，德國政府、科研院所和企業(yè)卻并沒有停止“工業(yè)4.0”產品和技術的研發(fā)和應用。
為推進“工業(yè)4.0”項目，德國信息技術、電信和新媒體協(xié)會、德國機械設備制造業(yè)聯(lián)合會和德國電氣電子行業(yè)協(xié)會于2013年漢諾威工博會上正式成立了德國“工業(yè)4.0平臺”，平臺由德國聯(lián)邦經濟部長加布里爾、教育和科研部長約翰娜·萬卡以及來自行業(yè)、科技界和工會的代表共同領導。
按照“工業(yè)4.0平臺”的定義，“工業(yè)4.0”代表著第四次工業(yè)革命，是產品生命周期內全價值鏈的組織和控制的一種新水平。在“工業(yè)4.0”條件下，人、物品和系統(tǒng)相互聯(lián)接，從而形成有活力的、實時優(yōu)化、具有自我組織功能、跨企業(yè)的價值附加網絡。這種網絡能夠根據成本和資源消耗等不同的標準進行優(yōu)化。
“工業(yè)4.0”致力于滿足不斷上升的個性化消費需求，涉及產品從概念到訂單，從研發(fā)到生產，從產品配送到回收等所有階段。據“工業(yè)4.0平臺”介紹，“工業(yè)4.0”描述的是工業(yè)未來的愿景，其潛力體現(xiàn)在高度彈性、高生產率以及資源友好式生產?！肮I(yè)4.0”技術的運用使得高度個性化產品的低成本生產變成可能。
經過幾年發(fā)展，“工業(yè)4.0”所涵蓋的內容不斷擴充。從近幾年的漢諾威工博會看來，德國企業(yè)在“工業(yè)4.0”產品和解決方案的研發(fā)方面進展迅速。在2015年之前，在漢諾威工博會上展商對“工業(yè)4.0”大都停留在概念探討層面，在2015年的展會上不少大企業(yè)展出了示范性的“工業(yè)4.0”生產線，而今年的展會上許多中小企業(yè)都展出了自己的“工業(yè)4.0”產品和解決方案。
德國博世集團互聯(lián)工業(yè)創(chuàng)新小組負責人斯特凡·阿斯曼強調說，2016年博世集團在漢諾威工博會上展出的全部的“工業(yè)4.0”產品都已經投入商用，并非用來做實驗的展示品。
漢諾威工博會展商顧問委員會主席弗里德黑爾姆·洛指出，今年的漢諾威工博會展出了400多個“工業(yè)4.0”的實用案例，這標志著“工業(yè)4.0”已經實現(xiàn)了最后的突破。
“工業(yè)4.0”既是進化也是革命
盡管“工業(yè)4.0”是近些年才出現(xiàn)的一個新概念，但早在概念開始之前德國企業(yè)就開始進行了嘗試。就其本質而言，“工業(yè)4.0”是傳統(tǒng)制造技術同信息通信技術的融合，從而使得生產變得更具彈性、更加智能，互聯(lián)的程度更高、效率更高。從這個意義上來說，“工業(yè)4.0”只是數字化生產的延伸，這也是越來越多業(yè)內人士將“工業(yè)4.0”視作進化的根本原因。
瑞士ABB集團首席執(zhí)行官史畢福在接受記者采訪時指出，“工業(yè)4.0”并非憑空出現(xiàn)，而是在數字化時代快速和持續(xù)的進化，而ABB集團幾十年前就開始了數字化。與此同時，史畢福認為，“工業(yè)4.0”同之前的三次工業(yè)革命不同，前三次革命都發(fā)生在工廠內部，而“工業(yè)4.0”將給全生產的全價值鏈帶來變革，當物、服務和人都相互聯(lián)接之后，全價值鏈上的生產率都將得到真正的提高。
雖然“工業(yè)4.0”并非是單一技術突破為特征，但是“工業(yè)4.0”產品的開發(fā)，銷售以及其應用后帶來的影響都具備多種革命性特征。阿斯曼介紹說，在“工業(yè)4.0”解決方案的開發(fā)過程中，將IT和機械等不同領域的專家集中在一起相互合作是一個挑戰(zhàn)。博世集團的做法是先成立一個多功能小組，在博世集團互聯(lián)工業(yè)創(chuàng)新小組中有100多名來自各個領域的專家，大家相互協(xié)作。一個機械工程師剛開始可能不能很順暢地同一個軟件工程師交流，但雙方就某些具體的項目展開合作之后，慢慢就能理解對方。
例如，一個機械工程師可能是研磨技術方面的專家，但一個軟件工程師并不懂技術，但他可能會告訴機械工程師說自己懂算法，可能探測到機器異常的震動等指標，然后通過軟件優(yōu)化機器的工作狀態(tài)。
博世集團是“工業(yè)4.0”產品和解決方案的提供者，同時也是應用者。其應用“工業(yè)4.0”技術的工廠已經顯示出令人鼓舞的效果。阿斯曼介紹說，博世能向客戶展示其內部測試的具有說服力的數據，比如說應用了“工業(yè)4.0”技術之后，物流方面減少了30%的倉儲，物流工作人員的生產率提高了10%。在博世的一個規(guī)模較大的工廠內，應用了“工業(yè)4.0”的能源解決方案之后，每年僅電費就能節(jié)約100萬歐元，而“工業(yè)4.0”方面的投資一年內就能收回。
德國西門子公司首席技術官在接受記者采訪時指出，“工業(yè)4.0”技術的應用將給企業(yè)帶來三個維度的優(yōu)勢。首先，“工業(yè)4.0”技術的應用將使得生產過程變得更加透明，從而減少浪費，提高效率，結果必然是勞動生產率會得到提高。其次，或許是更重要的一點是，產品的研發(fā)周期將大大縮短。對于越來越多的產業(yè)而言，研發(fā)周期也被稱為“利潤周期”，誰最先將想法變成產品就能最快營利，因此研發(fā)周期對企業(yè)而言至關重要。另外，“工業(yè)4.0”將使得生產的彈性大大增加。過去只有少數人才能消費的個性化定制產品將因為“工業(yè)4.0”技術的應用而變得更便宜，從而為更多的人接受。
在未來競爭中，“工業(yè)4.0”技術的重要性可見一斑。阿斯曼說：“在我們看來，這(工業(yè)4.0技術)是未來企業(yè)必須擁有的技術，那些不愿意認真去研究‘工業(yè)4.0’并嘗試使用相關技術的企業(yè)未來將面臨很嚴重的危險?！?br />雷聲大　雨點有點小
雖然越來越多的企業(yè)開始意識到“工業(yè)4.0”技術的重要性，然而在實際應用方面，德國企業(yè)卻顯得“雷聲大”而“雨點小”。德國機械設備制造業(yè)聯(lián)合會去年10月發(fā)布的意向研究結果表明，德國中小企業(yè)在應用“工業(yè)4.0”技術方面要落后于大企業(yè)。
該研究旨在通過對德國機械工程企業(yè)的調查，獲取德國機械工程企業(yè)應用“工業(yè)4.0”技術的意愿和能力情況。針對431家德國企業(yè)的調查結果顯示，德國工程機械行業(yè)普遍認為“工業(yè)4.0”是利大于弊的積極事物。90%的企業(yè)都認為“工業(yè)4.0”有助于其在市場競爭中獲得領先地位，
結果顯示，57.2%的參與調查企業(yè)表示他們企業(yè)已經有工業(yè)4.0項目。其中20%的企業(yè)表示正積極努力開發(fā)應用“工業(yè)4.0”解決方案。另有三分之一的受訪企業(yè)表示聽說過，但還沒有采取行動應用“工業(yè)4.0”技術。僅有9%的企業(yè)表示不太清楚“工業(yè)4.0”的概念。在應用“工業(yè)4.0”技術的程度方面，12%的機械和工廠工程企業(yè)表示他們是“先行者”，另有20%表示他們是“跟隨者”，46.5%的企業(yè)表示自己還是“觀察者”。根據該研究得出的結論，人員和資金是德國企業(yè)在應用“工業(yè)4.0”技術方面面臨的主要問題。
未來面臨多重挑戰(zhàn)
截至目前，德國除了博世、西門子以及其他一些大型車企等之外，絕大多數中小企業(yè)在“工業(yè)4.0”技術的實際應用中都處于相對落后地位，這與“工業(yè)4.0”自身的特性密不可分。
首先，由于企業(yè)生產情況各不相同，完整的“工業(yè)4.0”解決方案通常都是針對用戶情況量身打造，這就給解決方案或者產品的開發(fā)帶來了極大難度。據悉，開發(fā)“工業(yè)4.0”解決方案需要生產制造方面的專家同IT專家相互配合，對于絕大多數中小企業(yè)而言，這幾乎是他們無法逾越的鴻溝。其次，由于“工業(yè)4.0”沒有普遍適用的“標準”產品，其銷售同傳統(tǒng)產品的銷售相比更加復雜。
阿斯曼表示，“工業(yè)4.0”的銷售人員必須是對生產過程等都十分熟悉的專家，博世集團必須培訓足夠多的專家，這是一個挑戰(zhàn)。
德國機械設備制造業(yè)聯(lián)合會“工業(yè)4.0”項目發(fā)言人弗蘭克·布呂克納在接受記者采訪時指出，中小企業(yè)認識到“工業(yè)4.0”或將給他們帶來新的商業(yè)模式，提高生產率，以有競爭力的價格生產個性化產品以及在類似德國的高收入國家確保工作崗位等好處。與此同時，中小企業(yè)對于一些問題依然存疑，比如由于信息安全或者標準等因素，在“工業(yè)4.0”方面的投資安全問題、經濟回報問題、有資質的雇員數量短缺問題以及法律問題等。
布呂克納認為，“工業(yè)4.0”的全面推廣應用在當前并不成熟，因為想要通過購買的方式應用“工業(yè)4.0”解決方案幾乎是不可能的?！肮I(yè)4.0”只能依靠企業(yè)自己去開發(fā)：首先確定某方面的“工業(yè)4.0”技術需求，然后從部門到工廠，再到整個企業(yè)，繼而擴展到企業(yè)之間，逐步推廣應用，這對企業(yè)來說可能需要花好幾年時間。布呂克納表示，“工業(yè)4.0”只是一個愿景，通往“工業(yè)4.0”卻是一個逐步進化的過程，最終實現(xiàn)預計需要10到15年時間。
背景資料在“智能工廠”體驗“個性化定制”
“智能工廠”被稱為德國“工業(yè)4.0”實現(xiàn)智能制造的關鍵。在不久前的漢諾威工業(yè)博覽會上，漢諾威大學研發(fā)人員別出心裁，推出一條智能化的圓珠筆生產線，不少參觀者在親身體驗“個性化定制”生產后大呼過癮。
這條生產線安裝在一個100多平方米的展廳里，分六個環(huán)節(jié)，漢諾威大學研發(fā)人員在現(xiàn)場講解，并引導和輔助參觀者完成“智能生產”。
第一個環(huán)節(jié)是個性化定制。在電腦上填寫姓名和電子郵箱即可開始個人定制，共有五個變量或選項：筆頭、筆身、筆帽、筆芯和簽名。筆頭有凸凹平三種選項;筆身則是在一個指定范圍的連續(xù)變量，靠屏幕上的一個虛擬滑輪左右滑動來控制具體參數;筆帽和筆芯各有紅、藍、黑三種顏色可選;簽名可長達20個左右字符，內容自定。定制結束后電腦會打印一個二維碼，其中包含所有定制信息，后續(xù)環(huán)節(jié)均專設二維碼讀取器。
第二個環(huán)節(jié)是生成訂單。這一環(huán)節(jié)比較簡單，由二維碼讀取器掃描二維碼，定制信息即輸入整個生產線。將二維碼貼到一個托盤的標定位置，托盤中有一塊專門設計的海綿墊，可擺放筆頭、筆身、筆芯和筆帽。
第三個環(huán)節(jié)是生產筆身。掃描二維碼后，一臺精密車床即根據定制信息對一個不銹鋼筆身毛坯進行加工：先將毛坯整體切削至定制粗細，再根據定制在筆身握筆處铇出弧線，然后打孔、擴孔、攻絲，車床艙內幾個切割頭和鉆頭來回自動切換，看得人眼花繚亂。最后一道工序是切割，一個明亮精致的不銹鋼定制筆身搞定!
第四個環(huán)節(jié)是組裝。組裝臺上方有數排方格，依次擺放著各種筆頭、筆帽和筆芯零配件。掃取二維碼后，對應定制零配件的方格即被不同顏色的射燈照亮。體驗者取出定制配件擺放到托盤海綿墊上，然后按顯示屏提示順次組裝成一支完整的圓珠筆。
第五個環(huán)節(jié)是激光刻字。掃取二維碼，將圓珠筆放入激光雕刻機內。不到一分鐘，自選的文字甚至圖案即被鐫刻在不銹鋼筆身上。
第六個環(huán)節(jié)是檢測驗收。先把托盤放在標定位置并讀取二維碼，一只靈巧的機械手伸過來自動抓取圓珠筆，隨后將其放入另一側的質量檢測儀中，確認產品質量合格且符合定制信息后，檢測儀屏幕上即顯示“祝賀”字樣，一支如假包換的個性化定制圓珠筆出廠交貨了!
研發(fā)人員介紹說，這其實是一條科普性演示生產線，為便于參觀者體驗，特意分成相對獨立的六個環(huán)節(jié)，而且有的工位需要人工輔助操作。雖然生產線很簡單，但體現(xiàn)了工業(yè)4.0的一些重要理念：個性化定制和智能生產。換句話說，盡管參觀者的定制各不相同，全部可在一條生產線上完成，不需額外增加生產線或設備。這種生產過程中的高度靈活性和機動性，就是“智能”的體現(xiàn)。
特別值得一提的是，筆身握筆處的造型由一個指定范圍的連續(xù)變量控制，該處筆身的粗細和弧線完全由參觀者根據個人審美和握筆習慣來自我設計。由于虛擬滑輪的位置是隨機的，從理論上說，這意味著生產出來的每支筆都可能不同，加上激光雕刻環(huán)節(jié)，可以說每支筆都是獨一無二的。如此定制的圓珠筆，既可個人收藏，也可作為小禮品或生日禮物送人，都具有特別意義。記者親見一個德國男孩很想多做幾支，因為人多，被在場的研發(fā)人員婉言勸止了。
博覽會還展出了一條定制軌道式接線端子的智能生產線，核心設備是一個八臂機器人。接到訂單后，機器人首先確定它能否組裝定制的產品。如果能，機器人瞬間就能按定制要求組裝出一個軌道接線端子，然后成型、驗收。但凡軌道長度、模塊數量或模塊之間的間隙與定制不符，就不能通過最后一道工序的檢測。
有人擔心，高度個性化定制可能導致產品售后服務太復雜或成本太高，但從上述兩條智能生產線的實際運作看，由于產品有可能出問題的部分均高度模塊化，替換更新其實非常便捷。
至于個性化定制需求究竟有多大，業(yè)內的普遍看法是，個性化需求固然強求不得，但隨著技術進步和消費者要求或品味的不斷提高，一個大規(guī)模個性化定制需求的時代應該不會遙遠。從供給側角度說，最重要的是，當這個時代真的到來時，生產商是否為此做好了準備。
相關評論愿景與現(xiàn)實——德國“工業(yè)4.0”再思考
經歷了一場空前全球金融危機的洗禮，世界正迎來一輪新的科技革命和產業(yè)變革浪潮。德國、美國、日本、法國、韓國等發(fā)達國家紛紛推出相關國家戰(zhàn)略或計劃，試圖通過技術進步和產業(yè)調整重獲工業(yè)制造優(yōu)勢，力爭在未來激烈的全球競爭中占據先機，其中最引人注目的是德國在2011年推出的“工業(yè)4.0”。
有人在搜索引擎谷歌上做過這樣的統(tǒng)計：從2014年10月至2015年10月，“工業(yè)4.0”一詞的搜索條目多達24.6萬條，而對應的德文“Industrie4.0”只有18.6萬條。這組數字從一個側面反映了中國對德國“工業(yè)4.0”的高度關注。
“工業(yè)4.0”之所以在中國乃至世界引發(fā)廣泛關注，很大程度上在于它為世人描繪了一幅“第四次工業(yè)革命”的愿景。但是因為概念先導，并且缺乏類似蒸汽機、電力、電子信息技術等前三次工業(yè)革命所具有的決定性單一核心技術，圍繞“工業(yè)4.0”的準確內涵以及它是工業(yè)“進化”還是“革命”，一直存在爭論。
這也難怪，細看“工業(yè)4.0”依賴的技術支撐，如物聯(lián)網、云計算、大數據、工業(yè)機器人、射頻識別傳感技術、3D打印、虛擬現(xiàn)實和人工智能等，其中有些技術，如3D打印和工業(yè)機器人，都已開發(fā)應用多年。那么，顛覆性力量在哪里?
“工業(yè)4.0”究竟意味著什么，德國人最初自己也說不清。與“工業(yè)4.0”相關的概念現(xiàn)在滿天飛，核心關鍵詞無非兩個，通俗一點說就是“集成”和“智能化”。
“集成”在這里不是簡單的拼湊或疊加。在“工業(yè)4.0”時代，借助于自動化、數字化等成果，從供給一端到需求一端，各個鏈條和環(huán)節(jié)縱橫方向都實現(xiàn)互通互聯(lián)，虛擬世界和物理世界高度融通，進而實現(xiàn)智能管理、智能制造、智能產品、智能物流和智能服務等“智能化”躍升，其中核心是智能制造，所以“智能化”是目標。
通過“集成”實現(xiàn)“智能化”，貫穿其中的是一種全新的理念，即高效的大規(guī)模個性化定制生產和服務。在現(xiàn)有工業(yè)生產模式下，定制化生產和服務成本高昂。在“工業(yè)4.0”時代，人類將以更快的產品研發(fā)速度、靈活高效的生產方式、大幅降低的運行成本，為用戶提供及時可靠的個性化定制智能產品和服務。由于智能化無處不在，未來將有可能突破工業(yè)生產的領域，在更廣范圍內催生一系列新的產業(yè)、服務、管理和生活模式，如智能城市或智能家居等。
由此可見，“工業(yè)4.0”其實是一種理念，或者說是一種基于共識的行動綱領。如果說前三次工業(yè)革命分別是機械化、電氣化和自動化，“工業(yè)4.0”或許可以稱之為是一次理念催生的“智能化”工業(yè)革命。
德國國家科學與工程院院長孔翰寧是“工業(yè)4.0”的主要設計師之一。當有人問起“工業(yè)4.0”究竟是“進化”還是“革命”時，他耐人尋味地回答說，實現(xiàn)“工業(yè)4.0”的過程是“進化的”，但結果是“革命性的”。
“工業(yè)4.0”的愿景是誘人的，但要變?yōu)楝F(xiàn)實仍需不斷探索。不過，無論這次工業(yè)變革是“進化”還是“革命”，至少有兩點已不容忽視：一是“工業(yè)4.0”是德國政府為未來保持本國制造業(yè)世界領先地位而制定的國家戰(zhàn)略，并且正在不遺余力地推動;二是“工業(yè)4.0”在德國引發(fā)了一輪持續(xù)不衰的探索創(chuàng)新浪潮，正在逐步重塑德國工業(yè)制造。
面對新一輪世界科技革命和產業(yè)變革浪潮，中國2015年推出“中國制造2025”，通過兩化融合和“互聯(lián)網+”，對本國制造業(yè)進行轉型升級，以實現(xiàn)從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”的跨越。中國和德國分別是制造大國和制造強國，兩國政府正積極推動雙方就“中國制造2025”和“工業(yè)4.0”進行戰(zhàn)略對接。如何抓住機遇，順利抵達彼岸，既需要迎難而上的戰(zhàn)略勇氣，更需要立足現(xiàn)實的策略智慧。
首先，新一輪工業(yè)革命的本質是主導未來世界的工業(yè)標準之爭。美國互聯(lián)網和軟件業(yè)發(fā)達，因此提出工業(yè)互聯(lián)網標準，試圖從軟件出發(fā)打通硬件;德國擁有強大的機械制造業(yè)，希望從硬件出發(fā)打通軟件。中國是制造業(yè)和互聯(lián)網大國，同時擁有推行工業(yè)標準所需的龐大市場，應從早期介入，憑借自身優(yōu)勢積極參與游戲規(guī)則的制定，并在對外經貿合作中推介“中國標準”。
其次，因地制宜制定發(fā)展策略。“工業(yè)4.0”的實現(xiàn)將是一個長期的過程，即便在德國最具競爭力的工廠，目前也只是局部實現(xiàn)“工業(yè)4.0”的應用。“工業(yè)4.0”是具備基礎條件的企業(yè)轉型升級的方式之一，但不是競爭力的唯一來源。根據世界銀行和通用電氣公司的一項統(tǒng)計預測，“工業(yè)4.0”將影響46%的全球經濟。中國人多地廣，產業(yè)發(fā)展極不平衡，有的還停留在工業(yè)2.0時代。條件成熟的企業(yè)可以引進先進解決方案或尋求彎道超車;條件不成熟的則要立足現(xiàn)實，尋找更符合自身需求、更經濟的轉型升級方案。
第三，掌握核心技術的才是王者。中國政府大力倡導“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”，歸根結底就是要有我們自己的核心技術。如何集中力量在諸如芯片、精益模具等一些尖端制造領域實現(xiàn)技術突破，如何更好地保護知識產權鼓勵創(chuàng)新，如何珍惜和更好地充分利用本土創(chuàng)新，都是未來努力的重要方向。
第四，始終把安全放在重要位置。智能化時代數據高度互聯(lián)，如何確保數據或信息安全被認為是實現(xiàn)“工業(yè)4.0”的主要挑戰(zhàn)之一。這不僅在企業(yè)層次，在國家層次更是如此。
展望未來，“工業(yè)4.0”帶來的機遇與挑戰(zhàn)并存。有句話說得好：一個理念從提出到實現(xiàn)是一個很漫長的過程，甚至到最后出現(xiàn)的已經完全不是最初設想的東西。盡管“工業(yè)4.0”或缺乏顛覆性的技術支撐，但滲透其中的全新理念有可能在未來帶來顛覆性的變革。這或許正是它的魅力所在。
浪潮已經洶涌而起，失之交臂者將會被時代遠遠拋在后面。這的確是一個需要和呼喚弄潮兒的時代。