一直想寫一些工業(yè)4.0的文章，而且一直在思考第一篇文章是關(guān)于工業(yè)4.0的一個(gè)綜述，但實(shí)在構(gòu)思不出超越2014年10月2日發(fā)表在微博The_Mechanic的那篇《德國工業(yè)新戰(zhàn)略》文章。此文非常全面，是工業(yè)4.0難得的可以作為藍(lán)圖的文章，借這篇文章，作為這個(gè)系列的開始。同時(shí)在后續(xù)的文章中，逐步將理解不同之處，逐一點(diǎn)出。
下圖是根據(jù)《德國工業(yè)新戰(zhàn)略》文章中，德國工業(yè)4.0藍(lán)圖繪制的框架圖。
從文章中可以看出The_Mechanic非常了解西門子工業(yè)的策略，在對工業(yè)、自動化方面的闡述非常的到位。而工業(yè)4.0一定是工業(yè)與信息兩方面的融合，在信息化解決的問題方面的闡述可以深入。
《德國工業(yè)新戰(zhàn)略》對智能生產(chǎn)的闡述如下“智能生產(chǎn)的側(cè)重點(diǎn)在于將人機(jī)互動、智能物流管理、3D打印等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程，從而形成高度靈活、個(gè)性化、網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)業(yè)鏈。生產(chǎn)流程智能化是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的關(guān)鍵。”但實(shí)際上，對于一個(gè)生產(chǎn)企業(yè)而言，決策、計(jì)劃的智能對企業(yè)的價(jià)值更加重要，下面列出一些生產(chǎn)過程需要決策的問題：
1、假如工廠的產(chǎn)能是每月100,000臺電腦，當(dāng)這個(gè)月又150,000臺電腦訂單的時(shí)候，如何應(yīng)對呢？
如果超過100,000的電腦訂單全部拒絕，那么接受哪個(gè)客戶的訂單？決定接受訂單客戶的優(yōu)先級規(guī)則是什么？客戶采購量優(yōu)先呢？還是客戶的重要性優(yōu)先？
如果接受超過100,000的電腦訂單，是全部接受150,000臺的訂單，還是根據(jù)產(chǎn)能接受部分可以通過加班或者外包業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的訂單？那么些訂單接受的量有多少？超過產(chǎn)能部分是通過加班完成？還是通過外包完成？
2、客戶的訂單（對企業(yè)而言，指銷售），要轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)工單、對供應(yīng)商的采購訂單。如何將訂單轉(zhuǎn)化為工單？轉(zhuǎn)化規(guī)則是什么？
如果一個(gè)訂單特別大，需要拆分成多個(gè)生產(chǎn)工單，如何拆分？或者很多特別小的訂單，相似的生產(chǎn)需要合并生產(chǎn)，合并的規(guī)則是什么？
如何保證拆分訂單、合并訂單全部跟蹤的前提下，使工廠資源（包括人力資源、生產(chǎn)設(shè)備）的效率最高？（生產(chǎn)的優(yōu)化）。
3、隨著經(jīng)濟(jì)的全球化進(jìn)程，一家企業(yè)會在全球建立生產(chǎn)基地，同時(shí)也會與多家企業(yè)合作。所以某個(gè)訂單，還要決定在哪里生產(chǎn)，以及生產(chǎn)的地點(diǎn)。
比如聯(lián)想收購IBM之后，在上海、深圳、惠陽、匈牙利，墨西哥等地?fù)碛惺嗉夜S，面對全球訂單，每個(gè)訂單選擇在哪個(gè)工廠生產(chǎn)？
另外華為在深圳建有生產(chǎn)線，還會與富士康合作。那么當(dāng)有生產(chǎn)訂單時(shí)，哪些訂單華為自己生產(chǎn)，哪些訂單富士康生產(chǎn)？
4、假如一家工廠有三款產(chǎn)品，每款產(chǎn)品的利潤率都不同。如果產(chǎn)能高于需求，只要安排生產(chǎn)就好。但如果需求量超過產(chǎn)能極限，這三款產(chǎn)品生產(chǎn)哪一款產(chǎn)品呢？這個(gè)也是需要決策者需要決定的。
其實(shí)這一系列問題的最核心點(diǎn)是：1、保持供需之間的持久平衡；2，保持供求之間的最佳平衡。
保持供需之間的持久平衡的困難之處在于供應(yīng)商、生產(chǎn)環(huán)節(jié)（包括各個(gè)產(chǎn)線，生產(chǎn)設(shè)備、操作員）、物流環(huán)節(jié)、財(cái)務(wù)、客服等多個(gè)環(huán)節(jié)，包括：原材料質(zhì)量問題，生產(chǎn)周期變化、生產(chǎn)變化、產(chǎn)品導(dǎo)入導(dǎo)出、客戶訂單修改、銷售預(yù)測更新、生產(chǎn)質(zhì)量問題、生產(chǎn)產(chǎn)能問題、工程變化、運(yùn)營目標(biāo)修改等等，而這些問題會影響到生產(chǎn)計(jì)劃。在影響了生產(chǎn)計(jì)劃之后，需要確認(rèn)問題，重新調(diào)整產(chǎn)能以及調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，重新調(diào)整交貨計(jì)劃，與客戶溝通調(diào)整的交貨計(jì)劃，評估財(cái)務(wù)計(jì)劃，重新與供應(yīng)商協(xié)調(diào)收獲計(jì)劃，等等。
保持供求之間的最佳平衡，需要解決以下問題：
1、在一個(gè)擁有多種資源的環(huán)境下，資源的選擇（多個(gè)工廠，選哪個(gè)工廠生產(chǎn)）。
2、在季節(jié)性商業(yè)環(huán)境下，生產(chǎn)率的決定。（季節(jié)性生產(chǎn)，還是淡季生產(chǎn)庫存，旺季消耗庫存）。
3、在供應(yīng)有限的情況下，產(chǎn)品組合的決定。
4、在產(chǎn)能有限的情況下，生產(chǎn)還是采購的決定。
5、在供應(yīng)有限的情況下，分銷的決定（有限滿足什么樣的渠道或者客戶）。
這些方面的決定能對整個(gè)運(yùn)作績效產(chǎn)生巨大的影響。
以上種種問題，一方面需要信息流打通，即ERP、生產(chǎn)制造的管理系統(tǒng)、生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)、物流管理系統(tǒng)、客戶管理系統(tǒng)等所有系統(tǒng)的信息暢通。同時(shí)也需要利用基礎(chǔ)的信息平臺，建立決策、計(jì)劃機(jī)制，并將生產(chǎn)優(yōu)化的規(guī)則固化在信息系統(tǒng)中。
我推斷《德國工業(yè)新戰(zhàn)略》文章的作者出自工業(yè)圈，因而在工業(yè)方面可以深入淺出的闡述，但在信息化方面的闡述還可以深入，我寫此文的目的，是提出工業(yè)4.0的智能生產(chǎn)方面，在信息化方面還需要解決的問題，希望研究工業(yè)4.0的學(xué)者、企業(yè)不要忽視信息化的重要性。
寫作此文的目的，一方面整理思路，一方面希望讀者可以將您對工業(yè)4.0在信息化方面需要解決的問題反饋給我，幫助我完成思考。
附：德國工業(yè)新戰(zhàn)略
摘要：本文是發(fā)布比較早的一個(gè)工業(yè)4.0的文章。當(dāng)時(shí)工業(yè)4.0還沒有炒熱。不過這篇文章內(nèi)容被很多文章轉(zhuǎn)載。此文源自The_Mechanic。
德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略意圖及對中國的啟示
導(dǎo)讀：當(dāng)中國人瘋狂迷戀于金融、電商，天天喊著要顛覆這個(gè)顛覆那個(gè)的時(shí)候，德國已經(jīng)進(jìn)入了制造4.0時(shí)代，并作為它的國家戰(zhàn)略被鮮明的提出，在整個(gè)德國企業(yè)界得到廣泛應(yīng)用。
反觀中國還在小商業(yè)計(jì)謀上面爭得不可開交時(shí)，把流通那點(diǎn)環(huán)節(jié)搞得不亦樂乎，但是實(shí)際上對提升國家的整體競爭力來說，都是虛幻的。
中國的企業(yè)競爭力到底在何方？到現(xiàn)在就像霧霾中的城市，老路仍然看不清方向。你再看看在中國滿大街跑的奔馳、寶馬、奧迪，外國企業(yè)幾乎壟斷了中國的所有高端品牌。而中國留戀于金融、電商、互聯(lián)網(wǎng)思維這些“小技巧”里面，作繭自縛，這是一種沒有遠(yuǎn)見的戰(zhàn)略，我們應(yīng)該好好地向德國學(xué)習(xí)。
所謂制造工業(yè)4.0的概念，是以智能制造為主的第四次工業(yè)革命，它把德國的傳統(tǒng)制造技術(shù)與現(xiàn)代無處不在的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合，產(chǎn)生智能化的機(jī)械設(shè)備制造，將再次在全球范圍內(nèi)提升德國的全球競爭力。
一、德國工業(yè)4.0的本質(zhì)與目標(biāo)是什么？
工業(yè)4.0在德國被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命，是德國政府2011年11月公布的《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》中的一項(xiàng)戰(zhàn)略，旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，保持德國的國際競爭力。
2013年4月，德國機(jī)械及制造商協(xié)會、德國信息技術(shù)、通訊與新媒體協(xié)會、德國電子電氣制造商協(xié)會合作設(shè)立了“工業(yè)4.0平臺”，并向德國政府提交了平臺工作組的最終報(bào)告——《保障德國制造業(yè)的未來——關(guān)于實(shí)施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》。報(bào)告提出，德國向工業(yè)4.0轉(zhuǎn)變需要采取雙重策略，即德國要成為智能制造技術(shù)的主要供應(yīng)商和CPS（信息物理系統(tǒng)）技術(shù)及產(chǎn)品的領(lǐng)先市場。報(bào)告還展望了德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的發(fā)展前景。
1.本質(zhì)是基于“信息物理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)“智能工廠”
工業(yè)4.0，其實(shí)就是實(shí)現(xiàn)“智能工廠”。第一次工業(yè)革命始于18世紀(jì)后半期由蒸汽機(jī)實(shí)現(xiàn)工廠的機(jī)械化；第二次工業(yè)革命始于19世紀(jì)后半期用電力來實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；可a(chǎn)；第三次工業(yè)革命始于20世紀(jì)后半期通過電氣和信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的自動化。
工業(yè)4.0將在前三次工業(yè)革命的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)化，基于信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System）實(shí)現(xiàn)新的制造方式。信息物理系統(tǒng)是指通過傳感網(wǎng)緊密連接現(xiàn)實(shí)世界，將網(wǎng)絡(luò)空間的高級計(jì)算能力有效運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)世界中，從而在生產(chǎn)制造過程中，與設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)將通過傳感器采集并進(jìn)行分析，形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。
2.核心是動態(tài)配置的生產(chǎn)方式
工業(yè)4.0報(bào)告中描述的動態(tài)配置的生產(chǎn)方式主要是指從事作業(yè)的機(jī)器人（工作站）能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)訪問所有有關(guān)信息，并根據(jù)信息內(nèi)容，自主切換生產(chǎn)方式以及更換生產(chǎn)材料，從而調(diào)整成為最匹配模式的生產(chǎn)作業(yè)。動態(tài)配置的生產(chǎn)方式能夠?qū)崿F(xiàn)為每個(gè)客戶、每個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)、零部件構(gòu)成、產(chǎn)品訂單、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)制造、物流配送，杜絕整個(gè)鏈條中的浪費(fèi)環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式不同，動態(tài)配置的生產(chǎn)方式在生產(chǎn)之前或者生產(chǎn)過程中，都能夠隨時(shí)變更最初的設(shè)計(jì)方案。
例如，目前的汽車生產(chǎn)主要是按照事先設(shè)計(jì)好的工藝流程進(jìn)行的生產(chǎn)線生產(chǎn)方式。盡管也存在一些混流生產(chǎn)方式，但是生產(chǎn)過程中，一定要在由眾多機(jī)械組成的生產(chǎn)線上進(jìn)行，所以不會實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的多樣化。管理這些生產(chǎn)線的MES（制造執(zhí)行管理系統(tǒng)）原本應(yīng)該帶給生產(chǎn)線更多的靈活性，但是受到構(gòu)成生產(chǎn)線的眾多機(jī)械的硬件制約，無法發(fā)揮出更多的功能，作用極為有限。
同時(shí)，在不同生產(chǎn)線上操作的工人分布于各個(gè)車間，他們都不會掌握整個(gè)生產(chǎn)流程，所以也只能發(fā)揮出在某項(xiàng)固定工作上的作用。這樣一來，很難實(shí)時(shí)滿足客戶的需求。工業(yè)4.0描繪的智能工廠中，固定的生產(chǎn)線概念消失了，采取了可以動態(tài)、有機(jī)地重新構(gòu)成的模塊化生產(chǎn)方式。
例如，生產(chǎn)模塊可以視為一個(gè)“信息物理系統(tǒng)”，正在進(jìn)行裝配的汽車能夠自律在生產(chǎn)模塊間穿梭，接受所需的裝配作業(yè)。其中，如果生產(chǎn)、零部件供給環(huán)節(jié)出現(xiàn)瓶頸，能夠及時(shí)調(diào)度其他車型的生產(chǎn)資源或者零部件，繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)。也就是為每個(gè)車型自律性選擇適合的生產(chǎn)模塊，進(jìn)行動態(tài)的裝配作業(yè)。在這種動態(tài)配置的生產(chǎn)方式下，可以發(fā)揮出MES原本的綜合管理功能，能夠動態(tài)管理設(shè)計(jì)、裝配、測試等整個(gè)生產(chǎn)流程，既保證了生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，又可以使生產(chǎn)種類實(shí)現(xiàn)多樣化。
3.首要目標(biāo)是工廠標(biāo)準(zhǔn)化
德國工業(yè)影響力的一個(gè)側(cè)面就是“標(biāo)準(zhǔn)化”。PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3（PLCopen）主要是來自德國企業(yè)；通信領(lǐng)域普及的CAN、Profibus以及EtherCAT也全都誕生于德國。
工業(yè)4.0工作組認(rèn)為，推行工業(yè)4.0需要在8個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域采取行動。其中第一個(gè)領(lǐng)域就是“標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)”。標(biāo)準(zhǔn)化工作主要圍繞智能工廠生態(tài)鏈上各個(gè)環(huán)節(jié)制定合作機(jī)制，確定哪些信息可被用來交換。為此，工業(yè)4.0將制定一攬子共同標(biāo)準(zhǔn)，使合作機(jī)制成為可能，并通過一系列標(biāo)準(zhǔn)（如成本、可用性和資源消耗）對生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化。
以往，我們聽到的大多是“產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化”，而德國工業(yè)4.0將推廣“工廠的標(biāo)準(zhǔn)化”，借助智能工廠的標(biāo)準(zhǔn)化將制造業(yè)生產(chǎn)模式推廣到國際市場，以標(biāo)準(zhǔn)化提高技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新的市場化效率，繼續(xù)保持德國工業(yè)的世界領(lǐng)先地位。
目前，工信部等部委也正在借鑒德國經(jīng)驗(yàn)，編制《中國制造2025》，力求促使中國成為工業(yè)強(qiáng)國。筆者認(rèn)為，德國工業(yè)4.0受到了空前的重視，但是如何借鑒工業(yè)4.0尤其是工業(yè)4.0中的標(biāo)準(zhǔn)化問題，值得我們深入思考。
二、德國工業(yè)4.0背后的戰(zhàn)略意圖
工業(yè)4.0在德國被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命，是德國政府2011年11月公布的《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》中的一項(xiàng)戰(zhàn)略，旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，保持德國的國際競爭力。德國總理默克爾親自不遺余力地推動工業(yè)4.0，其實(shí)其背后還有很深的戰(zhàn)略用意。
1.對抗美國互聯(lián)網(wǎng)
實(shí)際上，工業(yè)4.0體現(xiàn)出德國對美國的危機(jī)感和極高的競爭意識。CPU、操作系統(tǒng)、軟件以及云計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)平臺幾乎都由美國掌控。近兩年來，Google開始進(jìn)軍機(jī)器人領(lǐng)域，研發(fā)自動駕駛汽車；Amazon進(jìn)入手機(jī)終端業(yè)務(wù)，開始實(shí)施無人駕駛飛機(jī)配送商品……美國互聯(lián)網(wǎng)巨頭正在從“信息”領(lǐng)域加速進(jìn)入“物理”業(yè)務(wù)領(lǐng)域。顯而易見，這一趨勢對制造業(yè)的破壞性影響只是時(shí)間問題，因此，德國產(chǎn)生了前所未有的危機(jī)感。
德國的工業(yè)4.0戰(zhàn)略詳盡描繪了信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System）概念，希望通過信息物理系統(tǒng)開創(chuàng)新的制造方式，實(shí)現(xiàn)“智能工廠”。信息物理系統(tǒng)是指通過傳感網(wǎng)緊密連接現(xiàn)實(shí)世界，將網(wǎng)絡(luò)空間的高級計(jì)算能力有效運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)世界中，從而在生產(chǎn)制造過程中，與設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)將通過傳感器采集并進(jìn)行分析，形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。
從某種意義上說，工業(yè)4.0是德國希望阻止信息技術(shù)不斷融入制造業(yè)之后帶來的支配地位。一旦制造業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)都被云計(jì)算接管，那么制造業(yè)還是制造業(yè)嗎？所以，工業(yè)4.0希望用“信息物理系統(tǒng)”升級“智能工廠”中的“生產(chǎn)設(shè)備”，使生產(chǎn)設(shè)備因信息物理系統(tǒng)而獲得智能，使工廠成為一個(gè)實(shí)現(xiàn)自律分散型系統(tǒng)的“智能工廠”。那時(shí)，云計(jì)算不過是制造業(yè)中的一個(gè)使用對象，不會成為掌控生產(chǎn)制造的中樞所在。
2.防守中國制造業(yè)
近年來，從中國機(jī)械產(chǎn)業(yè)的高速增長中，德國看到的更多是“德國制造”自身的危機(jī)。數(shù)據(jù)顯示，德國以16%的份額占據(jù)2013年全球機(jī)械出口首位，中國以11%的份額，略低于美國位于全球第三。同時(shí)，在全球設(shè)備制造業(yè)的32個(gè)子行業(yè)中，中國已經(jīng)在7個(gè)子行業(yè)中取得了領(lǐng)先地位。更有甚者，美國波士頓咨詢公司的一篇相關(guān)分析報(bào)告曾提出警告：“歐洲機(jī)械制造商必須意識到，競爭環(huán)境已經(jīng)改變，必須對越發(fā)明顯的威脅做出反應(yīng)，否則他們將被來自中國的咄咄逼人的挑戰(zhàn)者打倒。”由此，德國《世界報(bào)》網(wǎng)站在今年3月27日報(bào)道稱“中國機(jī)械制造業(yè)嚴(yán)重威脅德國”！
2014年6月24日，德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會（VDMA）在日本東京舉行發(fā)布會，介紹了德國機(jī)械制造行業(yè)的情況。VDMA擁有120多年的歷史，涵蓋機(jī)床工業(yè)聯(lián)合會、機(jī)器人工業(yè)聯(lián)合會等38個(gè)工業(yè)聯(lián)合會，是德國橫跨各個(gè)機(jī)械產(chǎn)業(yè)的龐大社團(tuán)組織。VDMA也是搭建“工業(yè)4.0平臺”，實(shí)施德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的重要牽頭組織之一。
據(jù)日本媒體報(bào)道，當(dāng)天，VDMA主席菲斯特格（Reinhold Festge）旗幟鮮明地指出：“日本和德國的機(jī)械制造企業(yè)，應(yīng)該為確保長期發(fā)展和經(jīng)濟(jì)上的成功進(jìn)行深入合作，尤其在有交叉的一些產(chǎn)品領(lǐng)域，兩國應(yīng)該攜手面對中國的挑戰(zhàn)。”從中，德國對中國制造業(yè)的防備之心已顯而易見。
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.對于工業(yè)4.0，要借鑒也要應(yīng)對
或許有專家認(rèn)為，工業(yè)4.0不過是德國的一項(xiàng)高科技領(lǐng)域的國家戰(zhàn)略，主要是在高端制造技術(shù)上對抗美國，跟主要以低端制造為主的我國沒有多大關(guān)系。因此，我國也沒有必要對工業(yè)4.0采取應(yīng)對策略。筆者并不認(rèn)同這種觀點(diǎn)。
一方面，對于德國工業(yè)4.0，我們應(yīng)該深入研究，參考借鑒。工業(yè)4.0是德國舉國實(shí)施的全球市場運(yùn)動，我們應(yīng)該搭乘這輛便車。借勢借力，在德國推廣“信息物理系統(tǒng)”過程中，通過學(xué)會生產(chǎn)制造過程與業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的深度集成，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)要素的高度靈活配置，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)高度定制化產(chǎn)品。從而讓制造業(yè)緊跟時(shí)代趨勢，提前邁向智能化，以適應(yīng)未來的國際競爭。
另一方面，在《中國制造2025》中應(yīng)涵蓋應(yīng)對策略。據(jù)媒體報(bào)道，工信部正聯(lián)合發(fā)改委、科技部和國資委等多個(gè)部門，由中國工程院院士一起參與研究起草的制造業(yè)中長期規(guī)劃——《中國制造2025》將闡述未來10年中國工業(yè)發(fā)展的整體理念。筆者希望在《中國制造2025》中能夠有效考慮到德國工業(yè)4.0帶來的沖擊和潛在競爭因素。因?yàn)槲覈恢笔侵圃齑髧?，卻不是制造強(qiáng)國。工業(yè)4.0來了，物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)將取代傳統(tǒng)封閉性的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，成為未來工業(yè)的根基。而在物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)等信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域更為落后的我們，未來還有沒有成為制造強(qiáng)國的機(jī)會？
三、德國工業(yè)4.0的中國啟示
德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略為我們展現(xiàn)了一幅全新的工業(yè)藍(lán)圖，深入分析其愿景與要點(diǎn)，可以洞察德國提出工業(yè)4.0的目的與戰(zhàn)略意圖。在新的發(fā)展背景下，將信息化的時(shí)代特征與我國工業(yè)化歷史進(jìn)程緊密結(jié)合起來，把兩化深度融合作為主線，為推動工業(yè)轉(zhuǎn)型升級注入新的動力，從而在向工業(yè)化邁進(jìn)的過程中占得先機(jī)，這是4.0戰(zhàn)略對我國推進(jìn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要啟示。
1.戰(zhàn)略愿景與要點(diǎn)
與美國流行的第三次工業(yè)革命的說法不同，德國將制造業(yè)領(lǐng)域技術(shù)的漸進(jìn)性進(jìn)步描述為工業(yè)革命的四個(gè)階段，即工業(yè)4.0的進(jìn)化歷程。
1）工業(yè)1.018世紀(jì)60年代至19世紀(jì)中期，通過水力和蒸汽機(jī)實(shí)現(xiàn)的工廠機(jī)械化可稱為工業(yè)1.0。這次工業(yè)革命的結(jié)果是機(jī)械生產(chǎn)代替了手工勞動，經(jīng)濟(jì)社會從以農(nóng)業(yè)、手工業(yè)為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)型到了以工業(yè)以及機(jī)械制造帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式。
2）工業(yè)2.019世紀(jì)后半期至20世紀(jì)初，在勞動分工的基礎(chǔ)上采用電力驅(qū)動產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)可稱為工業(yè)2.0。這次工業(yè)革命，通過零部件生產(chǎn)與產(chǎn)品裝配的成功分離，開創(chuàng)了產(chǎn)品批量生產(chǎn)的新模式。
3）工業(yè)3.0始于20世紀(jì)70年代并一直延續(xù)到現(xiàn)在，電子與信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得制造過程不斷實(shí)現(xiàn)自動化，可稱為工業(yè)3.0。自此，機(jī)器能夠逐步替代人類作業(yè)，不僅接管了相當(dāng)比例的“體力勞動”，還接管了一些“腦力勞動”。
4）工業(yè)4.0德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，未來10年，基于信息物理系統(tǒng)（Cyber－Physical System，CPS）的智能化，將使人類步入以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命。產(chǎn)品全生命周期和全制造流程的數(shù)字化以及基于信息通信技術(shù)的模塊集成，將形成一個(gè)高度靈活、個(gè)性化、數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。
工業(yè)4.0為我們展現(xiàn)了一幅全新的工業(yè)藍(lán)圖：在一個(gè)“智能、網(wǎng)絡(luò)化的世界”里，物聯(lián)網(wǎng)和務(wù)聯(lián)網(wǎng)（服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)）將滲透到所有的關(guān)鍵領(lǐng)域，創(chuàng)造新價(jià)值的過程逐步發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將重組，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的活動領(lǐng)域和合作形式。
1）工業(yè)4.0將使得工業(yè)生產(chǎn)過程更加靈活、堅(jiān)強(qiáng)。這將使得動態(tài)的、適時(shí)優(yōu)化的和自我組織的價(jià)值鏈成為現(xiàn)實(shí)，并帶來諸如成本、可利用性和資源消耗等不同標(biāo)準(zhǔn)的最優(yōu)化選擇。包括在制造領(lǐng)域的所有因素和資源間形成全新的循環(huán)網(wǎng)絡(luò)、智能產(chǎn)品獨(dú)特的可識別性、個(gè)性化產(chǎn)品定制以及高度靈活的工作環(huán)境等。
2）工業(yè)4.0將發(fā)展出全新的商業(yè)模式和合作模式。這些模式將力爭確保潛在的商業(yè)利潤在整個(gè)價(jià)值鏈所有利益相關(guān)人之間公平地共享，包括那些新進(jìn)入的利益相關(guān)人。同時(shí)，工業(yè)4.0“網(wǎng)絡(luò)化制造”、“自我組織適應(yīng)性強(qiáng)的物流”和“集成客戶的制造工程”等特征，也使得它追求新的商業(yè)模式以率先滿足動態(tài)的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)而非單個(gè)公司，這將引發(fā)一系列諸如融資、發(fā)展、可靠性、風(fēng)險(xiǎn)、責(zé)任和知識產(chǎn)權(quán)以及技術(shù)安全等問題。
3）工業(yè)4.0將帶來工作方式和環(huán)境的全新變化。全新的協(xié)作工作方式使得工作可以脫離工廠，通過虛擬的、移動的方式開展。員工將擁有高度的管理自主權(quán)，可以更加積極地投入和調(diào)節(jié)自己的工作。同時(shí)，隨著工作環(huán)境和工作方式的巨大改變，可以大幅度提升老年人和婦女的就業(yè)比例，確保人口結(jié)構(gòu)的變化不會影響當(dāng)前的生活水平。
4）工業(yè)4.0將促進(jìn)形成全新的信息物理系統(tǒng)平臺。全新的信息物理系統(tǒng)平臺能夠聯(lián)系到所有參與的人員、物體和系統(tǒng)，將提供全面、快捷、安全可靠的服務(wù)和應(yīng)用業(yè)務(wù)流程，支持移動終端設(shè)備和業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)同制造、服務(wù)、分析和預(yù)測流程等。
德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的要點(diǎn)可以概括為：建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、研究兩大主題、實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)集成、實(shí)施八項(xiàng)計(jì)劃。
建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。信息物理系統(tǒng)就是將物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界的融合。CPS可以將資源、信息、物體以及人緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)服務(wù)，并將生產(chǎn)工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)智能環(huán)境。這是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。
研究兩大主題：智能工廠和智能生產(chǎn)。“智能工廠”是未來智能基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程以及網(wǎng)絡(luò)化分布生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)。“智能生產(chǎn)”的側(cè)重點(diǎn)在于將人機(jī)互動、智能物流管理、3D打印等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程，從而形成高度靈活、個(gè)性化、網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)業(yè)鏈。生產(chǎn)流程智能化是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的關(guān)鍵。
實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)集成：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。工業(yè)4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過CPS形成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對端的高度集成。
橫向集成是企業(yè)之間通過價(jià)值鏈以及信息網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)的一種資源整合，是為了實(shí)現(xiàn)各企業(yè)間的無縫合作，提供實(shí)時(shí)產(chǎn)品與服務(wù)；縱向集成是基于未來智能工廠中網(wǎng)絡(luò)化的制造體系，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制生產(chǎn)，替代傳統(tǒng)的固定式生產(chǎn)流程（如生產(chǎn)流水線）；端對端集成是指貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的工程化數(shù)字集成，是在所有終端數(shù)字化的前提下實(shí)現(xiàn)的基于價(jià)值鏈與不同公司之間的一種整合，這將最大限度地實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制。
實(shí)施八項(xiàng)計(jì)劃：工業(yè)4.0得以實(shí)現(xiàn)的基本保障。一是標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)。需要開發(fā)出一套單一的共同標(biāo)準(zhǔn)，不同公司間的網(wǎng)絡(luò)連接和集成才會成為可能。二是管理復(fù)雜系統(tǒng)。適當(dāng)?shù)挠?jì)劃和解釋性模型可以為管理日趨復(fù)雜的產(chǎn)品和制造系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。三是一套綜合的工業(yè)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施?？煽?、全面、高品質(zhì)的通信網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)4.0的一個(gè)關(guān)鍵要求。四是安全和保障。在確保生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品本身不能對人和環(huán)境構(gòu)成威脅的同時(shí)，要防止生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品濫用及未經(jīng)授權(quán)的獲取。五是工作的組織和設(shè)計(jì)。隨著工作內(nèi)容、流程和環(huán)境的變化，對管理工作提出了新的要求。六是培訓(xùn)和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展。有必要通過建立終身學(xué)習(xí)和持續(xù)職業(yè)發(fā)展計(jì)劃，幫助工人應(yīng)對來自工作和技能的新要求。七是監(jiān)管框架。創(chuàng)新帶來的諸如企業(yè)數(shù)據(jù)、責(zé)任、個(gè)人數(shù)據(jù)以及貿(mào)易限制等新問題，需要包括準(zhǔn)則、示范合同、協(xié)議、審計(jì)等適當(dāng)手段加以監(jiān)管。八是資源利用效率。需要考慮和權(quán)衡在原材料和能源上的大量消耗給環(huán)境和安全供應(yīng)帶來的諸多風(fēng)險(xiǎn)。
總的來看，工業(yè)4.0戰(zhàn)略的核心就是通過CPS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備與產(chǎn)品的實(shí)時(shí)連通、相互識別和有效交流，從而構(gòu)建一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的智能制造模式。在這種模式下，生產(chǎn)由集中向分散轉(zhuǎn)變，規(guī)模效應(yīng)不再是工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素；產(chǎn)品由趨同向個(gè)性轉(zhuǎn)變，未來產(chǎn)品都將完全按照個(gè)人意愿進(jìn)行生產(chǎn)，極端情況下將成為自動化、個(gè)性化的單件制造；用戶由部分參與向全程參與轉(zhuǎn)變，用戶不僅出現(xiàn)在生產(chǎn)流程的兩端，而且廣泛、實(shí)時(shí)參與生產(chǎn)和價(jià)值創(chuàng)造的全過程。
2.對我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的啟示
把兩化深度融合作為主要著力點(diǎn)。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。在某種程度上，兩化融合可稱為我國工業(yè)的3.0，兩化深度融合可以說是我國工業(yè)的4.0。在新的發(fā)展背景下，只有將信息化的時(shí)代特征與我國工業(yè)化歷史進(jìn)程緊密結(jié)合起來，把兩化深度融合作為主線，才能為推動工業(yè)轉(zhuǎn)型升級注入新的動力，也才能在向工業(yè)化邁進(jìn)的過程中占得先機(jī)。
1）超前部署建設(shè)國家信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺。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(shí)，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。
2）啟動國家智能制造重大專項(xiàng)工程。智能制造已成為全球制造業(yè)發(fā)展的新趨勢，智能設(shè)備和生產(chǎn)手段在未來必將廣泛替代傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式。當(dāng)前，我國在智能測控、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、新型傳感器、3D打印等領(lǐng)域，初步形成完整的產(chǎn)業(yè)體系。但總體看，我國制造業(yè)發(fā)展仍然以簡單地?cái)U(kuò)大再生產(chǎn)為主要途徑，通過智能產(chǎn)品、技術(shù)、裝備和理念改造提升傳統(tǒng)制造業(yè)的任務(wù)艱巨而迫切。建議從國家層面啟動實(shí)施智能制造專項(xiàng)工程，加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，開展應(yīng)用示范，推動制造業(yè)向智能化發(fā)展轉(zhuǎn)型。一是重點(diǎn)突破智能機(jī)器人。
開展智能機(jī)器人及智能裝備系統(tǒng)集成、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)檢測等核心技術(shù)研究，攻克精密減速器、伺服驅(qū)動器、傳感器等關(guān)鍵零部件。二是開展數(shù)字工廠應(yīng)用示范。在全國范圍內(nèi)分行業(yè)分區(qū)域選取試點(diǎn)示范企業(yè)，給予扶持，建設(shè)數(shù)字制造的示范工廠，發(fā)揮其“種子”作用。三是推動制造業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用。以行業(yè)龍頭企業(yè)為先導(dǎo)，鼓勵(lì)其應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)提升生產(chǎn)制造、供應(yīng)鏈管理、產(chǎn)品營銷及服務(wù)等環(huán)節(jié)的智能決策水平和經(jīng)營效率。
3）用標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工業(yè)融合。工業(yè)4.0戰(zhàn)略的關(guān)鍵是建立一個(gè)人、機(jī)器、資源互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)化社會，各種終端設(shè)備、應(yīng)用軟件之間的數(shù)據(jù)信息交換、識別、處理、維護(hù)等必須基于一套標(biāo)準(zhǔn)化的體系。為了保障工業(yè)4.0的順利實(shí)現(xiàn)，德國把標(biāo)準(zhǔn)化排在八項(xiàng)行動中的第一位，同時(shí)建議在工業(yè)4.0平臺下成立一個(gè)工作小組，專門處理標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)的問題。我們在推進(jìn)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工業(yè)企業(yè)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(shí)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(shí)，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)。
4）構(gòu)建有利于工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的制度保障體系。德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略十分重視產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、組織創(chuàng)新與現(xiàn)有制度相沖突的問題。工業(yè)4.0一方面增加了管控的復(fù)雜性，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定需要符合相應(yīng)的法律法規(guī)；另一方面也需要制定相應(yīng)的規(guī)章制度促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。工業(yè)4.0采取了一系列措施以加強(qiáng)制度保障，比如設(shè)立處理各類問題的專職工作組，制定和實(shí)施安全性支撐行動，建立培訓(xùn)和再教育制度等。我國在推動工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的問題上，也同樣面臨制度保障方面的相關(guān)問題。因此，非常有必要建立和完善有利于工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的長效機(jī)制，比如知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)制度，節(jié)能環(huán)保、質(zhì)量安全等重點(diǎn)領(lǐng)域的法律法規(guī)，人才培養(yǎng)和激勵(lì)機(jī)制等，從而形成推動工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的制度保障。
5）產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合推動制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。德國工業(yè)4.0是由德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等聯(lián)合發(fā)起的，工作組成員也是由產(chǎn)學(xué)研用多方代表組成的。因此，工業(yè)4.0戰(zhàn)略一經(jīng)提出，很快得到了學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的積極響應(yīng)。事實(shí)上，政府支持產(chǎn)學(xué)研合作的動機(jī)不單純來自于市場考量，通過產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新促進(jìn)競爭往往成為發(fā)達(dá)國家重要的戰(zhàn)略意圖。我國應(yīng)該充分吸收和借鑒發(fā)達(dá)國家產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合模式，一方面，針對不同類型自發(fā)的產(chǎn)學(xué)研合作網(wǎng)絡(luò)或產(chǎn)業(yè)研發(fā)聯(lián)盟，政府要通過引導(dǎo)和支持的方式促進(jìn)其發(fā)展；另一方面，選擇幾個(gè)重點(diǎn)行業(yè)和關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行試點(diǎn)，以行業(yè)骨干企業(yè)為龍頭，聯(lián)合科研實(shí)力雄厚的大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)，組建多種形式的產(chǎn)學(xué)研研發(fā)聯(lián)盟，充分調(diào)動各方資源和力量，共同推進(jìn)技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣。
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