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

 

       在2014年10月第三輪中德政府磋商后發表的《中德合作行動綱要：共塑創新》中，工業4.0是其中一個合作內容。這一綱要的發布，進一步引發了國內業界對于工業4.0新一輪的熱議。

 

       工業發展的選擇

 

       工業4.0是德國政府提出的愿景，以保持德國制造業的全球領先地位。工業4.0描繪了制造業的未來愿景，提出繼蒸汽機應用、規模化生產和電子信息技術應用等三次工業革命后，人類將迎來以信息物理系統(CPS)為基礎，以生產高度數字化、網絡化、機器自組織為標志的第四次工業革命。

 

       工業4.0之所以在我國引起廣泛關注，是因為在人工成本上升、原材料價格波動、信息技術對產業影響不斷深入等的背景下，我國制造業正面臨轉型。而且工業4.0的很多理念，與我國提出的“兩化”融合戰略不謀而合。

 

       “工業4.0是行業大趨勢，可能也是工業發展的惟一選擇。”SAP全球高級副總裁、全球研發網絡和快速增長戰略市場總裁柯曼認為，“中國不僅是工業4.0或物聯網發展的受益者，更是重要的推動者。”這一方面是因為中國本身是個工業大國，正處在工業轉型升級的關鍵時刻，而工業4.0有助于中國工業提高效率、降低生產成本、提高生產的靈活性以滿足消費者的個性化需求;另一方面，是因為中國擁有大量高科技公司，以及潛力巨大的移動互聯網和電子商務產業，為工業4.0的落地提供了技術基礎。

 

       SAP大中華區總裁紀秉盟認為，僅僅解放生產力還遠遠不夠，工業4.0要解決中國制造業面臨的更深層次的問題。中國制造企業的角色將逐漸向服務提供商轉變，不僅出售設備，還需提供包括維保在內的全套服務。因此，服務創新將是制造企業的下一個戰略高地。而工業4.0并不局限于生產線，它還與物聯網技術緊密聯系，為中國制造企業攀登戰略高地創造全新機遇。

 

       據了解，為了推動工業4.0從概念走向工程實踐，同濟大學中德工程學院與德國企業菲尼克斯電氣于去年10月共同建成了國內首個工業4.0實驗室。

 

       不僅是智能工廠

 

       德國費斯托(Festo)工廠哈雷摩托車生產中心借助SAP智慧工廠解決方案實現了混線生產，使得個性化定制的摩托車生產周期從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4.0的一個典型案例，也是工業4.0的核心——智能工廠的一個體現。所謂智能工廠，是指工廠在整個生產過程中所需的每個部件都可以通過傳感器與生產設備互聯，這就使得同一條生產線可以同時生產完全不一樣的產品。而在以往，通常同一條生產線只能生產一個型號的產品。

 

       紀秉盟認為，小批量、多批次、差異化生產將是未來制造業的趨勢。SAP位于波茨坦的創新中心的開放式集成工廠對這樣的生產模式進行了充分展示：通過融合世界一流的制造技術與IT系統，車間的同一生產線能夠生產任意訂單、任意數量的不同產品，不僅擺脫了對于生產線控制員的依賴，同時還能靈活處理訂單更改、產品組合和流程調整等工作。

 

       業界很多人認為，智能工廠就是工業4.0。這種看法有點偏頗。作為德國工業4.0的重要參與者，SAP和西門子都不那么認為。如果我們觀察一下工業產業的變化就可以理解這一點。

 

       近日，京東商城創始人、董事局主席兼首席執行官劉強東公開表示，冰箱應該完全免費，而通過背后的數據和服務賺錢。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，制造業已經不再是以往的制造業，工業也不再是以往的工業。工業4.0時代，我們要采用與以往完全不同的心態，以及生產和運營模式。預測性維護、智能化物流也被認為是工業4.0的重要特征。

 

       和以往要基于設備、產品的運行時間定期維護不一樣的是，在工業4.0時代，維護人員根據傳感器回傳的設備運行信息，并對這些信息進行分析后，預先掌握設備性能狀態，從而更加靈活、高效地對設備、產品進行有針對性的維護、保養。據悉，SAP已經在歐洲幫助風力發電企業降低維護、保養成本，節省資源，提高風力發電機組的性能和工作績效。紀秉盟認為，通過采用能夠報告自身性能的智能設備，制造商可以收集海量數據，然后利用諸如SAPHANA這樣的分析工具來分析這些數據，建立一個預測性維護服務平臺。從長遠來看，制造商的角色將逐漸向服務提供商轉變，不僅出售機器，還提供全套服務和使用模式。這樣，客戶就只管使用產品，而無需擔心產品維護。

 

       柯曼認為物流智能化可以分對內物流和對外物流兩類來看。對內物流舉例來說，物流公司可以根據貨輪運載的集裝箱上安裝的傳感器傳送的地理位置等信息預測貨輪到港時間，合理安排貨車進港時間，從而減少貨車等待時間，緩解碼頭的擁堵狀態。吞吐能力達到1.4萬噸、可容納5500輛卡車的德國漢堡港已經做了示范。此前，為了合理安排每天進出港口的5500輛貨車，漢堡港要做很多協調、調度工作。現在漢堡港通過與輪船進行信息交互，根據貨船的到港時間或者貨輪上裝載的貨物特性來為貨車進出港的時間排序。這樣，貨車平均在港口停留30分鐘即可完成作業，大大緩解了港口交通擁堵的狀態。漢堡港口未來還希望連通所有運輸領域，從水路到公路一直到鐵路。對外物流舉例來說，整車生產廠家可以預測整車生產還需要多長時間，從而合理安排貨運，減少貨車的等待時間。

 

       夯實信息化基礎

 

       國家新材料產業發展戰略咨詢委員會副主任邵立勤近日在一次公開的會議發表言論稱，歐美已經開始工業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革命很可能會把中國拋棄掉。這一言論引起了業界的熱議。

 

       工業4.0看起來很美，但是確實似乎離我們有點遠。記者在近年的采訪過程中走訪不少工廠發現，盡管我國不乏非常先進的工業企業，但是很多工廠的自動化程度都比較低，信息化應用水平還比較低。甚至可以說，有些工業企業可能還處于工業2.0時代。

 

       中國工程院院士、中國互聯網協會理事長鄔賀銓在2014年舉辦的中國國際工業博覽會上坦言，我國的工廠差別很大，在落實工業4.0過程中的關鍵難點是在于，目前有些工廠實現內部數據共享都很難，更別說要在企業之間打通信息孤島了。

 

       現在說擁抱工業4.0是否為時過早?

 

       事實并非如此。現實正在驅動中國工業轉型變革。波士頓咨詢集團(BostonConsultingGroup)最近進行的一項研究發現，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勢標簽，中國制造企業要最大化利用資源，將生產變得更加高效;要盡可能地縮短產品上市時間，對市場的響應更加快速，從而快速滿足不斷變化的客戶需求;還要快速實現各環節的靈活變動，將生產變得更加柔性。

 

       擁抱被普遍認為是工業發展方向的工業4.0無疑是一條可行之路。拷貝了德國工業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。數據顯示，通過數字化的工廠規劃，可以減少產品上市時間至少30%;通過優化規劃質量，可以降低制造成本13%。

 

       來自西門子的資料稱，數字化企業平臺是實現數字制造的載體，它可以實現從產品設計、生產規劃、生產工程，到生產執行和服務的全生命周期的高效運行。西門子成都工廠所應用的數字化企業平臺涵蓋五個層面：第一層企業層，主要指由PLM軟件和ERP系統構建的企業頂層結構，用于提供統一的生產數據、工藝路線、設計清單等;第二層管理層，主要包括MES(制造執行系統)等生產管理軟件，用于對重要的數據流和生產管理進行控制;第三層操作層，主要包含西門子集散數據系統(DCS)數據采集與監視控制(SCADA)系統設備狀態管理系統，用于監控生產過程、設備狀態;第四層現場控制層，主要包含西門子可編程邏輯控制器(PLC);第五層，設備控制層。第四層和第五層為上層的MES等系統提供各種數據并進行交換。

 

       但是，對于多數傳統制造企業來說，信息化水平要達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，實現工業4.0并不是短期內可以一蹴而就的，這是一個長期、漸進的過程。在此過程中，軟件是重中之重。目前，基本的技術和現有制造體系的核心價值等均需要調整才能適應工業4.0的具體要求。

 

       如此可見，對于我國生產制造來說，當前向智能制造、工業4.0邁進的很重要的一點，就是在信息化方面參考西門子成都工廠的五層架構查缺補漏，最終建成一個完善的數字化企業平臺。

 

       中國電子信息產業發展研究院院長羅文在《工業4.0中國啟示錄》一文中指出，德國工業4.0戰略與我國提出的“兩化”深度融合有很多相通之處，我國應該把“兩化”深度融合作為主要著力點。

 

       從某種角度來看，工業4.0是由新技術驅動的，因此在邁向工業4.0的過程中，新技術的引入至關重要。

 

       注重標準和平臺建設

 

       工業4.0強調由集中式控制向分散式增強型控制模式的轉變，從而建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式，這需要大量的新技術作為支撐。柯曼認為，大數據、云計算和移動互聯等將技術在工業4.0中大有作為：在海量終端實現互聯后，需要大數據技術對海量結構化數據進行存儲和分析處理;而云計算則是將不同利益相關者通過同一套數據進行互聯的最好途徑;移動互聯技術可以將具有可預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時了解工廠的運行情況，而不一定在工廠的控制中心。

 

       柯曼補充說，工業4.0要獲得成功，需要滿足以下7個因素：解決網絡安全問題，制定相關安全政策;在數據傳輸等方面制定國際統一標準;要為社交所帶來的影響做好準備，并積累相關技能和人才;應對好復雜性帶來的挑戰;完善工業領域帶寬基礎架構;法律框架與監管體制調整;以開放的心態面對信息交流和互動。

 

       李瑞成比喻，未來的制造業將和服務行業一樣，建立在互聯網這一“共同的底盤”之上，人與人、人與機器、機器與機器之間將對話協同，工廠生產由高度自動化轉向智能生產。

 

       “共同的底盤”使得橫向和縱向的數據集成變得更加重要。如何才能真正實現集成?被廣泛認可和采用的規則和標準就顯得尤為重要。

 

       事實上，為了保障工業4.0的順利實現，德國把標準化排在工業4.0八項行動中的首位，同時建議在工業4.0平臺下成立一個工作小組，專門處理標準化和參考架構的問題。2013年12月，德國電氣電子和信息技術協會發表了德國首個工業4.0標準化路線圖。

 

       《中德合作行動綱要：共塑創新》指出，工業4.0在世界范圍內的成功取決于國際通行的規則與標準。中德兩國將在標準問題上緊密合作，并將工業4.0議題納入中德標準化合作委員會。雙方將繼續加強中德標準化合作委員會框架下的現有合作，致力于開展更具系統性和戰略性的合作。

 

       為此，羅文建議，我國在推進“兩化”深度融合的具體實踐中，也應高度重視發揮標準化工作在產業發展中的引領作用，及時制定、出臺“兩化”深度融合標準化路線圖，引導企業推進信息化建設。同時，還要著力實現標準的國際化，使得中國制定的標準得到國際上的廣泛采用，以奪取未來產業競爭的制高點和話語權。

 

       柯曼透露，已經全方位參與中國工業4.0建設的SAP非常重視這一點，SAP中國研究院作為中國物聯網協會的主要成員將參與中國相關的行業標準的制定工作。

 

       從國家層面來看，羅文還建議要超前部署、建設國家信息物理系統網絡平臺。信息物理系統將改變人類與物理世界的交互方式，物質生產力、信息生產力，實現能源、材料和信息三種資源高度融合，將使未來產業發生真正革命性的變革，對未來世界產生深遠影響。他指出，美、德等世界工業強國都高度重視信息物理空間構建，加強戰略前瞻部署，并取得積極研究進展。中國要決勝未來的競爭，必須在構建信息物理系統網絡平臺上先行一步：一方面，在國家新的信息化發展戰略中加強對CPS的總體布局，研究制定CPS建設的戰略目標、重點任務、發展路徑和政策舉措。同時，在制造業發展、智慧城市建設、國家網絡和信息安全等工作中加強前瞻部署和應用推廣。另一方面，可借鑒美國組建“國家制造創新網絡中心”的做法，組建一批國家信息物理系統網絡平臺，負責承擔基礎理論研究，組織力量研發突破CPS軟件、傳感器、移動終端設備等工具和裝備，推動重點行業企業的開發應用。

 

       事實上，業界還有一個說法，就是我國相比其他國家更容易將工業4.0落地。這是因為我國政府的推動力比其他國家更大。