定制化時(shí)代已至,中國工業(yè)4.0之路勢(shì)在必行:在追求“定制化”、“個(gè)性化”產(chǎn)品的時(shí)代下,工業(yè)4.0應(yīng)運(yùn)而生。人口紅利不再,勞動(dòng)力成本上升掣肘我國制造業(yè)的國際競(jìng)爭(zhēng)力,因此推進(jìn)智能制造、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型,發(fā)展工業(yè)4.0成為我國的不二選擇。
產(chǎn)業(yè)鏈要素具備,工業(yè)4.0騰飛在望:中國在工業(yè)4.0產(chǎn)業(yè)鏈上布局完善。企業(yè)管理層:工業(yè)大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)制造業(yè)信息化,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、運(yùn)維完善、恢復(fù)系統(tǒng)和自主學(xué)習(xí);企業(yè)運(yùn)營(yíng)層:“工業(yè)軟件”+“工業(yè)以太網(wǎng)”讓工廠實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)轉(zhuǎn)、互聯(lián);執(zhí)行層作為工業(yè)4.0的手和眼睛,其中傳感器幫助感知物理世界,工業(yè)機(jī)器人和3D打印分別實(shí)現(xiàn)代替人工和定制生產(chǎn)。
工業(yè)大數(shù)據(jù)是工業(yè)4.0核心驅(qū)動(dòng)力:工業(yè)大數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、運(yùn)維完善、有效恢復(fù)系統(tǒng)和自主學(xué)習(xí)。以每年提高1%生產(chǎn)效率來測(cè)算,未來20年,它將為全球GDP增加10萬億-15萬億美元。艾瑞咨詢預(yù)測(cè)2018年工業(yè)大數(shù)據(jù)整體規(guī)模將達(dá)到247億元,年均增長(zhǎng)率約19.5%。
工業(yè)軟件,工業(yè)4.0的決策中心:2014年全球企業(yè)級(jí)軟件市場(chǎng)規(guī)模為3175億美元,同比增長(zhǎng)5.5%,其中國產(chǎn)軟件企業(yè)有一定市場(chǎng)份額,但與國外領(lǐng)先軟件企業(yè)差距較大,目前國內(nèi)市場(chǎng)排名前五位的國內(nèi)廠商96%的銷售在國內(nèi)市場(chǎng),全球份額不足0.3%,自主創(chuàng)新亟待加強(qiáng)。
“工業(yè)以太網(wǎng)”實(shí)現(xiàn)智慧互聯(lián):“工業(yè)以太網(wǎng)”作為工業(yè)4.0的基礎(chǔ)器件,實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備在工業(yè)條件下穩(wěn)定可靠的信息交流。HMS統(tǒng)計(jì),“工業(yè)以太網(wǎng)”占據(jù)全球工業(yè)通信市場(chǎng)34%的市場(chǎng)份額,并以每年17%的速度增長(zhǎng),逐步成為控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向。作為核心設(shè)備的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)2015年銷售額達(dá)到16.07億美元,預(yù)計(jì)2016~2018年將保持8.6%的復(fù)合增長(zhǎng)率。
工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)方興未艾:2015年,我國工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到6.7萬臺(tái),居全球第一,而機(jī)器人密度僅30,遠(yuǎn)低于世界平均水平62,工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)存在巨大增量空間?，F(xiàn)階段工業(yè)機(jī)器人的核心零部件主要依賴進(jìn)口,導(dǎo)致國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)成本壓力大,上游零部件國產(chǎn)化亟待突破。
傳感器是工業(yè)4.0實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和前提:2015年全球傳感器市場(chǎng)規(guī)模超過1500億美元,未來5年將保持10%~20%的復(fù)合增長(zhǎng)速度。其中RFID和機(jī)器視覺作為非接觸式、高精度的識(shí)別技術(shù),已成為工業(yè)4.0的標(biāo)配。
對(duì)標(biāo)德國和美國,看中國工業(yè)4.0發(fā)展路徑:美國和德國實(shí)施路徑和邏輯相反,但是目標(biāo)一致。美國是以GE、IBM這些公司為支持,側(cè)重于從軟件出發(fā)打通硬件;德國是以西門子、庫卡、SAP這些公司為主導(dǎo),希望可以從硬件打通到軟件,兩者的目標(biāo)均是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)的融合。中國制造業(yè)目前的狀況發(fā)展不平衡,因此要走軟硬兼重、工業(yè)2.0、3.0和4.0并行發(fā)展道路。
“工業(yè)4.0”背景
據(jù)了解，“工業(yè)4.0” 研究項(xiàng)目由德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)手資助，在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)、西門子公司等德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動(dòng)下形成，并已上升為國家級(jí)戰(zhàn)略，德國聯(lián)邦政府為此投入達(dá)2億歐元。“很顯然，德國非常重視此次智能化工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略。
根據(jù)最新調(diào)查研究報(bào)告顯示，自2013年4月在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式推出以來，工業(yè)4.0迅速成為德國的另一個(gè)標(biāo)簽，并在全球范圍內(nèi)引發(fā)了新一輪的工業(yè)轉(zhuǎn)型競(jìng)賽。
嚴(yán)格意義的講，工業(yè)四代(Industry4.0)是指利用物聯(lián)信息系統(tǒng)(Cyber—PhysicalSystem簡(jiǎn)稱CPS)將生產(chǎn)中的供應(yīng)，制造，銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速，有效，個(gè)人化的產(chǎn)品供應(yīng)。
當(dāng)前，我國大力發(fā)展智能機(jī)器人，正在向工業(yè)4.0過渡發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。傳統(tǒng)企業(yè)遭遇的用工荒、低端低效率的流水線將會(huì)被新一輪的智能制造設(shè)備所替代。
當(dāng)前，我國高端傳感器、智能儀器儀表、高檔數(shù)控系統(tǒng)、工業(yè)應(yīng)用軟件等市場(chǎng)份額不到5%。“針對(duì)這樣一個(gè)現(xiàn)狀，我國大力提倡人工智能，并把人工智能列入發(fā)展規(guī)劃的提綱中。
工業(yè)4.0把制造變成了物流
制造業(yè)依舊是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，而占全球制造業(yè)GDP60%的美國、中國、日本、德國、韓國和印度六國，更是在制造業(yè)上爭(zhēng)奪激烈。
2008年全球金融危機(jī)后，由于產(chǎn)能增加但全球消費(fèi)市場(chǎng)有限，各國為了保持國家的長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力，紛紛出臺(tái)各種引領(lǐng)制造業(yè)升級(jí)的國家戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)政策。
美國先后提出了《重振美國制造業(yè)政策框架》、《美國先進(jìn)制造業(yè)的領(lǐng)先地位計(jì)劃》和《先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計(jì)劃》等政策，利用機(jī)器人、自動(dòng)化和3D打印等新興產(chǎn)業(yè)構(gòu)成美國的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，這也是美國建國后的第五個(gè)國家戰(zhàn)略，其重要性可見一斑。
德國則針對(duì)美國和中國制造業(yè)的步步緊逼，提出了《高新技術(shù)戰(zhàn)略2020》和《把握德國制造業(yè)的未來：實(shí)施工業(yè)4.0的建議》，認(rèn)為將物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)引入制造業(yè)的趨勢(shì)將迎來第四次工業(yè)革命，明確把工業(yè)4.0定位為國家發(fā)展戰(zhàn)略，通過西門子、寶馬等大公司形成標(biāo)準(zhǔn)而推廣到國內(nèi)為數(shù)眾多的中小企業(yè)，以提高德國在生產(chǎn)和研發(fā)上的國際優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)然日本、韓國、英國、印度等國也紛紛根據(jù)自身情況提出了相應(yīng)的先進(jìn)制造發(fā)展戰(zhàn)略。
中國在2013年短暫地成為全球第一制造大國，后迅速被美國的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略沖擊而在2014年讓出了這一位置。在實(shí)體經(jīng)濟(jì)遭遇下滑、制造企業(yè)大量倒閉的情況下，中國政府也開始在制造業(yè)產(chǎn)業(yè)政策上發(fā)力，于2015年推出了“中國制造2025”，計(jì)劃通過三步走，推進(jìn)信息化與工業(yè)化的融合，以實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國行列的遠(yuǎn)期目標(biāo)。
《中國制造2025》發(fā)布之后，許多人將之解讀為中國版的工業(yè)4.0，一方面是由于德國政府主動(dòng)邀請(qǐng)中國加入工業(yè)4.0體系，另一方面則是因?yàn)閮蓢谥圃鞓I(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向上有許多重合之處。
工業(yè)4.0隨之在中國升溫，但基本上還是定位在智能生產(chǎn)、智能工廠、智能物流和智能服務(wù)四個(gè)領(lǐng)域的縱向集成、橫向集成和端到端集成等制造領(lǐng)域上。
幾年來，從西門子、博世、寶馬、空客到弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)斯圖加特研究所、德國工業(yè)科學(xué)聯(lián)盟，筆者多次到德國工業(yè)4.0的發(fā)起企業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)制定部門參觀訪問，從中發(fā)現(xiàn)，工業(yè)4.0中真正行之有效的革命并不是表現(xiàn)在制造環(huán)節(jié)的提升上，而在于全制造過程中各個(gè)物流環(huán)節(jié)的創(chuàng)新。
工業(yè)4.0是以賽博物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem，CPS）來打通整個(gè)制造的數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，通過完善供應(yīng)鏈條的待加工件（包括產(chǎn)品、零部件及原材料），實(shí)現(xiàn)與設(shè)備、相關(guān)人的實(shí)時(shí)互聯(lián)。其在改型改性的加工或包裝的技術(shù)、設(shè)備和工藝上并未有創(chuàng)新或本質(zhì)的改變，生產(chǎn)管理中的生產(chǎn)計(jì)劃、實(shí)時(shí)調(diào)度、質(zhì)量控制、設(shè)備運(yùn)維和故障診斷也未因賽博物理系統(tǒng)CPS而有節(jié)點(diǎn)上的創(chuàng)新突破。因而，工業(yè)4.0并不比其他的生產(chǎn)管理模式（如福特的反U型生產(chǎn)線、大野耐一的JIT、沃馬克的精益生產(chǎn)）更為有效，也不一定比企業(yè)資源規(guī)劃ERP、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES、并行工程、虛擬制造等軟硬件系統(tǒng)在制造環(huán)節(jié)的效率提升上更為創(chuàng)新。
但是，工業(yè)4.0卻在全供應(yīng)鏈的各個(gè)物流環(huán)節(jié)上取得了突飛猛進(jìn)的效率提升。其利用賽博物理系統(tǒng)CPS為核心，將原材料、零部件或最終產(chǎn)品賦予關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)屬性，通過自組織的智能規(guī)劃，主動(dòng)尋找同樣賦予關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)屬性的移動(dòng)載體、分揀設(shè)備、加工設(shè)備等加工或包裝載體、各環(huán)節(jié)的管理人員、操作人員或機(jī)器人，并可以通過自組織的協(xié)同、協(xié)調(diào)能力，有效準(zhǔn)時(shí)地完成需要的處理任務(wù)。簡(jiǎn)單地說，就是零部件可以自己找車、找設(shè)備、找工人進(jìn)行符合最優(yōu)規(guī)劃的加工，或者原材料、產(chǎn)品可以自己找車、找?guī)?、找人進(jìn)行符合最優(yōu)規(guī)劃的采購、庫存、包裝和交付。
賽博物理系統(tǒng)CPS是工業(yè)4.0的核心，它包含了計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理實(shí)體，通過計(jì)算、通訊和控制技術(shù)的協(xié)同和融合，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互和物理進(jìn)程交互。
事實(shí)上，由于賽博物理系統(tǒng)CPS的存在，可以使得建立全產(chǎn)業(yè)鏈的供應(yīng)鏈管理仿真模型，利用物聯(lián)網(wǎng)將產(chǎn)品、AGV、叉車、貨架、托盤、周轉(zhuǎn)箱、加工設(shè)備、機(jī)器人、由人機(jī)交互設(shè)備輔助控制的操作人員和管理人員直接接入賽博物理系統(tǒng)CPS，通過完整供應(yīng)鏈供應(yīng)任務(wù)或終端市場(chǎng)真實(shí)而個(gè)性化的需求，綜合優(yōu)化供應(yīng)鏈資源，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的資源重組，形成自組織協(xié)同能力，完成最有效的物流保障任務(wù)。
因此，在工業(yè)4.0運(yùn)行環(huán)境中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、加工設(shè)備、加工技術(shù)、加工工藝、生產(chǎn)線以及生產(chǎn)管理中的排產(chǎn)、調(diào)度、質(zhì)量控制和設(shè)備運(yùn)維并不需要改變，需要改變的是每一個(gè)智能化的保障系統(tǒng)或保障單元，如待加工件、AGV小車、貨架及周轉(zhuǎn)箱、分揀系統(tǒng)、機(jī)器人等，這些保障系統(tǒng)和保障單元通過主動(dòng)協(xié)同賽博物理系統(tǒng)的其他相關(guān)單元，使得物流作業(yè)網(wǎng)絡(luò)更加高效、準(zhǔn)時(shí)和低成本，以完成供應(yīng)鏈的系統(tǒng)優(yōu)化。
在工業(yè)4.0中，人是極其重要的組成單元。一方面是因?yàn)槿吮旧砭途哂凶越M織的主動(dòng)協(xié)調(diào)和協(xié)同作業(yè)能力，另一方面則是可以通過人機(jī)交互接口實(shí)現(xiàn)對(duì)人操作的輔助支撐功能，讓人發(fā)揮出更大的主動(dòng)能力。
中國制造業(yè)企業(yè)的信息化基礎(chǔ)還很差，但是互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、供應(yīng)鏈商業(yè)渠道優(yōu)化的基礎(chǔ)卻位居全球前列，完全有條件先在制造過程的物流保障體系、供應(yīng)鏈系統(tǒng)優(yōu)化方面實(shí)現(xiàn)信息化與工業(yè)化融合，提高制造過程的效率，從而形成制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。（作者系清華大學(xué)工程管理碩士教育中心執(zhí)行主任，博士生導(dǎo)師）
工業(yè)4.0時(shí)代如何撰寫中國名片
E·J·霍布斯鮑恩（Hobsbawm）在《革命的時(shí)代》中寫道，產(chǎn)業(yè)革命是既無開頭也無結(jié)尾的樂章，它仍在奏響。事實(shí)也正如這句話所描述的一樣，在社會(huì)不斷進(jìn)步的齒輪下，前三次工業(yè)革命的歷史光環(huán)逐漸被第四次工業(yè)革命所取代，工業(yè)4.0時(shí)代正在逐漸拉開帷幕，這對(duì)于中國的制造業(yè)是巨大的挑戰(zhàn)，同時(shí)也意味著前所未有的契機(jī)。
在上一輪的國際分工中，中國被分到了產(chǎn)業(yè)鏈的最低端，兢兢業(yè)業(yè)，一干就是40年，并且憑借著強(qiáng)大的人力成本優(yōu)勢(shì)，成為了“世界工廠”，“中國制造”也一度成為了中國最響亮的名片。
然而，隨著第四次工業(yè)革命的不斷深入，傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型企業(yè)面臨著人力成本不斷上升、技術(shù)升級(jí)成本巨大等陣痛，同時(shí)，印度等第三世界國家制造業(yè)的興起也對(duì)中國傳統(tǒng)制造業(yè)形成了挑戰(zhàn)。在這種挑戰(zhàn)下，不少企業(yè)受到了巨大沖擊甚至倒閉，其中不乏勝華科技這樣知名的企業(yè)。
數(shù)據(jù)顯示，2015年我國智能制造產(chǎn)值在1萬億元左右，2020年有望超3萬億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率約20%。智能化將在第四次工業(yè)革命中成為中國制造業(yè)發(fā)展的最終目標(biāo)，也將成為中國從“制造大國”發(fā)展為“制造強(qiáng)國”的契機(jī)。
鑒于此，在工信部的支持和指導(dǎo)下，一些知名的中國企業(yè)從去年開始加大產(chǎn)業(yè)智能化的腳步。其中，以海爾和新日的產(chǎn)品智能化升級(jí)效果最為顯著，而這兩家企業(yè)也為其他企業(yè)提供了產(chǎn)品智能升級(jí)的兩個(gè)思路。
海爾從去年開始致力于對(duì)于家電智能生態(tài)圈的建立，希望形成完整產(chǎn)品鏈。而新日電動(dòng)車作為傳統(tǒng)制造業(yè)則將重心更多放在了智能系統(tǒng)和單品的研發(fā)，比如最新上市的智能車款——新日獵鷹，憑借著一鍵啟動(dòng)、智能防盜、智能影音等讓人耳目一新的功能取得了驚人的銷量。
李克強(qiáng)總理曾盛贊中國高鐵是國家的“黃金名片”，而工業(yè)4.0時(shí)代，制造業(yè)如何撰寫好“中國名片”，這仍然是一個(gè)值得不斷探索的問題。《中國質(zhì)量報(bào)》
