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      工業4.0是什么?為什么?

      文章出處:泥客論壇責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2015-05-13 16:38:00【

       2014年10月初,李克強總理訪德期間,中德簽署了《中德合作行動綱要:共塑創新》,提出兩國將開展工業生產的數字化(工業4.0)合作。而工業和信息化部苗圩部長在講到德國工業4.0與中國兩化深度融合關系時,用了三個關鍵詞:如出一轍、異曲同工、殊途同歸。換句話說,對德國工業4.0理解和認識的深化,也就是對中國兩化深度融合戰略理解和認識的深化。

      因此有必要對德國工業4.0提出的時代背景、基本概念、以及我們的理解認識和啟示意義做一些更深入的研究,這將有利進一步加快推進實施中國的兩化深度融合戰略。

      為什么?

      德國工業4.0在很短的時間內得到了來自黨派、政府、企業、協會、院所的廣泛認同,并取得一致共識,從一個來自民間的概念迅速演變為國家產業戰略,從一個產業政策上升為國家法律。工業4.0在這么短的時間內在德國得到廣泛認同,有其偶然性也有必然性。

      危機意識

      德國是傳統的科技工業強國,但是在新一輪產業技術革命中,傳統的競爭優勢受到了來自各方面的挑戰,各界對德國未來發展表現出某種憂慮。

      一是對新興產業創新能力的憂慮。信息通信技術是全球新一輪產業變革中最具活力的技術,德國乃至整歐洲卻喪失了全球信息通信產業發展的機遇。在全球產業創新最活躍的互聯網領域,全球市值最大20個互聯網企業中沒有歐洲企業,歐洲的互聯網市場基本被美國企業壟斷。

      二是對傳統產業競爭優勢的憂慮。德國傳統工業在全球的競爭優勢仍十分突出,但是在新一代信息技術與工業加速融合,產品、裝備、工藝、服務智能化步伐不斷加快的背景下,德國能否跟上時代發展的潮流,德國各界有深刻的危機意識。

      三是對國家產業戰略方向的憂慮。2008年國際金融危機后,新一代信息技術的突破擴散及與工業融合發展,引發了國際社會對第三工業革命、能源互聯網、工業互聯網、數字化制造等一系列發展理念和發展模式的廣泛討論和思考。作為全球制造業強國,在新一輪技術變革中能不能找到工業發展方向并引領全球工業發展,是德國各界廣泛關注的問題。

      機遇意識

      盡管德國各界對有些產業發展的不盡如人意表現出了憂慮,但對德國傳統優勢產業的競爭力還是表現出強烈的自信,認為德國工業經濟發展面臨許多機遇。

      一是市場機遇。信息通信技術與制造業融合發展帶來一個重要變革就是智能制造時代的來臨。在廉價體力勞動不斷被機器替代同時,越來越多的腦力勞動者正在被智能工具所替代,人類正在邁向第二次機器時代,其帶來產業變革和就業結構影響將超越過去300年工業化歷史。

      二是技術機遇。智能制造不僅需要單項技術突破,也需要各種技術綜合集成,而這正是德國的優勢所在。面對全球新一代信息技術與制造技術融合的趨勢,德國迎來了鞏固和強化技術優勢的機遇。比如,工業軟件優勢、工業電子優勢和制造技術優勢。

      三是產業機遇。德國各界的共識是,要把握信息通信技術與裝備制造業融合的趨勢,瞄準全球快速成長的智能工廠裝備市場,確保德國企業成為全球智能制造產業“領先的供應商”地位。對于德國而言,這個市場是潛在的、也是現實的,沒有哪個國家比德國更有條件和優勢發展智能制造。

      領先意識

      在新一輪技術革命和產業變革中,德國人有危機感,也看到新機遇,并試圖在工業領域繼續保持全球領先的地位,基本途徑就是,在向工業化4.0邁進的過程中先發制人,與世界制造強國爭奪新科技產業革命的話語權,搶占產業發展的制高點。

      一是理念領先。德國作為歐洲傳統的工業強國,需要一個既能繼承傳統工業發展思想、又能啟發未來工業趨勢的新理念,搶占發展理念的制高點,并引領德國工業繼續保持全球領導地位。正是在這一背景下,德國工業4.0的概念出現了,這一概念最大的成功在于它把幾百年工業發展的歷史與現代信息技術趨勢進行了完美的集成,它是繼承性與創新性的統一、理論性與通俗化的統一、嚴肅性與時尚性的統一。

      二是技術領先。德國提出“工業4.0”,其宗旨也是支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新,大力推動物聯網和服務互聯網技術在制造業領域的應用,從而應對新一輪科技革命帶來的挑戰,以此搶占信息技術與工業融合發展中技術的制高點。

      三是產業領先。在新一輪科技革命的影響下,全球新的產業分工體系和分工格局正在形成,基于信息物理系統(CPS)的智能工廠和智能制造模式正在引領制造方式的變革,全球研發設計、生產制造、服務交易等資源配置體系加速重組。德國提出“工業4.0”,在智能生產體系的支撐下,重構全球的生產方式。

      四是標準領先。產品的智能化、裝備的智能化、生產的智能化、管理的智能化以及服務的智能化,對下一代制造的標準化提出了新的要求,這就必須通過制定和執行許許多多的技術標準、服務標準、管理標準和安全標準。德國已搶先一步,制定了《“工業4.0”標準路線圖》。

      五是市場領先。鞏固并不斷擴大全球市場的優勢是德國工業4.0的根本出發點,也是各界的共識。在“工業4.0”戰略中,德國采用了“領先的供應商戰略”與“領先的市場戰略”的雙重戰略來釋放市場潛力。

      是什么?

      物聯網和制造業服務化迎來了以智能制造為主導第四次工業革命,即“工業4.0”。

      工業4.0是互聯

      工業4.0的核心是連接,要把設備、生產線、工廠、供應商、產品、客戶緊密地連接在一起,使得產品與生產設備之間、不同的生產設備之間以及數字世界和物理世界之間能夠互聯,使得機器、工作部件、系統以及人類會通過網絡持續地保持數字信息的交流。

      生產設備之間的互聯。工業4.0的核心是單機智能設備的互聯,不同類型和功能的智能單機設備的互聯組成智能生產線,不同的智能生產線間的互聯組成智能車間,智能車間的互聯組成智能工廠,不同地域、行業、企業的智能工廠的互聯組成一個制造能力無所不在的智能制造系統。

      設備和產品的互聯。工業4.0的意味著智能工廠能夠自行運轉,零件與機器可以進行交流。由于產品和生產設備之間能夠通信,使得產品能理解制造的細節以及自己將被如何使用。同時,它們能協助生產過程,回答諸如“我是什么時候被制造的”、“哪組參數應該被用來處理我”、“我應該被傳送到哪”等問題。

      虛擬和現實的互聯。信息物理系統(CPS)是工業4.0的核心,它通過將物理設備連接到互聯網上,讓物理設備具有計算、通信、控制、遠程協調和自治等五大功能,從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的融合??梢詫①Y源、信息、物體以及人緊密聯系在一起,從而創造物聯網及相關服務,并將生產工廠轉變為一個智能環境,是實現設備、產品、人協調互動的基礎。

      工業4.0是集成

      集成是德國工業4.0的關鍵詞。

      縱向集成??v向集成不是一個新話題,卻伴隨著信息技術與工業融合發展常講常新。工業4.0所要追求的就是在企業內部實現所有環節信息無縫鏈接,這是所有智能化的基礎。

      橫向集成。在市場競爭牽引和信息技術創新驅動下,每一個企業都是在追求生產過中的信息流、資金流、物流無縫鏈接與有機協同。在過去這一目標主要集中在企業內部,但現在這一遠遠不夠了,企業要實現新的目標:從企業內部的信息集成向產業鏈信息集成,從企業內部協同研發體系到企業間的研發網絡,從企業內部的供應鏈管理與企業間的協同供應鏈管理,從企業內部的價值鏈重構向企業間的價值鏈重構,這就是橫向集成。

      端到端集成。所謂端到端就是圍繞產品全生命周期的價值鏈創造,通過價值鏈上不同企業資源的整合,實現從產品設計、生產制造、物流配送、使用維護的產品全生命周期的管理和服務,它以產品價值鏈創造集成供應商(一級、二級、三級……)、制造商(研發、設計、加工、配送)、分銷商(一級、二級、三級……)以及客戶信息流、物流和資金流,在為客戶提供更有價值的產品和服務同時,重構產業鏈各環節的價值體系。

      工業4.0是數據

      隨著信息物理系統(CPS)的推廣、智能裝備和終端的普及以及各種各樣傳感器的使用,將會帶來無所不在的感知和無所不在的連接,所有的生產裝備、感知設備、聯網終端,包括生產者本身都在源源不斷地產生數據,這些數據將會滲透到企業運營、價值鏈乃至產品的整個生命周期,是工業4.0和制造革命的基石。

      產品數據。包括設計、建模、工藝、加工、測試、維護、產品結構、零部件配置關系、變更記錄等數據。產品的各種數據被記錄、傳輸、處理和加工,使得產品全生命周期管理成為可能,也為滿足個性化的產品需求提供了條件。首先,外部設備將不再是記錄產品數據的主要手段,內嵌在產品中的傳感器將會獲取更多的、實時的產品數據,使得產品管理能夠貫穿需求、設計、生產、銷售、售后到淘汰報廢的全部生命歷程。其次,企業與消費者之間的交互和交易行為也將產生大量數據,挖掘和分析這些數據,能夠幫助消費者參與到產品的需求分析和產品設計、柔性加工等創新活動中。

      運營數據。包括組織結構、業務管理、生產設備、市場營銷、質量控制、生產、采購、庫存、目標計劃、電子商務等數據。工業生產過程的無所不在的傳感、連接,帶來了無所不在的數據,這些數據會創新企業的研發、生產、運營、營銷和管理方式。首先,生產線、生產設備的數據可以用于對設備本身進行實時監控,同時生產所產生的數據反饋至生產過程中,使得工業控制和管理最優化。其次,通過對采購、倉儲、銷售、配送等供應鏈環節上的數據采集和分析,將帶來效率的大幅提升和成本的大幅下降,并將極大地減少庫存,改進和優化供應鏈。再次,利用銷售數據、供應商數據的變化,可以動態調整優化生產、庫存的節奏和規模。此外,基于實時感知的能源管理系統,能夠在生產過程中不斷實時優化能源效率。

      價值鏈數據。包括客戶、供應商、合作伙伴等數據。企業在當前全球化的經濟環境中參與競爭,需要全面地了解技術開發、生產作業、采購銷售、服務、內外部后勤等環節的競爭力要素。大數據技術的發展和應用,使得價值鏈上各環節數據和信息能夠被深入分析和挖掘,為企業管理者和參與者提供看待價值鏈的全新視角,使得企業有機會把價值鏈上更多的環節轉化為企業的戰略優勢。

      外部數據。包括經濟運行、行業、市場、競爭對手等數據。為了應對外部環境變化所帶來的風險,企業必須充分掌握外部環境的發展現狀以增強自身的應變能力。大數據分析技術在宏觀經濟分析、行業市場調研中得到了越來越廣泛的應用,已經成為企業提升管理決策和市場應變能力的重要手段。少數領先的企業已經通過為包括從高管到營銷甚至車間工人在內的員工提供信息、技能和工具,引導員工更好、更及時地在“影響點”做出決策。

      工業4.0是創新

      “工業4.0”的實施過程實際上就是制造業創新發展的過程,制造技術、產品、模式、業態、組織等方面的創新將會層出不窮。

      技術創新。未來工業4.0的技術創新在三條軌道上進行,一是新型傳感器、集成電路、人工智能、移動互聯、大數據在信息技術創新體系中不斷演進,并為新技術在其它行業的不斷融合滲透奠定技術基礎。二是傳統工業在信息化創新環境中,不斷優化創新流程、創新手段和創新模式,在既有的技術路線上不斷演進。三是傳統工業與信息技術的融合發展。

      產品創新。信息通信技術不斷融入工業裝備中,推動著工業產品向數字化、智能化方向發展,使產品結構不斷優化升級。提供工廠級的系統化、集成化、成套化的生產裝備成為產品創新的重要方向。

      模式創新。“工業4.0”將發展出全新的生產模式、商業模式。首先在生產模式層面,“工業4.0”對傳統工業提出了新的挑戰,要求從過去的“人腦分析判斷+機器生產制造”的方式轉變為“機器分析判斷+機器生產制造”的方式,基于信息物理系統(CPS)的智能工廠和智能制造模式正在引領制造方式的變革。其次在商業模式層面,“工業4.0”的“網絡化制造”、“自我組織適應性強的物流”和“集成客戶的制造工程”等特征,也使得它追求新的商業模式以率先滿足動態的商業網絡而非單個公司,網絡眾包、異地協同設計、大規模個性化定制、精準供應鏈管理等新型智能制造模式將加速構建產業競爭新優勢。

      業態創新。伴隨信息等技術升級應用,從現有產業領域中衍生疊加出的新環節新活動,將會發展成為新的業態,進一步來講在新市場需求的拉動下,將會形成引發產業體系重大變革的產業。制造與服務融合的趨勢,使得全生命周期管理、總集成總承包、互聯網金融、電子商務等加速重構產業價值鏈新體系。

      組織創新。在工業4.0時代,很多企業將會利用信息技術手段和現代管理理念,進行業務流程重組和企業組織再造,現有的組織體系將會被改變,符合智能制造要求的組織模式將會出現?;谛畔⑽锢硐到y(CPS) 的智能工廠將會加快普及,進一步推動企業業務流程的優化和再造。

      工業4.0是轉型

      在“工業4.0”時代,物聯網和(服)務聯網將滲透到工業的各個環節,形成高度靈活、個性化、智能化的產品與服務的生產模式,推動生產方式向大規模定制、服務型制造、創新驅動轉變。

      從大規模生產向個性化定制轉型。“工業4.0”給生產過程帶來了極大的自由度與靈活性,通過在設計、供應鏈、制造、物流、服務等各個環節植入用戶參與界面,新的生產體系能夠實現每個客戶、每個產品進行不同設計、零部件采購、安排生產計劃、實施制造加工、物流配送,極端情況下可以實現個性化的單件制造,問題的關鍵是,設計、制造、配送單件產品是盈利的。在這一過程中,用戶由部分參與向全程參與轉變,用戶不僅出現在生產流程的兩端,而且廣泛、實時參與生產和價值創造的全過程。實現真正的個性化定制將是一個漫長而艱辛的過程,這一進程只有起點沒有終點。

      從生產型制造向服務型制造轉型。服務型制造是工業4.0理念中工業未來轉型的重要方向,越來越多的制造型企業圍繞產品全生命周期的各個環節不斷融入能夠帶來市場價值的增值服務,以此實現從傳統的提供制造業產品向提供融入了大量服務要素的產品與服務組合轉變。

      從要素驅動向創新驅動轉型。以廉價勞動力、大規模資本投入的傳統要素驅動發展模式將難以為繼,移動互聯網、云計算、物聯網、大數據等新一代信息技術在制造業的集成應用,帶來產業鏈協同開放創新,帶來了用戶參與式創新,帶來了制造業技術、產品、工藝、服務的全方位創新,不斷催生和孕育出新技術、新業態和新模式,從而激發整個社會的創新創業激情,加快從傳統的要素驅動向創新驅動轉型。

      工業4.0的本質

      最后,如果要對工業4.0是什么做一個小結的話,工業4.0是一個發展的概念、是一個動態的概念,工業4.0是一個理解未來信息技術與工業融合發展的多棱鏡,站在不同的角度會有不同的理解,工業4.0是互聯,是集成,是數據,是創新,是服務,是轉型;工業4.0是是CPS,是智能工廠,是智能制造;工業4.0是國家戰略,是企業行為。

      但從根本上來講,“工業4.0”是一種在信息技術發展到新階段產生的新的工業發展模式。從終極目標來看,工業4.0不能為技術而技術,核心在于提高企業、行業乃至國家的整體競爭力。

      從企業來看,通過“工業4.0”可以實現勞動生產率大幅提高,產品創新速度加快,滿足個性化需求,減少能耗,大幅提高產品質量和附加值,增強企業核心競爭力顯著;從行業來看,通過“工業4.0”可以建立起高度協作的創新服務體系,提高整個行業的資源配置和運行效率;從政府來看,通過“工業4.0”進一步鞏固制造業優勢,搶占新一輪產業競爭的制高點。

       

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