从全球制造业变革看工业4.0的提出

王健

从全球制造业变革看工业4.0的提出

王健

王健，中国科技自动化联盟秘书长

当下工业领域很热的理念，不管是工业4.0，还是工业互联网，或是智慧工厂，其实都是为了迎合整个制造业（包括装备制造业、终端产品制造业）终端消费者需求的变化而推出的。

消费者需求的变化有很多层面，最重要的一个变化就是在移动互联网时代，需求快速变化，需要多品种、不仅是小批量而且是变批量的生产来满足。同时消费者对环保、对可持续发展等方面的诉求不断增强，这是整个制造业面临的问题。

制造业为了迎合这种变化，需要考虑的要素除了传统的成本、效率、质量之外，还需要加上资源效率、安全、可持续这三种。我们认为制造业在21世纪面临一系列的挑战，这种挑战带有全球性，包括快速反应问题，包括打破组织疆界问题，包括怎么应对互联网和移动互联网给我们制造业所带来冲击的问题，包括全球化分布式的现代组织模式问题，还有创新生命周期越来越短的问题。

工业4.0是德国的应对之策

德国人在谈第四次产业革命，一个焦点问题就是所谓的CPS，有人叫信息物理系统，有人则叫网络物理系统。他们希望用CPS来构建下一代智慧工厂。我们可以这样理解，无论装备还是核心部件，包括整个工厂，不仅有其物理属性和机械属性，还有信息属性和网络属性。就像我们人一样，我们每个人都有自己的社会身份，同时有一个网络身份。那么CPS的作用，就是利用传感器、数据、模型和算法把这些属性统一在一起。

智慧工厂下面是网络化的智能控制系统，以及嵌入式系统。与智慧工厂并列的是智慧交通、智慧物流、智慧社区、智慧电网等，它们共同构成智慧城市，再上面则是全球互联网。德国人强调物联网和服务网（服务互联网），它们是智慧工厂的基础。

工业4.0强调三个方向的集成。第一个集成是所谓的价值网络集成，我们可以理解成装备的集成，生产线的集成，车间的集成，价值网络也包括人的网络，包括研发网络，这些人的网络通过互联网，跟实体网络进行集成。所以我们说智慧工厂是人、设备、环境、数据的互动。

第二个集成是横跨价值链的端到端集成，我们可以把它理解成产品生命周期的集成。

第三个方向的集成是信息纵向集成，信息可以从企业ERP系统一直向下，穿透整个工厂网络延伸到装备的某一个具体的I/O节点，反之亦然。

工业4.0有一些重要的特征，或者是一些重要的启示。其中最重要的一条是，制造业将来大部分的创新来自于ICT（信息通信技术）技术的驱动，也就是说作为制造业的一员，如果你不拥抱ICT技术，你可能会跟制造业大部分的创新失之交臂。

德国刚刚产生了一个工业4.0的平台，是由几个大的协会组织共同组建的。这个平台的重要使命就是制定工业4.0的规范和标准。德国的创新网络、大企业、中小企业、科研机构围绕工业4.0定义的众多项目组合在一起开展科研和开发工作。这些项目当中有一个关键项目，英文叫CPPS（Cyber Physical Production System,信息物理制造系统）。

在今年4月的汉诺威工业展览会上，德国的一些组织和创新网络推出了展示工业4.0特征的流水线。这些流水线是网络化的、模块化的，而且是自组织的，能够跟附带了智能标签的原材料和半成品、产成品进行信息互动。

那么德国的企业在做什么？西门子在谈数字化工厂，说数字化工厂就是未来制造的代名词，他们想当工业4.0的代言人。一些传统上是做端子、传感器、甚至做气动元件的公司，现在也拥抱控制，拥抱IT，比如Festo说我们做的是未来工厂，每次展会都展示他们的创新设计。Bosch Rexroth则定义思考型工厂，所谓思考型的工厂，就是装备人工智能的产品，跟装备、生产线、以及操作人员彼此的互动。

工业4.0图景，来源：“工业4.0：欧洲如何在新工业革命中取胜”，罗兰·贝格，2014

工业互联网是美国先进制造业的一个范例

美国人领导了第二次工业革命以及后来的互联网革命，GE在2012年提出一个概念，它说如果把互联网和工业结合在一起可以带来第三次产业革命，GE叫做工业互联网。它的核心是人和大数据，人在大数据的支持下，进行更加智慧的决策。

从这里我们可以看到，为什么要谈智慧工厂，为什么不说智能装备，或者智能制造？因为智能更多是用硬件、用软件、用装备可以实现的东西，但是智慧的判断和智慧的决策只有人能够做得出来。而人要做好的决策，需要充分的信息和数据的支撑。

工业互联网要表达的，就是从智能装备上升到智能系统，最后实现人的智慧决策。以航空装备和风电闻名的GE提出大数据发动机、大数据风电场，Intel则提出大数据工厂的概念。

GE提出，如果所有的工业系统，能够有1%的提升，这1%的提升也许是效率的提升，也许是成本的下降，那么未来十年会创造19万亿美元的产值，相当于美国一年的产值。

德国人组建工业4.0平台是三大协会共同组织的，这里面有很多公司的参与，而围绕工业互联网，美国人也刚刚组建了联盟。工业互联网联盟由五个全球领先的公司创立，这里面包括GE这样的以制造业为主的公司，还有IT、互联网公司如IBM、Cisco、Intel和AT&T。刚刚中国的华为也加入了这个联盟。工业互联网联盟的宗旨就是要领导和协调美国整个工业界、学术界和政府关于工业互联网的努力。他们的目标首先也是定义架构，定义标准，然后开发一些最佳实践，同时要做一些案例的研究。

工业互联网只是美国先进制造发展的一个案例或缩影，奥巴马总统上任以来颁布了一系列促进先进制造业发展、振兴美国制造业的法案，成立了十几个制造业创新研究中心如增材制造中心，美国国防部、能源部、国家科学基金委等支持了一大批该领域内的项目实施。而且像Rockwell Automation这样的自动化公司并没有加入工业互联网联盟，而是参与了其他的一些创新计划，并提出了不同的价值主张，但都离不开网络、离不开网络环境下的企业和人，比如Rockwell Automation的互联企业。

德国工业 4.0和美国工业互联网都从一个侧面说明，欧美国家在发展先进制造方面可谓不遗余力，它们的核心目标都是巩固和确保各自在全球的领先地位，它们都强调ICT技术和制造业的结合，都强调标准的作用，强调人的作用，甚至在构建产业联盟等做法上也是类似的。德国基于其极为出色的装备制造业基础和发达的信息化基础，更加重视发展智能装备和智能生产过程，和美国人的观点相比偏中观和微观。美国则更加依赖其在ICT技术方面无与伦比的实力和创新力，更希望借助网络和数据的力量提升整个工业的价值创造能力，相对而言更加偏宏观。

[责任编辑：李 辉]

进行数字建模和可视化，并可以把装备的实时制造数据同步抓取到MES系统里面呈现到电子看板上，做得非常专业，正在针对烟草和汽车行业进行推广。在企业信息化层面，联盟成员中科院计算所顺德分所开发了智慧工厂信息化平台，成立了PLCOpen培训中心，为顺德一批大中型装备企业开发自动化和信息化集成解决方案，并正在筹建国内第一个以智慧工厂和智能装备为主题的国际创新服务园。总之，联盟成员企业都在积极调整优化自己的技术和产品组合，积极探索实践智慧工厂理念，有些已经很有成效。

下一步行动

我们希望通过智慧工厂的实践，有四个层面的输出。第一个是针对具体企业做顶层设计，就是企业转型升级做智慧工厂，它现在的基础是怎样的，它的1.0目标是什么，实现的路径是什么？第二个是要跟某些行业领先客户，不一定是大企业，共建示范样本。第三个我们要跟这些企业客户联合研发一些标准、规范还有行动指南。第四个层面是围绕智慧工厂创造一个价值链，我们要培养一批智慧工厂领域的标准化和技术专家，培养若干家咨询服务、工程实施、系统集成、审计评价公司，形成若干个智慧工厂示范区，实实在在帮助企业来打造智慧工厂，帮助他们创造价值，从而开创一个全新的市场。

下一步我们将组织智慧工厂1.0的开源运动，将联盟定义的智慧工厂1.0开放给全行业的专家、各领域的企业、以及全社会。我们将借鉴移动互联网时代开放平等、众包众筹的思维，构建创新性的智慧工厂虚拟组织，探索成立管理委员会MC，战略决策委员会SC、技术委员会TC和一批工作组WG，希望大家围绕智慧工厂共同进言进策，逐步丰富和完善中国智慧工厂1.0的体系，并激发更多的实践。这将是中国工业界第一个规模化的民间集智运动。我们期望能够在这样一个机制下，集成官产学研用、大中小企业、体制内外的各方智慧，让智慧工厂在中国生根发芽，成为中国制造业两化融合、工业转型升级的卓越实践。

[责任编辑：李 辉]