中国制造企业如何迈向工业4.0

张 曙

(同济大学 现代制造技术研究所，上海 200092)

中国制造企业如何迈向工业4.0

张 曙

(同济大学 现代制造技术研究所，上海 200092)

首先指出目前工业4.0处于理念和战略思考阶段，还不是现实。工业4.0的内涵可分为两方面：第一方面是智能化、绿色化和人性化，第二方面是分散网络化和信息物理的深度融合。然后从中国国情出发，提出了中国企业的应对策略：充分利用已经具有的信息技术基础设施，采取从上而下的方式一步步地推进，并以沈阳机床集团的举措为例加以说明。

工业4.0；制造战略；转型升级

处于谋划“十三五”规划的前夕，面对工业4.0的美丽诱惑，中国企业千万不能忽视国情，囫囵吞枣，一拥而上，而应该把握好自己的节奏，结合具体情况，做好切合实际的战略规划，迎接挑战。整体来看，我国制造业正经历着从工业1.0到工业2.0和从工业2.0到工业3.0同时跃迁的进程中。当发达国家提出并开始向工业4.0推进的时候，中国制造业的上述进程将面临巨大的挑战，转型升级途在何方？本文从战略高度和全球视角分别加以论述，并辅以沈阳机床集团的举措进一步说明，希望对国内制造企业在制定规划时有所启迪和参考。

1 工业4.0是理念和愿景，还不是现实

德国的工业4.0被国内外媒体炒得热火朝天，数字化工厂的高调沸沸扬扬。制造业的升级转型已成为我国亟待解决的问题，由德国提出的工业4.0让我们看到了发达国家解决这个问题的战略思想。我们要清楚地认识到，工业4.0目前仍然是理念、愿景和发展战略，还不是现实。2013年在德国汉诺威展览会上展示的“Smart Factory”仅仅是生产皂液的智能工厂模型， 在现实工厂中仍然处于试验阶段，该模型验证的主要是生产过程的自动化和智能化，未能表述工业4.0的全部理念[1]。

新理念的过分炒作，往往导致非理性的盲目追赶和无效投入。20世纪80年代对CIMS的大范围推广，就是一场深刻的教训。数百亿元、甚至上千亿元的投入，建立的示范实验室和示范工厂以及引进的柔性制造系统，尽管获得诸多国际和国家重大奖项，但对我国制造业的发展究竟带来了多大实际效益？徒有虚名。相比之下，声势小得多的、以“甩图板”为目标的CAD推广，却极大地推动了我国工业的进步。前车之鉴，成功与失败，值得令人深思再三。

保持清醒的头脑，并非视而不见、听而不闻，而是要立足当前、认真思考。我国目前还处在工业2.0及工业3.0阶段，要尽快地赶上发达国家，关键在于必须尽快完成工业2.0、工业3.0的进程和基本目标。

工业2.0的最大特征是借助自动化降低成本、提高劳动生产率和保证产品质量。要想Made in China的产品与 Made in Germany 同样受人欢迎，我们还需要下很大功夫，特别是致力于产品创新和大力提高产品质量，低质量和“山寨”是与工业4.0格格不入的。

工业3.0的最大特征是计算机在各行各业、各种产品上的广泛应用。尽管我们现在已经从一机多用户过渡到一人多机。但在核心技术上仍然处在摸索、模仿和依赖阶段，关键元器件和软件没有自主知识产权，离开Intel、微软、苹果、IBM、Cisco寸步难行；高档数控机床的大脑仍然是西门子和发那科的天下。

如果说德国提出工业4.0是大踏步向前走，那我们应该立即回头看如何赶紧补上工业2.0和工业3.0的课，可以快，但无法逾越，欲速则不达[2]。

那么是否暂时把工业4.0放在脑后呢？不是，而是立足当前国情积极探索中国式工业4.0的发展道路。

2 工业4.0的内涵[3]

工业2.0凭借流水线大量生产方式大幅度提高了生产效率，但同时造成了环境污染和资源浪费，面对气候变化和资源枯竭，难以为继。计算机的应用大幅度提高了信息处理和传递的速度，使机器变得越来越聪明，工厂管理日益数字化。

即将到来的工业4.0第一个内涵就是智能化、绿色化和人性化，每个人或每个客户的需求是不一样的，个性化或定制化的产品不可能大批量生产。工业4.0必须解决的第一个问题是,单件小批量生产要能够达到大批量生产同样的效率和成本，构建能生产精密、高质量、个性化智能产品的智能工厂。绿色化包括产品全生命周期，无论产品的制造、使用和废弃过程对环境的污染小、碳排放低，可回收再用和循环，从而实现可持续发展。由于环境友好，绿色化生产是在花园式工厂中进行的，可以建在城市里、靠近工作人员的家，减少上下班交通的时间浪费和能源消耗，大大改善了生产与环境和人的关系，如图1所示。

图1 智能化、绿色化和人性化的工厂

工业4.0的第二个内涵是分散网络化和信息物理的深度融合。工业2.0对整个社会发展的影响可以用“集中”和“大”来描绘：在大都市里把成千上万人按照规定时间集中起来运作的大工厂、大学校、大办公楼…。“集中”和“大”造成了巨大的时间和物质资源的浪费，给人们带来许多无谓的体力和精力的消耗，甚至精神上的压力，休闲、接近自然成为一种奢侈。

工业4.0是互联网(包括物联网)驱动的制造。信息和物理系统的深度融合，借助移动终端和无线通信，虚拟世界和现实世界能够无障碍沟通，使设备和人在空间和时间上可以分离，机器与机器相互之间可以通讯，处于不同地点的生产设施可以集成。可以设想，在统一的生产计划系统指挥调度下实行柔性工作制、由若干相对独立的CPS制造岛组成的分散网络化制造必将成为一种高效率、省资源、宜人化的先进生产模式，如图2所示。

图2 信息物理融合的分散网络化制造

3 中国企业的应对策略

我国制造业当前面临资源环境恶化和劳动力成本急剧上升的压力，成本优势日益丧失，必然要求加速迈向工业4.0描绘的数字化工厂和智能化制造的步伐，以摆脱困境。事实上，我国信息通信技术的基础设施已经相当完善，阿里巴巴和淘宝的成功令全世界刮目相看。但是在传统制造企业，信息化与工业化尚未很好融合，与互联网、物联网、大数据和云计算等信息和通信技术恍如隔世，形成巨大的时代反差。

怎么办？我们应该在工业化的同时，采取从上向下的策略，从关键细处着手，采取切实可行的措施，一点一滴地逐步迈向工业4.0，即向互联网驱动的制造模式转型升级，如图3所示[4]。

图3 迈向工业4.0的从上而下的中国式道路

从图3中可见，第一步应该是充分借助网站进行产品的营销，营销与销售有本质区别，销售是推销(卖)产品，追求销售业绩最大化；营销是帮助客户挑选(买)产品，目标是客户利益最大化。优秀的网站不仅是能够被搜索到，而是被人们关注、经常访问、下载和收藏，不是自夸产品如何好，而是引导客户如何识别产品的优劣，挑选最合适的产品。

例如，山特维克可乐满公司的网站(www.sandvik.coromant.com),访问者不仅能够方便地找到所需的刀具产品，而且可以下载所有产品的图纸和三维模型，获取有关加工和使用刀具的知识，下载各种技术文献、公司期刊和产品视频。这样的网站不是简单的C2C，或者B2B的关系，还同时起到推动技术进步的作用，发挥在线营销网站和移动终端的优势。该网站的“技术应用”(原文是Knowledge)网页如图4所示[5]。从图中可见，从该网页点击“应用中心”或“效率中心”，可进一步获取刀具应用知识和提高加工效率的方法，超越简单的商务活动，辅以知识和技术诀窍的传播，培育了无数“粉丝”和潜在客户。

图4 山特维克可乐满的“技术应用(Knowledge)”网页

互联网没有国界，网站为企业打开了全球市场，面向国内外所有的客户和消费者，拉近了生产者和消费者的距离。因此，建立一个内容丰富的网站是中国企业迈向工业4.0的第一个台阶，是当前力所能及的第一个举措。

第二步是把产品开发和服务从离线逐步转向在线，在产品全生命周期加强生产者和使用者的联系。当前用三维CAD设计产品已经不是问题，但借助网络异地进行产品合作开发和性能优化对大多数企业而言是尚未涉及的领域。产品个性化要求产品既能符合特定用户的需求，又能适应企业的生产条件；在产业链中，整机与零部件企业的三维模型交换对新产品开发一次成功也将起到很大的作用。提到产品服务，我们首先想到的是产品坏了如何修理。制造企业承诺的是保证产品能够工作和使用，至于产品的使用效果那是用户的事，与制造企业无关。从更高的境界思考，借助互联网与用户保持联系，教会用户如何用好产品，帮助用户发挥产品的最佳性能和效率，把服务概念从“物质”扩展到“知识”，使客户能够从购买你的产品比购买别家产品获得更大的好处，你就是最后的赢家。在线产品开发和服务，如果想做，是可以迈过的第二个台阶。

第三步，也是最关键和相对更难的，传统制造企业的数字化改造，转型升级，构建数字化、网络化、智能化、自动化和绿色化的“五化”工厂，大幅度提高生产效率和产品质量，实现节能减排。环境友好。西门子公司安贝格(Alberg)电子设备制造厂(EWA)和成都生产及研发基地数字化工厂(SEWC)是典型的成功案例。德国安贝格工厂月产可编程控制器100万台，平均1s生产1台，合格率为99.999%，西门子称之为工业3.x[6]。成都生产及研发基地数字化工厂是2013年西门子公司按照安贝格工厂为样板在中国建成的新工厂，其生产车间场景如图5所示[7]。

图5 西门子成都生产及研发基地数字化工厂生产车间

4 沈阳机床集团的全球战略

沈阳机床集团是我国机床行业的龙头企业，全球产值排名第一，有2万名员工，2011年生产机床9 600台，其中数控机床3 100台。面对工业4.0和转型升级的挑战，沈阳机床集团从全球视角出发，立足于本企业的现状，制定了中长期发展战略[4]，如图6所示。

首先作为大型企业，未来的市场在哪里？潜在的客户有哪些特点？经过调查研究分析认为：未来的机床市场是在有59亿人口的发展中国家，他们正处于工业化的进程中，需要大量质优价廉的装备，那里才是沈阳机床产品具有优势竞争力的“蓝海”。产品的特点应该是：简单、易维护、适用、可靠和与时俱进。这5个词的英文第一个字母为SMART，意即“智能、聪明”。

开发这样的产品从哪里突破？沈阳机床集团投入巨大的人力物力研制出我国第一台由机床制造商自主开发的数控系统i5。i5是智能化机床、网络化、信息化、工业化和集成化管理5个英文单词的第一个字母，它从诞生起就包含了网络和智能化的基因。

i5数控系统采用了基于PC的开放式平台，高速数字化总线将伺服系统、I/O节点、传感器和执行器连接在一起。采用了基于特征的编程技术、图形化的界面和精简的操作流程，具有“易操作、易上手”的特点。零件程序验证、加工仿真技术和加工任务管理保障了加工程序正确的执行。高精度的插补、高效的速度优化和高精度误差补偿技术确保了加工质量。图形化的故障辅助诊断模块，帮助维修人员快速定位故障源[8]。

更为突出的特点是i5和基于云制造概念的i平台的全面对接，使数控系统不仅是一台机床的控制器，更能够成为工厂信息化网络的一个节点。i平台是沈阳机床集团为全面转型为服务型制造企业而研发的信息化平台，而i5数控系统就是这个平台的智能化节点，依托i5数控系统提供的丰富接口，能实现异地工厂车间和设备之间的双向数据交互，可为用户提供不同层次和规模的应用，如图7所示。

图7 沈阳机床集团迈向工业4.0的道路

第二个突破口是从机床制造向工业服务的转型，成立了优尼斯工业服务公司，提高机床工业一站式解决方案，为客户解决了机床使用的后顾之忧。

沈阳机床的“i5”和向制造服务的战略思考完全契合正在制定中的《中国制造2025》规划的方向，是对未来智能网络化制造和向制造服务业转型实践的探索，对我国制造业如何迈向工业4.0时代有所启迪，提供了如何借鉴德国经验为我所用的途径。

[1] 张曙．工业4.0和智能制造[J]．机械设计与制造工程，2014，43(8)：1-5.

[2] 刘春长，关兵．新工业革命的挑战和应对[N]．中国经济时报，2012-09-24(5).

[3] Kagermann H, Wahlster W, Helbig J．Securing the future of German manufacturing industry——Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0, Final report of the Industrie 4.0 Working Group, April 2013 [R/OL]. [2014-11-13].http://max.book118.com/html/2014/1125/10444399.shtm.

[4] Dr.Ö.S.Ganiynsufoglu．i5-中国实现工业4.0的道路[C] //江苏中小企业数字化技术应用国际研讨会会刊．南京：江苏省中小企业公共技术服务协会，2014：17-21.

[5] 山特维克可乐满．技术应用[EB/OL].[2014-11-13]. http://www.sandvik.coromant.com/zh-cn/knowledge/pages/default.aspx.

[6] Siemens．Pointing the Way contactlessly, Electronics Manufacturing plant Amberg(EWA) [EB/OL].[2014-11-13]. http://w3.siemens.com/mcms/identification-systems/en/rfid-systems/references/simatic-rf300/Documents/ewa_rf300_e.pdf.

[7] 崔玲．西门子构建中国首家“数字化企业”[N/OL]．中国工业报，2014-10-14 http://www.jixiezb.com.cn/news/company/5647.html.

[8] 张曙．机床产品创新与设计[M]．南京: 东南大学出版社，2014.

ThediscussionaboutChinesemanufacturingenterprisestoindustry4.0

ZHANG Shu

(Tongji University, Shanghai, 200092, China)

It points out that the current industrial 4.0 is at the stage theory and strategic thinking, not reality. The connotation of industrial 4.0 can be divided into two aspects: the first part is intelligent, greening and humanization, the second aspect is the depth of the dispersed network and information fusion. Proceeding from China's national conditions, it proposes the Chinese enterprise coping strategies for making full use of already information technology infrastructure, presents the way step by step forward, also illustrates some of the measures based on the example of Shenyang machine tool group.

industry 4.0; manufacturing strategy; transformation and upgrading

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.12.001

2014-11-15

张曙(1932—)，男，江苏如皋人，同济大学教授，主要研究方向为企业发展战略、先进制造技术和产品创新。

TP29

A

2095-509X(2014)12-0001-05