新常态视域中的工业4.0

唐加文

茍日新，日日新，又日新。

近期热播的《星际穿越》，无疑是当下最火的科幻冒险电影之一，在中国掀起了一阵阵观影浪潮，也激起了大家对科幻世界的探索热情。影片主要讲述了科学家们在人类末世利用对虫洞的新发现，超越人类科学极限，在广袤的宇宙中进行星际穿越、寻找新家园的故事。其中，让人印象最深刻的是男主角进入黑洞后，意外进入到了未来人类设定好的五维空间。在这个更高维的空间中，人类可以完全颠覆低维空间的形态和存在方式，对低维空间可以随意改动其组合方式，而这对于生存在低维空间的人类是完全不可想象的。

清新明媚，工业4.0横空出世！

科幻电影毕竟是科学幻想，现代科学的极限也无法证实高维空间的存在和具体形态。但不论如何，对于现实世界中正在潜行的一场革命——“工业时代4.0”来说，却是非常有现实意义的。商场如战场，我们不禁畅想，在已经迈入或者准备迈入“工业时代4.0”的“高维”企业，是否也可以对处在原有时代的“低维”企业随意进攻、随意侵占其市场，并且竞争手段也都是处于“低维”的企业所不可想象的，而“低维”企业却毫无反制之力？众所周知，人类社会工业化的进程，始于机械制造设备的出现。蒸汽机、纺织机等机器的出现大大改变了产品的生产方式；在实现劳动分工的基础上，第二次工业革命又实现了电力驱动的规模化生产；始于20世纪70年代的第三次工业革命则利用电子和信息技术大大提高了制造过程的自动化程度，机器取代了相当大部分的“体力劳动”和一部分“脑力劳动”。而从2011年始于德国的“工业革命4.0”则是以软件、传感器以及通信系统等集成于一体的信息物理网络为基础，以智能工厂及智能生产为核心，将资源、信息、物品和人进行互联，建立高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。人们认为这或将成为又一次革命的先导。在工业4.0时代，传统的行业界限将逐渐消失，并产生出各种新的业务模式及合作形式，创造价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。如果说第一到第三次工业革命是“低维”的话，那么工业4.0就是“高维”，从低维到高维的质的飞跃，将会带来企业竞争力的指数量级增长，实现企业脱胎换骨般的变化。

从工业4.0概念诞生的过程来看，德国的工业界和政府为何要推行工业4.0？

工业4.0是德国政府推进的“高科技战略”（HigH-TecHStrategy）之一。德国政府制定高科技战略，是为了让德国在解决世界面临的诸多课题时拥有主导权。如果高科技战略能够拓展科学和研究的范围，进而带来高端技术，应该会给德国带来繁荣和就业机会。高科技战略始于2006年8月。最初的定位，是集德国所有政府机构之力，整合不同领域的多项研究和创新活动的国家计划。现在的“高科技战略2020”（HigH-Tech Strategy 2020）已经横跨“气候/能源”“健康/营养”“交通工具”“安全”“交流”五个领域。把焦点对准了在未来10～15年内有望实现技术发展的项目。除此之外，德国政府还制定了孕育创新的战略及其相关计划。从工业4.0的整体概念来看，利用物联网（loT）和因特网服务改革生产流程只是其中一个方面。作为技术领袖，德国在借助工业4.0提高竞争力方面也将处于优势地位。

工业4.0描绘了未来的制造业蓝图，它将会使现有工厂发生怎样的变化？

在制造业领域，常见的客户主要面对的课题有三个：生产效率、速度、灵活性。生产效率不单单是指员工的生产效率，速度也不是指在短时间内制造出单元。企业需要具备的，是“投放市场的时间”（Time-to-market）， 应对客户多样化需求的灵活性。这代表的是“随选生产”（Production on Demand），也就是适时制定生产计划。当工业4.0解决这些重大课题的时候，制造的形态或许将发生翻天覆地的改变。工业4.0展示了未来制造业技术的基础。产品开发、生产、服务的现场要通过软件和网络进行交流。到那时，生产流程的计划将不再是提前几个月或者几年制定，而是按照最新的情况灵活调整。信息和指示将在产品与生产设备之间适时互通，实现生产流程的优化，从而制造出面面俱到的产品。从整条价值链的角度出发，开展这样的自律控制和优化应该有助于实现集成化生产设备的组织。未来的制造业扎根于数字技术，工业软件估计将成为推动其发展的原动力。现如今，展望未来的制造业大多要谈到IoT的概念。但是我们认为，在今后，众多领域的专家和业者在全球范围内共享信息、开展讨论将变得不可或缺。未来的制造业应该不受特定概念的左右。工业4.0虽然（和IoT-样）也是打造未来制造业技术基础的一个概念，但我们认为，这个概念要得到世界的接受，真正运用于制造业现场还要等到2030年左右。

如同融合PLM （Product Lifecycle Management）工具与FA技术一样，工业4.0的活动涉及生产技术、IT等广泛领域。企业要如何推行如此复杂的活动？推行工业4.0的关键人物角色是哪些？

这在工业4.0的推行上可以说是最大的问题之一。情况瞬息万变的工厂与经营高阶主管所在的办公室必须实现信息互通。一个可行的办法，是建立包含产品设计、生产设备设计、生产、服务在内，涵盖整条价值链的完善数字信息基础。在这样的基础之下，所有经营高管要参与其中，为实现高度灵活的制造业提供协助。通常拥有构建这种数字信息基础需要众多硬软件搭配，借此可以融合真实和虚拟世界，对价值链进行优化。通过为产品开发到生产的全过程赋予“智慧”，可以提高生产效率、速度和灵活性。举例来说，在产品开发方面，PLM、虚拟试制、试验、优化等软件已经齐备。在生产计划方面，通过对整座工厂和各台设备进行运行模拟，可以节约时间、资源和能源成本等。这样的模拟能够通过PLM工具和FA技术的融合实现。在生产和服务方面，也可以提供最佳的解决方案。

整合真实与虚拟，实现工业4.0概念的课题和解决措施有哪些？

为了实现工业4.0，必须要做的事情很多。工业4.0不会一蹴而就，只是一个蓝图，是应该前进的方向。对中国企业来说，把工业4.0作为目标本身就称得上是一种改革。至于是否成功，那就等30年后，让我们后代去评判。我们描绘的策略是两个“整合”。一是产品开发与产品生命周期的整合，二是真实与虚拟的整合。除此之外，“标准化”也是成功必不可少的要素之一。作为向客户提供附加值的手段，我们除了发展自动化、进一步开发技术，还在积极确保技术的兼容性。这意味着当我们把不同系统供货商的技术合并到一起的时候，这些技术都能正常发挥作用。可以从产品设计初期就开始参与最新标准的制定，从而赢得先机，快人_步，优势迭代富集。

掷地有声，工业4.0是世界潮流，北美的类似计划照样不甘落后。

在美国，被人熟知的智能制造领导联盟（SMLC；SmartManufacturing LeadersHip Coalition）也发起倡议将致力于未来的制造行业研究工作。智能制造领导联盟是一个非营利组织，包括制造业践行者、供应商和技术公司；制造商联盟；大学；政府机构及实验室。该联盟的目标是使制造工业股东们形成研发协作，实现及宣传能促进广泛适用于制造业智能的开发方法、标准、平台和共享基础设施。與此类似，通用电气公司也已进行名为“工业互联网”（industrialInternet）的研究工作。“工业互联网”旨在将两个变革所带来的优势融合在一起：由工业革命所涉及的众多的机器、设备及网络化的优势，以及由近来互联网变革带来的运算、信息和通信系统强大优势。根据通用电气公司观点，上述的优势结合将体现三个要素，也就是工业互联网的本质：智能机器、先进的分析和干活的人。

如火如荼，工业4.0方兴未艾！

从生产端来讲，在工业4.0时代，可以利用物联网、嵌入式计算机、传感器等信息技术手段，将工厂变成一个全智能化环境，与互联网互联互通，形成一体化的数字化信息物理网络。该网络基于ICT技术，能够实现端到端的整合——从原材料到生产，到营销、产品运出再到售后保障。信息物理网络不仅使生产能够得到更加灵活的配置，也能够充分利用差异化管理和流程控制所提供的机会，更能使供应商、客户及员工之间的关系更加紧密，提供更多互惠互利的新机遇。这种“一体化”的信息物理网络，从本质上来说其实是为了“分散化”，也就是工业4.0提出的工业生产将实现由“集中式控制”向“分散式增强型控制”的转变，这与互联网发展过程中“We b2.0”时代的“去中心化”殊途同归。“分散化”之后的生产将变得更加灵活，不同的生产设备既能够协作生产，又可以各自快速地对外部变化做出反应。这完全是信息时代产生的大量个性化需求反映到生产端的结果，对工业生产的要求达到了一个更高的水平。从消费端来说，工业4.0就是一个将生产原料、智能工厂物流配送、消费者全部编织在一起的大网，消费者只需通过智能设备下单，网络就会自动将订单和个性化要求发送给智能工厂由其采购原料、设计并生产，再通过网络配送直接交付给消费者。随着智能化设备和分布式小型智能工厂的广泛性分布，商品的流通渠道将有可能彻底摆脱现有的线下渠道模式和如今如火如荼的电商贸易模式，在终端的消费者自主选择定制化生产的选项后，由分布式的智能小型制造工厂直接生产和供给，实现社会效率的最大化。

简而言之，“高维”企业将利用一体化的信息物理网络，从顾客需求出发，将原材料、制造、配送、售后进行互联互通，形成具有自主性的庞大网络，最大化地降低成本，提高对用户需求的响应能力。在这种情况下，与仍然处于“低维”的其他企业相比，竞争双方完全不在一个层级，成败不言而喻。一般地，随着人口结构的变化、要素成本的上升、资源环境压力的加大，我国经济正在从高速发展转向中高速发展的“经济新常态”。为了更好地顺应潮流，国家适时地提出了工业化与信息化融合的整体发展战略。“新常态”下，民族企业亦需积极转变发展方式，主动应对，由过去的投资并购、追求规模的外延式扩张，转向内涵式发展，顺应工业4.0的发展潮流，早日进入“高维”阶段，努力实现中国企业的世界级梦想。

一个成人不断变革创新，就会充满青春活力；一个企业持续坚持创新，就会矫健走向未来！