开启新一轮世界竞技赛

陈悦

在莱茵河畔的沃尔特镇郊区，坐落着戴姆勒-奔驰集团旗下的奔驰卡车沃尔特工厂，金头发的萨托斯基一家三代都在这里工作。20多年前，萨托斯基经历了这个占地300万平方米工厂的第一次自动化改造，机器人的加入让沃尔特工厂的工人人数从1000人下降到了300人，但每天生产的车身数量却从160个增加到了400多个。

而今，萨托斯基和他的家人共同见证了沃尔特工厂的第二次改造。模块化生产、压缩合并平台，让工厂的智能化程度有了空前提升——每天，有超过500辆卡车的原材料、来自1000多家供应商的11万种零部件，都能够在准确时间到达准确地点，并在输入每辆车的订单需求后，整个生产线自动调配。由感应引导传输系统和可供生产三种型号的车架生产线，按需生产出2400多种规格驾驶室中的任何一款。

这一切都是在长达1000多米的生产线上自动完成的，沃尔特工厂的工人，只是负责检查产品工艺和质量。对萨托斯基而言，他所参与的不仅仅是对工厂的改造，而是更加激动人心的事情——第四次工业革命。

早在19世纪80年代中期，戴姆勒和卡尔·本茨提出的轻内燃发动机设计，就让戴姆勒-奔驰集团在第二次工业革命中脱颖而出，成为工业技术金字塔尖的佼佼者。随着德国工业4.0战略的提出，一大批工业巨鳄又开始摩拳擦掌，进行新一轮的工业制高点竞逐。

把利润损失降到最低

戴姆勒-奔驰集团并不是唯一一家极力践行工业4.0战略的公司，西门子股份公司管理委员会成员、工业业务领域首席执行官鲁思沃认为，“如果说工业4.0时代的到来还要20年，那么，西门子目前已经到达了‘工业3.X’。”

鲁思沃所说的“工业3.X”，意指西门子位于德国巴伐利亚州安贝格市的电子制造工厂。这座工厂虽然只有三座外观简朴的厂房，却拥有欧洲最先进的数字化生产平台。在这里，超过3亿个元器件都有自己的“身份证”，这个“身份证”正是我们再熟悉不过的二维码。通过二维码上的信息，我们可知晓此元器件由哪条生产线生产、运用了何种材质、生产时的扭矩是多少等详细信息。根据这些信息，生产线可全程自动确定每道工序，并记录下生产过程中的所有数据。

安贝格工厂的联合董事长沃夫尔冈·瓦尔斯特说，这样的智能工厂能让产品完全实现自动化生产：装配线上的半成品会告诉“机器需要什么服务”，然后机器按照这些信息自动组装出成品。

这种产品和机器之间的交流——或者说物理信息系统，让人对生产流程的控制变得更加高效。在安贝格工厂，人工处理的工作量不到1/4，而其产能却较数字化前提高了8倍。同时，因为所有元器件的生产均实时监测、实时处理，所以工厂能够24小时为客户供货；实时的质量数据分析，更让安贝格工厂的质量合格率达到99.9988%。这近乎满分的合格率，让工厂负责人卡尔·比特纳十分骄傲，“全球没有任何一家同类工厂可以实现如此低的次品率”。

更重要的是，与沃尔特工厂一样，在这一生产流水线上，可以实现不同型号、不同规格产品的生产，这种合并生产平台的模块化生产方式，能够大大降低生产成本。大众汽车的MQB平台也是基于模块化生产的智能平台，集团CEO马丁·文德恩曾预计，MQB平台可让生产成本削减20%，同时还最多可减少30%的制造时间，到2019年，模块化生产将为大众集团带来190亿美元的收入和近10%的净利润。

在阿尔卑斯山脚小镇布莱夏赫的博世门斯塔特工厂，其专门负责推进工业4.0战略的阿德·寇莱克总结了博世的4.0战略：智能化原材料输送、国际生产网络系统、流水线操作监控和支持系统、远程技术支持和高效设备管理系统。博世的4.0战略内容，基本上代表了德国先进制造企业的工业4.0发展策略。寇莱克说，“生产线每一秒的速度变化，都关乎几百万欧元的利润。”智能化的生产流水线，将把可能导致利润损失的因素降到最低。

一种新的工业态度

物理信息系统不仅仅被应用于生产制造端，更体现在产品的最终呈现上。戴姆勒股份公司商用车负责人沃尔夫冈·伯恩哈德在此前接受《第一财经日报》采访时就说道，“未来卡车2025是戴姆勒实施工业4.0的代表之一。”这种未来卡车，可以通过“HighwayPilot”自动驾驶系统，运用雷达、WIFI、车联网等技术手段，实现卡车的自动驾驶。

对于享有盛誉的德国工程师们而言，工业4.0的推进，改变的不仅仅是利润，更是一种新的工业态度与思想——他们要赋予机器以“生命”。 用宝马集团负责生产的董事科鲁格的话说，“先进的科技及其生产力，其核心仍然是人。工业4.0并不是一味地追求自动化，排斥人参与生产的全过程；相反，未来的智能科技将着眼于更高层次的人机交互领域，让科技装备为工作人员提供更好的支持。”

在宝马集团兰茨胡特的喷漆车间，科鲁格的话得到了充分证明：基于摄像机图像识别科技的手势识别、记录系统，已经进入汽车生产制造领域。按照程序，该车间的保险杠喷漆工序完成后，检验员需要进行多项复杂的质量检测与评估，这些评估必须精确到每一个零件——这需要检验员十分细心，他们需要精确地记忆偏差产生的位置、数据描述等每一细节。

不过，将“体感游戏”技术引进生产过程中，检验员便可以在虚拟手势识别系统的支持下，用一系列手势进行检验和记录，让电脑代替人脑的记忆功能，大大提升工作效率和检验、定位精度。

这种高精度的人机交流，也是物理信息系统的一部分。在德国，如何从自己所在领域推动工业4.0的发展，已经成为各大企业乐此不疲的事情。就连推出了SAP HANA“足球”神器、协助德国队一举夺得2014年世界杯冠军的SAP公司，也开始试图渗透制造业，希望通过自己在数据分析上的优势，帮助工厂实现更加精确的数据分析。

德国国家科学和工程院院长、工业4.0工作集团主席卡格曼说：“目前，那些为制造业生产设备的企业和技术，比如通快集团的激光技术、西门子生产的机械设备，以及那些使用这些设备、以工业4.0模式生产产品的企业和公司，还有那些为自动化生产企业提供感应技术和机器人及信息通信技术的企业，如德国电信，都从不同方面和角度，参与到推进工业4.0的进程中。”在卡格曼的理解中，这些拥有良好基础的公司，正在将他们擅长的所有知识融合起来，去创造最适合生产的环境。

重振制造业的契机

不止是德国，在制造业增加值位列全球第一的中国，和在金融危机后将发展先进制造业上升为国家战略的美国，也将新一轮的工业革命视为重塑制造业的“风口”。

“中国制造2025”，被认为是比德国的工业4.0战略更为复杂和艰巨的“并联式”工业智能化发展蓝图，将成为中国实施制造强国战略的第一个十年行动纲领。

在太平洋另一端的美国，则将此次工业革命命名为“工业互联网”。尽管称谓有所差别，但是工业互联网的理念和工业4.0的理念保持了一致，那就是将虚拟网络与实体经济连接，形成更有效率的生产系统。

美国智库威尔逊中心发布的《全球先进制造业趋势报告》显示，研发投资额位于世界首位的美国，将其3/4的研发资金都集中在了制造业。不过，与德国不太一样的是，美国的这一轮工业革命，更加侧重利用自身的“软件”优势，希望凭借强大的互联网行业资源，引导工业的发展方向。

早在2012年，美国通用电气就提出了“工业互联网”概念，并集结了IBM、思科、英特尔和AT&T等IT企业成立了工业互联网联盟（IIC），这一联盟将在成员之间展开设备之间的数据共享——只要你想加入，只需申请即可。

除了成立行业联盟，通用电器还与日本软银公司签署Predix软件平台许可协议。根据通用电气发布的声明，作为此次交易的一部分，软银公司将为通用电气开发在航运和制造业各种基于物联网的定制程序，同时通用电气对日本市场开放自身的生产数据。通用与软银联手，标志着通用电气的“工业互联网”进程已进入跨国公司运作阶段。

《时代》杂志认为，通用电气“是希望通过放弃眼前利益，争取通过自身的产品和标准，在全球范围内搭建更大的工业互联网平台”，并最终重新成为全球工业变革的“执牛耳者”。

通用电气的这一轮加速跑，也正是美国重振制造业的契机。据通用电气预测，工业互联网能够使美国的生产率每年提高1%-1.5%，未来20年将使美国人的平均收入比当前水平提高25%-40%。在此期间，工业互联网会为全球GDP增加10万亿-15万亿美元，相当于再造一个美国经济。

让城市更智能

工业4.0的影响力远远不限于工厂，它的触角已经伸向城市，并开始逐步改变人们的生活。

同样致力于重振制造业的法国，如今将发展电动汽车作为这一轮浪潮中的王牌。在巴黎西南部的IssyGrid智能社区，屋顶的太阳能发电装置可以给每家每户的电动汽车充电。而在西班牙的巴塞罗那，物理信息系统在城市的绿色环保上也作出了突出贡献。

走在巴塞罗那街头，随处可见的垃圾回收箱，并没有看起来那么不起眼。在它们的顶部和底部，都装有一个容量传感器和一个压力传感器，当桶内的垃圾快要装满时，垃圾桶就会通过无线传输自动向垃圾处理控制中心反馈情况，这样环卫工人就能够通过垃圾桶的反馈信息，来安排、分配垃圾运输车的出行频率和路线。这一装置，极大地提升了城市的垃圾处理效率。

那些和垃圾桶毗邻的街灯，也都配备了定时器和感应器，以减少能源浪费和对夜行生物的干扰；铺设在地面的停车传感器，能够让司机及时知晓空车位；草地里埋着的湿度传感器，则能够感知地面湿度，以确定何时给草地浇水。

根据工信部产业政策司、国务院发展研究中心产业经济研究部研究撰文中来自法国的数据，如应用信息技术用于能效管理，可节约城市 30%-70%的能源，减少20%的交通拥挤、15%的建筑运行成本和20%的水消耗。

统一标准是最大挑战

来势迅猛的工业4.0让人心动，特别是在发展初期，尚未确定数据标准，使得工业4.0对于那些可能拨得头筹的国家或公司具有特别的吸引力。

德国总理默克尔在2月21日发布的联邦政府播客中说，数字化生产对德国的繁荣富裕至关重要，德国要成为“工业4.0”标准的推动者，并在欧洲甚至全球推行这些标准。

不仅仅德国，美国的工业互联网联盟，也正在为设定新的数据标准紧锣密鼓地工作着。工业互联网联盟所推崇的数据共享，正是以美国企业自身的工业数据作为筹码，在世界范围内引导物理信息系统的建立，制定相关的通用标准，利用互联网来主导传统工业。

在德国信息技术产业协会、德国机械制造商协会（VDMA）和德国电气电子工业协会（ZVEI）共同开展的一项有关工业4.0的调查中，有半数以上企业认为，数据的标准化是“工业4.0”所面临的最大挑战，这个难度甚至超过了流程和工作组织。

根据工业4.0的构想，虽然设备之间能够互相沟通，并且自主决定应该如何展开这些工序，但前提条件是，这些设备之间没有语言障碍。如果要实现全球工厂的集成化发展，那么就需要所有企业采用统一的标准，也就是国际认可的标准化生产体系。一旦这一标准得以建立，无论是硬件生产商还是软件开发商，都能够在既有的框架内研发各个领域的物理信息系统产品，从而实现传感器、网络、计算机、云计算系统、大型企业、车辆和数以百计其他类型的实体得以全面整合，推动整个工业产业链的效率全面提升。（支点杂志2015年6月刊）