工业4.0背景下广西机械工业装备的优化改造途径

梁柱

专论与综述

工业4.0背景下广西机械工业装备的优化改造途径

梁柱

（南宁职业技术学院，南宁广西530008）

近年来，全球制造业始终面临着转型升级和可持续发展的挑战，德国联邦政府基于对制造业前景的预测而制订了“工业4.0”的前瞻性计划。本文针对德国工业4.0和中国制造2025下对机械工业装备业的发展规划，分析了在工业4.0下广西机械工业装备存在的差距，提出了广西机械装备业在工业4.0下的优化改造途径。

工业4.0；机械工业装备；改造途径

1 德国工业4.0的战略提出

2008年至2012年世界经济已经深深陷入了严重的经济危机与债务危机，尤其是美国和欧洲等发达国家的经济发展严重停滞不前。除德国之外，美国、英国、日本等发达国家都在转变经济的发展重心，都将国内重要的支柱产业——制造业向一般的服务业倾斜，使国家的经济实体被大大削弱，因而产生了较大的经济波动。金融及欧债危机之后，欧美等发达国家开始逐渐意识到服务业的繁荣要有工业做支撑，工业仍然是国家经济发展的命脉，因而纷纷做出复兴工业化的战略法案[1]。英国政府首先提出“低碳工业战略”，之后又制定了其发展纲领，即《英国发展先进制造业主要策略和行动计划》；美国政府也提出“再工业化”的发展口号，出台《重振美国制造业政策框架》等策略；法国政府也相继宣布建立国家主权基金－－“战略投资基金（FSI）”，之后也出台了制造业“生产振兴”的战略。与此同时，2009年日本的国际贸易委员会也相应制定了《日本制造业竞争策略》方针；就德国而言，即便是在发达国家一直在忽视工业而纷纷转向发展服务业的浪潮中，而其实体经济则一直是以发展制造业为主的立国之本，工业等实体经济在德国的国民生产总值中占有相当大的比重。应对金融危机这一战略起到了决定性作用[2]。

德国作为全球制造业的领头羊，在欧美纷纷出台新政策后，为了牢牢掌握住世界制造业的话语权，德国也提出了自身的发展战略——德国“工业4.0”.“工业4.0”的正式提出是在2011年的德国汉诺威工业博览会上，之后在德国工程院、弗劳恩霍夫协会，西门子公司等产学研用多方的推动下，“工业4.0”在当年就入选为“十大未来项目”。德国“工业4.0”工作组又在2013年4月发表了相关著名文章，确定德国“工业4.0”的总体框架，德国电子电器和信息技术学会也出台“工业4.0”的标准化路线图，之后德国机械及制造商协会也成立了“工业4.0”平台，因此具有前瞻性的“工业4.0”战略就正式形成了。2014年10月李克强总理在访德时，就与德方共同签署了《中德合作行动纲要》，这份文件的重要核心就是要进一步加强两国在物联网、云计算、移动互联网、大数据等领域的合作，即“工业4.0”的合作，该份文件是目前为止中德之间涉及领域最广的双边合作文件。中国国务院于2015年5月8日正式印发了中国的工业4.0《中国制造2025》，从此中国真正拥有了自己的制造业发展战略整体规划。国务院总理李克强在中德经济顾问委员会座谈会上也同时宣布，此时中国与德国“工业4.0”战略合作正式对接，将在中国实施“中国制造2025”，大力推进“大众创业、万众创新”[3]，至此中德“工业4.0”的合作方式也正式落地。虽然合作有广泛的前景，但我国装备制造业在产品技术、产品结构等方面仍然缺乏与国际大企业抗衡的核心技术。在这样一个关键阶段中通过对比从中发现自身的问题与不足，不断研究德国工业化进程中推行的先进战略和思想，这将有利于在经济“新常态”时期两国战略的顺利对接，以及我国装备制造业的顺利升级。

2 德国工业4.0的具体内容

（1）德国“工业4.0”的定位

从整个工业革命发展的历程我们更加清晰地理解德国“工业4.0”的发展的战略定位。德国的“工业4.0”就是指以智能工厂和智能生产为导向的第四次工业革命，目的就是通过云计算、工业物联网、工业大数据等技术手段来推进制造业迈向智能化。18世纪末期的英国发生了第一次工业革命，最典型的代表就是发展了以蒸汽机驱动的机械制造设备，使制造业步入了机械化时代；19世纪末期在美国发生了第二次工业革命，最典型的代表就是发展了以大规模生产的劳动分工、电力驱动，使制造业迈入了电气化时代；在20世纪70年代的第三次工业革命，最典型的代表就是发展了以电子和IT技术驱动制造流程自动化，使制造业进入了自动化时代。德国在整个工业发展进程中，第一次工业革命产生了制造产业；第二次工业革命中工业电气的得到普及；而后，第三次工业革命使德国迅速实现了工业电气装备加自动控制的核心工业自动化。在德国快速的实现了工业化之后，其政府很快的捕捉到了世界制造业发展的大趋势，提出了具有革命性战略的“工业4.0”构想。

（2）德国“工业4.0”的内容

德国“工业4.0”战略主要归纳为：“实施八项计划”、“实现三项集成”、“研究两大主题”、“建设一大网络”。“实施八项计划”就是健全规章制度、创新工作的设计与组织、实现技术的标准化、建立宽频的全面基础设施、复杂管理系统、持续的进行职业发展培训、建立安全与保障机制、提升资源利用效率[4]。“实现三大集成”就是进行纵向集成、横向集成以及端对端集成。纵向集成就是指在企业内部采用定制化生产、分散式生产替代传统的集中式、固定式的生产线；横向集成指在不同领域与行业的企业中，采用物联网系统和价值链来实现实时资源与信息的共享；端对端集成是在工业流程、商业流程等一系列产业价值链中进行信息系统集成。“研究两大主题”就是指“智能工厂”和“智能生产”，“智能工厂”是指利用监控技术和物联网技术，来促使生产系统从自动化流水线转向动态配置生产，从而减少生产线的人工控制。“智能生产”就是指为了实现智能生产线与产业工人之间的密切合作，通过物流管理系统、3D打印技术来形成个性化、网络化、高度灵活的产业链；“建设一大网络”是指信息物理系统CPS（Cyber－Physical Systems），CPS是一个包含计算、网络和物理实体的复杂化系统，是“工业4.0”的重要核心。其核心就是将计算、通信、控制、协同合作、定制化的有机融合和深度协作。

3 工业4.0的下机械工业装备的发展目标

“工业4.0”的目标就是要建立一个个性化和数字化高度灵活的产品与服务模式，其包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，在这种模式中，会产生各种新的活动领域和合作形式，产业链分工将被重组，传统的行业界限将消失。

“工业4.0”项目主要分为三大主题：

第一是“智能生产”，主要涉及3D技术在工业生产过程中的应用以及整个企业的生产物流管理、人机互动等；

第二是“智能工厂”，主要重点研究智能化生产过程，以及系统、网络化分布式生产设施的实现；

第三是“智能物流”，主要通过整合物流有机资源，充分发挥互联网、物流网、物联网的作用，为现有物流资源供应方的效率。

同为制造业大国的中德两国，“中国制造2025”及德国“工业4.0”的两国制造业发展战略拥有相似的核心理念，就是首先将制造技术与信息技术的深度融合放在首位。在过去的几十年中中德双方在多方位、多领域的进行了全面合作。如德国的优秀企业西门子、大众等在中国的发展都非常的优异，中国因此也从中获得了丰富的工业技术与管理经验，中国装备制造技术也取得前所未有的成绩，然而在装备制造技术上中国和德国毕竟发展并不在同一个起点，在产业基础、人员素质、两化融合程度、战略任务等方面上都存在较大差距，因而过快进行“中国制造2025”与德国“工业4.0”的战略对接或者盲目照搬德国“工业4.0”的方式方法并不可取[8]。通过对德国“工业4.0”的学习，对照我国装备制造业进程，就能够从中找到自身发展过程和工业进程的短板，只有真正将战略合作推向深入，才能实现我国装备制造业的跨越式转型。

对机械装备及加工业，工业4.0战略提出了新的要求：

（1）“少人化”生产；

（2）大规模的的个性化生产；

（3）满足客户的个性化需求；

（4）低成本的个性化生产。

4 工业4.0下广西机械工业装备业的差距

我国装备工业经历了从小到大，从修配到制造，从制造单机到成套设备的发展过程，目前已逐步发展成为一个门类比较齐全、布局比较合理、技术水平和成套水平不断提高的具有相当规模的产业。为了加大对重大技术研发和重大装备研制企业技术的改造，国家制定《高端装备制造“十二五”发展规划》、《“十二五”智能制造装备产业发展规划》，通过引进、消化、吸收、再创新，我国重大机械装备技术研制取得了突破性进展，国家工业化水平迈上了一个新台阶。

随着广西被列入中国泛北部湾经济群之一以及中国—东盟博览会永久落户南宁，广西经济也迎来了快速增长时期，整体实力大为增强，机械制造工业作为广西支柱产业之一，也进入了快速发展的最佳时期，但在重大技术装备、高新技术产品和机电一体化设备方面与国际、国内先进技术水平仍有较大的差距。因此，加紧对广西机械制造工业战略性重组和进行体制改革，尽快增强国际市场竞争力，迫在眉睫。通过对广西玉柴、广西柳工、广西建机、南宁八菱科技、桂林富达、桂林机床、柳州华力等骨干企业进行调研显示，目前广西生产厂家的信息化、网络化、自动化程度还很低，传统的机械制造业目前仍然处于离线的产品开发和营销模式中，用户的需求不能及时反馈，导致产品的开发不及时，不能满足用户的真实、个性化需求，导致生产效率低、废物率高，目前我区机械工业装备及加工的现状为：

（1）自动化程度低。各种产品与相应的设备在生产过程中没有信息的交流，只能依靠人工的直接操作，设备之间也没有交互，甚至需要人工将半成品在两台设备之间进行搬运才能进行下一个步骤的加工。

（2）信息化程度低。各种设备的信息化以及组织管理信息化程度低；

（3）网络化程度低。企业没有将人、设备、环境、原材料等有机的联系起来，不能及时将各种因素有机联系起来进行交互；

对照德国“工业4.0”及“中国制造2025”战略规划，梳理广西装备工业发展的制约因素不难发现，装备工业高端主机的发展与配套的基础领域产品供应不足矛盾的凸显，已成为制约我区装备工业发展的瓶颈。

5 工业4.0下广西机械工业装备优化改造途径

经过近年来政府对广西工业装备进行大规模技术改造和建设，广西机械工业已具有门类齐全、相当规模，并具有一定的参与国际竞争的能力。机械装备制造业是广西的支柱产业之一，机械装备制造业的发展必须依靠各种起重运输机械、动力机械、农业机械、化工机械、机床工具、冶金矿山机械、纺织机械、仪器、仪表等其他机械工业装备。机电产品是广西对东盟出口的主要产品，年平均出口总值占广西对东盟出口总值的27.8%.泛北部湾经济区的临海工业建设也为广西的机械制造业提供了旺盛的区内市场。

近年来，随着人口红利消失，生活成本日益剧增，中国世界工厂优势也正在缺失，发达国家纷纷瞄准东南亚各国并将工厂转移。德国工业4.0概念风生水起，中国也提出了中国制造2025.工业4.0以CPS为基础的一个崭新工业制造方式和逻辑，这意味着工厂进入网络化大生产。CPS就是应用相同的语言，利用网络将物件之间进行相互连接，进行相互沟通与理解。工业4.0的愿景就是在整个生产过程中，将原料、半成品及待交付的产品均标签编码，生产的每道工序和每个流程的数据也都记录在案可供追溯，并自动生产出各具特性的产品和自动装配不同元件。过去指挥生产的核心都是以中心控制指挥为系统，现在有了CPS就可以产生完全不同的生产结构。在工业生产中CPS运用，由于“产品”与“机器”实现了“沟通”，机器与产品之间通过信息沟通和互联，实现整个生产过程都由IT控制，生产效率会大大提高，工厂可做到24 h内为客户供货，而且可以对所有元件及工序进行实时监测和处理，随时监测出可以挖掘并能进行质量分析的数据，次品率将可以大大的降低。根据广西现有机械加工的情况和工业4.0的概念要求，提出了对我区现有机械工业装备升级的优化建议：

（1）建立高效的数字化企业平台。

实现智能制造的关键就是要有数字化企业平台作为载体。它以最小的资源消耗获取最高的生产效率，同时实现包括产品设计、生产规划、生产管理、生产执行和服务的高效运行。该平台可以实现企业在大数据、物联网、云计算、工业以太网等技术的强大支持下，集成最先进的硬件和软件技术及生产管理系统，不论身处何处都可以与客户保持密切联系，如同在办公室和车间一样，随时调阅各种档案和文件，处理各种生产问题。

（2）建立物联网智能化车间。

物联网智能化车间的机器是工厂的网络信息化节点，能够识别工件，与人交互，机器与机器（物与物）之间按照人编制的控制程序工作，感知相关设备和环境的变化，协同完成加工任务。

（3）建立满足定制化生产设备。

为了满足用户的各种个性化需求，这就需要在一条生产线上能生产出各项不同类型的产品。采用以互联网为载体的基于强大功能、高性能应用程序软件和嵌入操作系统的智能机床设备，可以利用预先设置好程序来完成自动生产和装配各类不同产品。通过改善工艺流程、提高加工工件质量、提升生产效率、降低加工成本，增加市场的竞争力。

（4）将重心调整到技术开发和设计的早期阶段。

在生产开始之前在设计阶段就已在虚拟环境达到了最优化，包括产品开发流程和生产流程中的所有环节。生产流程也会得到大大改进，产品设计和生产任务配置所消耗的人力、物力、原材料资源等都将会大幅的缩减。

（5）制定中国版的工业4.0标准。

中国真正的要从制造大国迈向制造强国，质量在产业发展和市场发展中有着基础性和战略性地位。制造业要转型，发展中国版工业4.0，标准先行不容忽视。只有能制定出被各方采用的国际通用化标准，才能增强用户以及企业的信心，并能转化成可操作的具体实施方案。

此外，要能让中国版工业4.0真正在中国和广西落地扎根，还须将标准先行作为提高国家制造业创新能力的重要组成部分来推进。

[1]厉以宁．工业化与制度调整——西欧经济史研究[M]．北京：商务印书馆，2010．

[2][美]瓦科拉夫·斯米尔.美国制造：国家繁荣为什么离不开制造业[M].李凤海，刘寅龙[译].北京：机械工业出版社，2014.

[3]中华人民共和国外交部．李克强与德国总理默克尔共同出席中德经济顾问委员会座谈会[EB/OL]．[2015-11-12]http：// www.gov.cn.

[4]王喜文．工业4.0：最后一次工业革命[M].北京：电子工业出版社，2014.

[5]娄成武．德国_工业4_0_战略及其对中国装备制造业发展的启示[J].青岛行政学院学报，2016（2）：7-12．

[6]叶智勇.工业4_0背景下的机械加工业优化升级[J].经营与创新，2015（5）：12-15．

[7]黄阳华.德国“工业4．0”计划及其对我国产业创新的启示[J].经济社会体制比较，2015（2）：10-13．

[8]纪成君，陈迪.“中国制造2025”深入推进的路径设计研究——基于德国工业4.0和美国工业互联网的启示[J].当代经济管理，2016（2）：9-12．

[9]李金华．德国“工业4.0”与“中国制造2025”的比较及启示[J].中国地质大学学报（社会科学版），2015（5）：15-17．

[10]丁纯，李君扬．德国“工业4.0”：内容、动因与前景及其启示[J].德国研究，2014（4）：17-22.

Guangxi Industrial Machinery and Equipment Under the Background of Industrial4.0 Optimization Transformation Way

LIANG Zhu
（Nanning Vocational and Technical College，Nanning Guangxi 530008，China）

In recent years，the global manufacturing industry always faces the challenges of the enterprise transformation and sustainable development.The germany federal government makes the prospective plan，named“Industry 4.0”，based on the prediction of manufacturing prospects.According to the development plan of mechanical equipment industry，based on the germanic“Industry 4.0”prospective plan and“chinese manufacturing 2025”plan，this paper conducts the gap analysis between the guangxi mechanical industrial equipment and germanic“Industry 4.0”prospective plan，and puts forward some approaches to improve and optimize the guangxi mechanical equipment industry under the germanic“Industry 4.0”prospective plan.

industry 4.0；mechanical industrial equipment；optimization approaches

F427

A

1672-545X（2017）02-0114-04

2016-11-20

梁柱（1961-），男，广西北流人，高级工程师，主要从事职业教育研究及模具设计制造研究工作。