“工业4.0”对车用润滑油产品设计及研发的启示

王天儒，周禹，王林春，郭伟，张琴

(中国石油上海润滑油产品设计分公司，上海 201800)

0 引言

2013年4月，德国汉诺威工业博览会上，“工业4.0”概念被首次提出，标志着世界工业发展开始步入智能化时代。2015年，国务院正式印发部署的《中国制造2025》，成为中国实施制造强国战略的第一个十年行动纲领，“工业4.0”对中国各个领域生产制造模式的影响越来越显著。随着智能制造所具备的竞争优势和创新活力不断为大众所认可，“工业4.0”升级已成为各个领域突破传统行业限制、进一步释放生产力的有力手段[1]。

车用润滑油作为润滑油领域市场占比最大，润滑技术更新换代最快的产品，其研发生产模式向“工业4.0”升级，是应对当下行业市场变化越来越迅速、消费者以及OEM对润滑技术需求更为多样化和个性化的有效手段，同时，其升级转型经验对于整个润滑油行业的“工业4.0”革新都有着极大的借鉴意义。润滑油作为石化产品，石油化工领域“工业4.0”模式升级对润滑油的研发生产提供了宝贵经验。同时，汽车制造业的革新则对未来润滑油性能品质提出了更高要求，传统润滑油企业的研发生产模式也在面临着新形势下的机遇与挑战。

面对车用润滑油行业转型过程中存在的挑战与机遇，借鉴相关领域升级转型经验，调研新形势下用户市场对润滑性能的需求变化，取长补短，积极改革，才能实现车用润滑油的智能产品设计研发及生产。未来润滑油企业将以国家政策和企业集团的大力支持为外在驱动，以企业自身降本增效，提高生产效率，打造先进智能化生产运作模式为内在驱动，实施整个研发设计生产体系的转型升级。以先进润滑油研发生产技术为核心，以智能设计研发生产系统为依托，通过物联网、大数据、信息化等先进智能通讯分析技术，构建智能产品研发设计生产平台，形成智能化、自动化的生产模式，发挥企业自身优势，抓住转型机遇，更好的实现车用润滑油领域在产品设计研发生产上的“工业4.0”升级。

1 “工业4.0”：智能化时代

“工业4.0”(Industry 4.0)是德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念，其理念是利用信息化技术促进产业变革。“工业4.0”的提出，标志着工业发展步入了智能化时代[2]。

自现代工业诞生以来，工业革命的脚步从未停息。18世纪60年代自英国发起的技术革命开创了以机器代替手工劳动的时代，第一次工业革命开始。第二次工业革命始于19世纪70年代，以电力的广泛应用为标志，因此又被称为电气化革命，大规模流水线生产模式使得生产成本大幅下降。20世纪四五十年代开始的新科学技术革命，以及这些高新技术在工业领域的应用，尤其是计算机技术的应用，催生了第三次工业革命，这次革命最重要的变化是自动化技术和信息技术的应用，因此又被称为自动化革命[3]。

通过对工业生产进化史的简单回顾可以发现，通过机械化自动化等手段简化代替人力劳动，以大幅提高整个工业体系的效率，是贯穿整个工业进化过程的重要线索。第一次和第二次工业革命，机械代替了工业中大部分人的体力劳动，工业对人的脑力劳动的需求超过了对体力劳动的需求，而第三次工业革命自动化技术和信息技术的大规模应用，使得机器在接管体力劳动的基础上开始接管一部分人的脑力劳动。但第三次工业革命阶段，计算机技术并不完善、互联网技术更是处于起步阶段，尚无法处理海量的生产运营数据，自动化技术和信息技术的许多节点还未数字化和互联化，应用还处在孤立分散的状态[4]。

面对第三次工业革命的局限，“工业4.0”即第四次工业革命应运而生。“工业4.0”的本质，就是通过更先进的信息化自动化技术，低成本构建更为多元化的产业。“工业4.0”的核心技术便是利用物联信息系统(Cyber—Physical System简称CPS)将生产研发过程中的设计、研发、制造、供应等信息数据化，实现智能产品设计、智能研发、智能生产和智能物流联动，充分发挥数字化、自动化和网络化这三个“工业4.0”重要特征，利用信息、软件和网络技术，有效破除数据孤岛，最后达到快速，有效，个性化的产品设计生产供应，进而大大提高工业系统的效率和灵活性[5-7]。

2015年，“中国制造2025”在“工业4.0”基础上提出，它是针对中国国情现状而形成的全面推进实施制造强国的战略文件，是中国实施制造强国战略的第一个十年行动纲领。“中国制造2025”以创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本为基本方针；坚持市场主导、政府引导，立足当前、着眼长远，整体推进、重点突破、自主发展、开放合作的基本原则；以“工业4.0”先进技术为支撑，完成提高国家制造业创新能力、推进信息化与工业化深度融合，强化工业基础能力、加强质量品牌建设、全面推行绿色制造的战略任务。“中国制造2025”以中国实际情况为出发点，针对中国当下基础领域的技术欠缺，以“工业4.0”智能升级为方针和策略，强化信息化和工业化的两化融合，以突破传统制造业生产研发限制，进一步释放生产力，实现中国工业制造业由“制造”向“智造”的转型[8-9]。

2 “工业4.0”下车用润滑油产品设计研发生产的挑战与机遇

“工业4.0”和“中国制造2025”对于中国制造业突破传统行业生产研发限制，进一步释放生产力起着引领作用。可以预见，车用润滑油领域的“工业4.0”升级是大势所趋，但在整个行业升级迭代过程中，既要战胜自身面临的挑战，也要积极抓住转型过程中的机遇。

2.1 传统车用润滑油研发生产的挑战

目前，中国对于企业如何向“工业4.0”升级还处于摸索阶段，并无指定的路线示意图，如何实现“工业4.0”和“中国制造2025”，需要企业根据自身情况选择切入点。同时，德国在提出“工业4.0”革命时，已经具备了强大的技术基础，因此在实践过程中，以信息化推动“互联网+”，通过两化融合进而升级整个产业链，都具有一定优势，而且产业技术比较好。而中国是在“工业2.0、3.0、4.0”同时推动的情况下，来实现我们传统产业的转型升级，同时还要实现在高端领域的跨越式发展，任务要比德国实现“工业4.0”更加复杂、更加艰巨[10]。

进一步聚焦到车用润滑油领域，其“工业4.0”升级过程中面临的挑战则更为具体，主要集中在生产模式、产品设计以及研发几个方面。

润滑油是重要的石化产品，而石化行业是典型的流程化行业，其生产模式升级的大体方向是通过物联网等信息通讯技术，实现各个环节的交互和连接，进而形成以数据为核心的更为高效的交互模式并进行实时分析，以方便企业进行智能决策。但传统的润滑油企业，在生产过程中大部分生产现场可能只有有限的IT系统来控制并链接生产过程，收集生产数据，且主要以机械控制和自动化为导向，信息化数字化应用还处在孤立分散的状态，需要有额外的管理人员进行沟通、联络、记录传递数据。比如当下企业生产部门使用的MES系统和业务部门使用的ERP系统(Enterprise Resource Planning，企业资源计划)，由于二者之间出现了断链，ERP无法实时根据工厂生产情况做出调整，长此以往导致财务系统和工厂实际情况出现极大偏差，产生冗余文件，后续跟踪困难且不及时，最终使得整个公司效率与利润降低[11]。

此外，车用润滑油作为少有的直接面向普通大众用户的石化产品，其产品设计模式的“工业4.0”升级需要面临更为复杂的形势。一方面，由于互联网及大数据等新兴技术的应用，对传统制造业造成了极大的冲击，用户需求变化越来越迅速，迫使企业不得不在产品设计、研发、生产以及运营宣传中考虑“速度”问题[12-13]。另一方面，定制化、个性化的设计模式逐渐成为大数据时代工业产品设计的新趋势，通过对前端数据的整合分析，进而迅速对市场趋势做出反应，以求数字化、柔性化、敏捷化的产品设计模式升级对于传统石化企业也是一个极大挑战[14]。

随着汽车制造逐步多样化、个性化，车型快速迭代，高端品牌受众广泛，以及涡轮增压等新技术的推动，使汽车发动机小型化、低排量高负荷逐渐成为主流，降本及排放法规驱动的环保节能需求日益增加，汽车制造业的技术和模式升级成为了迫切需要。而汽车的功能性和舒适性的提升对车用润滑油性能迭代速度提出了要求，其要应对低速早燃、发动机工作温度和负荷显著升高、后处理系统等更为复杂的问题[15-16]。这些变化，使得车用润滑油的产品研发设计逐渐向高档化、多品种、定制化和差异化发展，对润滑油的可靠性要求更高，更加追求高效、绿色和经济，这些转变对润滑油企业的研发提出了不小的挑战。

2.2 车用润滑油研发生产模式升级的机遇与优势

在构建以国内大循环为主体，国内国际双循环相互促进的双循环发展的背景下，“工业4.0”带来的挑战与机遇共存，尤其近年来中国经济从短缺经济体逐渐转变为过剩经济体，制造业技术、工艺、品质相对落后与严重的产能过剩成为了各大企业发展过程中亟需解决的难题。而“工业4.0”和“中国制造2025”，为中国战略性新兴产业和企业高技术产业发展带来机遇。

以“工业4.0”先进技术为基础，未来的企业可以通过移动互联网技术构建产品设计应用研究系统，实现化工产品设计、生产、经营和决策的数字化、柔性化、敏捷化，搭建应用研究与生产之间的联系渠道，通过大数据、云计算等技术，使得研发生产面对市场需求变化能更快做出响应，紧跟市场需求。通过工业物联网技术，建设具备一体化、智能化和绿色化特征的生产模式，进而实现生产过程自动化、集成化，生产设备数字化、网络化、智能化，有效提高工厂生产效率和产品质量。借助更为先进的信息通信技术，构建信息化平台。一方面，通过专家系统、人工智能决策咨询工具，强化智能辅助决策；同时，进一步加深生产厂家与终端客户的联系，打破物理局限，使得生产过程可视化、透明化，满足用户多样化个性化需求，提升客户体验[17]，最终使企业实现降本增效，提高生产效率，打造先进智能化生产运作模式的目的。

另外，国内石化行业在“工业4.0”升级过程中取得的不俗成果和对成熟技术的应用探索成为发展研发车用润滑油生产模式的一大优势。比如目前广泛应用的ERP系统，该系统主要应用于业务部门，以信息技术为基础，集信息技术与先进管理思想于一身，对于改善企业业务流程、提高企业核心竞争力具有显著作用。而物联网作为“工业4.0”的核心技术，其应用更为广泛，比如以FF、Profibus、Modbus等现场总线技术为代表的短距离、有线通讯已在CSPC、赛科、FREP、烟台万华、金陵PO/MTBE等大型石化企业应用，以短距离、无线通讯为代表的Zigbee/WiFi等技术也在武汉乙烯、福炼二期、金陵PO/MTBE的罐区和无线巡检中应用，这些技术通过对生产现场仪表信息数字化和智能化，再配合管理软件及软测量等技术，实现生产过程变量智能测量与分析，大幅提高了设备管理、能源管理和安全管理的水平[18]。同时，九江石化作为中国第一批智能制造试点，通过与华为公司进行战略合作，在信息通讯、智能管理等方面进行“工业4.0”改造，并率先出台了企业级别的智能工厂的标准规范体系，进而实现了生产研发过程的可视化、实时化和智能化，完成了制造工业到智造工业的转变，有效提高了生产效率[19]。这些石化行业均为车用润滑油产品设计研发生产模式“工业4.0”升级转型提供了宝贵经验。

总之，车用润滑油在“工业4.0”革命中，既要面对中国基础设施薄弱、传统生产研发制造行业中信息通讯技术较为低级、低效的行业通病，也要解决自身在生产模式、产品设计以及研发分析等方面的劣势，只有通过积极改革抓住模式升级过程中的机遇，以国家政策和企业集团的大力支持为外在驱动，以企业自身降本增效，提高生产效率，打造先进智能化生产运作模式为内在驱动，借鉴石化领域成功升级转型经验，发挥自身优势，才能更好地实现车用润滑油领域产品设计生产研发模式的“工业4.0”升级。

3 车用润滑油如何在“工业4.0”环境做到智能产品设计与研发

车用润滑油作为润滑油领域市场占比最大，技术更迭最快、利润最高的产品，实现其智能生产研发升级，成为了众多润滑油企业“工业4.0”升级过程中极为重要和迫切的任务之一。车用润滑油在“工业4.0”环境做到智能研发生产，一方面要依托于先进润滑油研发生产技术，通过提高基础油、添加剂研发升级步伐，优化生产技术，利用先进智能化信息化技术加强车用油研发生产过程的流程管控，提高生产效率；另一方面，则是构建智能研发生产系统，借助信息化平台，强化多领域高效联合解决研发难题的能力，将研发、设计、生产等多个维度有机结合，形成闭环，进而改变车用润滑油研发制造模式、流程乃至整个润滑油行业的结构，有力推动车用润滑油研发生产的转型升级[20-21]。

3.1 先进润滑油研发生产技术

润滑油主要由基础油和添加剂构成，并通过一定的调合工艺配制，调合好的润滑油经化验合格后，由过滤机过滤，再用泵打入成品油贮存罐中，以备包装运输。因此，先进润滑油研发生产技术主要包含基础油和添加剂的研发升级，以及调合工艺的完善三部分。

“工业4.0”升级深刻的改变了润滑油炼化生产厂的生产方式。先进的信息通讯技术，助力传统的石化工厂实现了“生产智能化”和“储运智能化”，也使智能、自动化的调合、计量、罐装技术成为现实，进而大幅度提升生产厂工作效率，降低人力成本。目前，已经提出了较多较为成熟的润滑油智能生产技术，比如同步计量调合技术、脉冲气动调合技术等智能调合技术，储罐自动计量系统，自动润滑油灌装系统。同步计量调合技术通过计算机控制调合设备，利用自动阀门来控制组分的进料量，在调合釜中实现组分配比，完成均匀混合，调合过程全部密闭操作，有效防止了油品氧化，降低了油品损耗。该调合工艺具有计量精确、操作简单、原料切换容易的优势，能大幅缩短生产周期并降低生产过程能源消耗。脉冲气动调合技术工作原理是通过设定脉冲频率、延时和压力等参数，在调合过程中产生动力强大的大气泡，迅速搅动油品，使油品中的各种组分在极短的时间内被均匀地混合，从而达到合格的产品质量，具备高效、稳定、安全的优势。储罐自动计量系统则是利用现场总线技术将生产现场的储罐设备与控制单元连接组成网络，集成控制技术、计算机技术与通讯技术，提高整个系统的安全可靠性的同时，便于维护、扩展、管理。而自动润滑油灌装系统则是采用自动化技术，集光、电、机、气为一体，实现润滑油罐装、封口、防伪贴标机、喷码等操作的全自动运行，具备操作简便、高效且适应多种包装规格的优势。可以看到，这些先进生产调合技术的实现，都以“工业4.0”下的信息通讯技术为支撑，进而实现整个生产现场的智能化、自动化，大幅降低生产运营成本。

3.2 智能产品设计研发系统

面对竞争更为激烈的市场环境，传统的润滑油产品设计、配方研发及生产方案必然难以解决新形势下更为复杂、变化更为迅速的性能需求和市场需要。因此，构建更为智能的研发体系，充分利用大数据、人工智能等手段，拉近研发与市场终端的距离，迅速接收市场信号，加快研发速度，以适应更为复杂的市场环境，在车用润滑油的研究开发中变得极为重要。

信息化平台是构建智能研发及产品设计系统的重要载体之一。中国幅员辽阔，因此普遍存在研发单位分布较为分散，研发体系内使用普通的通讯交流手段沟通成本高、效率低下的问题。而信息化平台可有效打破各科研院所间的物理局限，强化多院所高效联合解决研发难题的能力，通过合理构建信息共享平台，建立更高效的交流沟通渠道，做到研发数据信息资料的互通有无，群策群力，完善研发设计流程，以实现高效的工业设计模式。同时，信息化平台可以通过模块化设计，突出便于维护、扩展和管理的优势，为跨学科、跨专业交流提供了更为方便的手段。平台通过开放临时链接端口、建立新模块等方式，使得不同领域的研发单位可以迅速的融入已有的研发体系并发挥专业优势，极大地提高了研发体系面对新领域新技术时的应对能力。

另外，信息化平台还为市场终端、生产现场与研发单位间建立了纽带，使得研发、生产、销售更加紧密地融合。通过向终端的销售、服务人员，生产厂的管理部门提供信息化平台接口，可以使研发人员能更迅速、更直接地接触市场信息和生产过程，及时根据政策变化、市场需求和生产现状对产品配方、性能及生产工艺做出调整。在市场端，以销售服务等一线人员提供的信息为基础建立信息库，借助大数据分析、人工智能等手段，更为精准地预测未来市场需求，及时调整研发方向，做到未雨绸缪。在生产端，则根据生产厂提供的实时生产信息、产品质量数据，及时调整配方，优化生产工艺，有效提高产品质量性能、提升生产合格率、加快生产效率，进而节约成本，提高公司整体效益。

通过搭建产品设计平台和服务管理平台，以应用研究数据库为基础，建立一个科学的产品设计和管理模块以提升工作效率，打造基于市场反馈和数据分析为基础的产品开发和服务系统，通过对内外数据资源的管理治理分析，实现对润滑油产品设计和润滑技术服务的数据支持和趋势研究。平台对外提供一个统一的产品和服务的入口，对内规范客户服务流程，将客户、经销商、销售代表与技术专家绑定，构建技术专家与润滑产品、润滑设备相关联的技术服务体系。破除数据孤岛，实现信息资料分析共享，进而实现“智慧润滑”[22]。

综上所述，实现车用润滑油在“工业4.0”模式下更为高效的智能研发生产，要以先进润滑技术研发为核心，以智能研发生产系统为依托。一方面，以国内外汽车市场和OEM对润滑性能的需求及排放法规政策为导向，紧跟市场行业发展趋势，实现润滑油性能的高效升级换代，调合生产工艺的逐步完善。另一方面，将信息化平台深入融合到产品的设计和研发体系中，充分利用“工业4.0”先进模式对车用润滑油研究开发流程的管控作用，强化多院所多领域高效联合解决研发难题的能力，实现智能研发生产。以“工业4.0”先进技术为支撑，强化企业在车用润滑油领域的产品设计研发和生产能力，提高生产效率。

4 结论

“工业4.0”和“中国制造2025”已成为当下引领中国制造业实现信息化与工业化深度融合，突破传统行业生产研发限制，进一步释放生产力的重要突破口。车用润滑油在“工业4.0”模式下实现智能产品设计研发生产，是应对当下行业市场变化、需求多样、个性化的有效手段。面对升级转型过程中存在的挑战与机遇，润滑油企业要以先进润滑技术研发为核心，以智能研发生产系统为依托，优化生产调合技术，以物联网技术为支撑，进而实现整个生产现场的智能化、自动化，以大幅降低生产运营成本，通过信息化平台，形成技术专家与润滑产品、润滑设备相关联的技术服务体系，实现“智慧润滑”。面对整个工业制造业的“工业4.0”升级大环境，积极抓住转型机遇，强化企业在车用润滑油领域的研发能力，提高生产效率，才能更好的满足越来越个性化的用户需求，应对未来更为复杂和多样化的市场挑战。