工业4.0 发展研究概述

2022-12-18张艳秀

现代工业经济和信息化 2022年1期

张艳秀

（天津商业大学管理学院，天津 300134）

1 工业4.0 的概念

工业4.0 是一个概念，代表工业企业采用数字化、云计算、物联网和大数据等技术，以在国内和全球市场获得竞争优势。

数字转型已经影响到商业模式、生产流程和公司治理。信息和通讯技术（ICT）等基础设施以及在分析功能方面的改善已经引发了各级一连串的创新商业模式，企业组织以及公司掌握它们并从中提取价值的能力已经成为几乎所有经济部门竞争优势的一个元素[1-3]。数字化在企业界的日益广泛应用所提供的各种可能性正在改变公司的竞争地位、它们如何与员工和客户进行互动以及它们如何在市场中定位自己。一些公司提供的产品和服务明显超出了它们原来的商业模式，但这是可能的，因为这种模式已经适应了数字化[4]。然而，数字化转型的发生是企业的信息系统资源、行业环境和公共政策这几个要素结合的结果[5-7]。在数字化转型的各个方面，决策者、学者和管理者都在关注：数字化应用于制造过程的可能性，也就是现在通常所说的工业4.0[8]。工业4.0 这个术语正在被广泛用于描述数字化工厂的概念，全自动化的制造过程最终集成到一个供应链中，在这个供应链中，人类的干预被降到最低。即使工业和是一个比较新的概念（诞生于2011年），也有越来越多的学术研究涉及它。

2 工业4.0 的理论背景

工业4.0 这一概念是由德国工业和学术界在德国政府的支持下创立和发展起来的，其目的是构建和发展国家的工业竞争力，这些竞争力是由几个工业部门的生产过程的数字化所推动的。它的名字来自于这样一种认识：将网络物理系统纳入生产过程正在改变着整个生产和商业模式，标志着第四次工业革命的到来。因此，工业4.0 是一个没有完全完成的结果。在这一基本原理下，第一次工业革命的标志是过程的机械化，第二次是基于劳动分工的电力大规模生产的引入，第三次是通过电子和计算机力量的结合实现某些过程的自动化，而第四次工业革命意味着在制造过程中，机器设备具备了和价值链上互联的数字设备相互通信的能力。然而,超出原来的意义,术语“4.0”还体现了一个更广泛的工业革命的概念, 即使所有的技术发展所允许的数字化生产流程还没有准备广泛使用，却可以提前采用与它相关的技术。其他概念如“智能工厂”“工业物联网”或简单的“工业互联网”也有类似的含义。然而，工业4.0的概念在更广阔的工业环境中包含了纵向和横向的集成，它涵盖个性化生产、协作网络的横向集成和端到端数字集成这几个主题，每个主题包含了关于生产和生产过程、供应链、协作网络、工程和生产系统的几个子主题。而且，工业4.0 具有互操作性、虚拟化、分散化、实时功能、面向服务和模块化等技术要求。

此外，工业4.0 作为一种易于识别的表达方式，促进了公共政策和工业本身认知的交流，即较不成熟的中小型企业（SME）认识到正在发生的变化对其竞争格局的潜在影响，还促进了决策者、企业和学术界之间关于创新和现代化的交流，为大学、咨询机构和公共机构提供了广泛的分析领域。这些利益相关者的不同观点也解释了广泛的学术研究的存在，这些学术研究涵盖了具体方面的实施，如信息的处理或网络物理系统的实施或预先确定的主题维度，如物流，使用具体的实际案例，收集行业专家的实践经验。

3 工业4.0 存在的可能性

工业4.0 优势可以从两方面来解释，即数字化如何影响制造业企业创新的两个基本要素：工业4.0基础设施和大数据成熟度。第一个维度代表一种基础设施，它超越了传统的硬件和电缆概念，包含了信息、通信和连接技术，在数字范式下，这些技术正在改变公司制定其商业战略的方式。第二个维度代表大数据成熟度，它对基础设施生成信息的处理能力，提取数据并解释在制造过程和供应链过程中产生的信息的能力具有很大的附加价值，因为它增加了预测能力并有助于错误管理。这两个维度表明：有强有力证据的理论建设工业4.0 网络和平台的组合,可以维持生产和供应链流程处理这些设备产生的数据的能力,使流程更有效率。系统的互联性、互操作性和虚拟化特性允许在过程中产生和存储大量的粒状数据，在大数据技术下将数据处理转化为有价值的信息。因此，工业4.0 是基础设施和处理基础设施产生的信息的能力的组合：不能单独考虑这些元素，因为正是它们融合的可能性产生了与流程数字化相关的所有优势。很大一部分企业结合使用通信网络平台和机器连接，显示了一个国家有高价值工业4.0 基础设施的制造业。在一个特定的国家，大数据成熟度的高值表明其制造业部门存在分析能力。这两个维度的高水平本身并不意味着一个国家存在工业4.0，但至少应该指出它存在的可能性。

4 工业4.0 技术的实施模式

工业4.0 已经被认为是一个新的工业阶段，在这个阶段，一些新兴技术汇聚在一起，提供数字解决方案。然而，人们对公司如何实现这些技术缺乏了解。因此，了解制造业企业采用工业4.0 技术的模式非常重要。

工业4.0 技术可以根据其主要目标分为两个不同的层次。在该概念框架的中心，为工业4.0 的“前端技术”，它考虑了基于新兴技术的制造活动的转型（智能制造）和产品提供的方式（智能产品），它还考虑了原材料和产品的交付方式（智能供应链）和基于新兴技术支持的工人执行活动的新方式（智能工作）。将此技术层称为“前端技术”，因为这四个“智能”维度涉及到操作和市场需求。因此，它们对企业价值链具有最终应用目的。值得注意的是，前端技术层的核心维度是智能制造，而其他维度与这个维度相互关联。前端层依赖于另一层：“基础技术”，它包括为前端技术提供连接和智能的技术。这最后一层使工业4.0 概念区别于以往的工业阶段的概念。这是因为基础技术允许将前端技术连接在一个完整的集成制造系统中。而且，基础技术的实施对公司来说是一个挑战，因为在样本研究中大数据和分析仍然很少实施。

5 工业4.0 的应用实例

供应链作为工业4.0 的一个重要子主题，在制造业企业的发展过程中具有举足轻重的作用，而工业4.0 的快速发展为供应链的发展提供了新的动力。在2020年新冠疫情的影响下，全球供应链遭受重创，但是在疫情发生之前已积极实施工业4.0 的企业将损失降到了最小。以中国某包装消费品公司为例，由于提前在供应链上应用了数字孪生技术，该公司得以在疫情期间模拟各种预案，积极应对工厂突然关闭或原材料供应中断等突发状况；为了扩大产能，位于地球另一端的一家北美个人防疫物资制造商安装了一条新产线，疫情期间，他们借助增强现实技术，以远程辅助的方式成功实现了新产线的投产。同时，这次疫情也使许多企业意识到，薄弱的底层信息技术基础框架已经不能保证企业应对突如其来的危机，而这种形势下的长久发展更是一个巨大的挑战。因此，在企业生产及运营环节等各个方面积极推进工业4.0，采用适合本企业的数字技术等高端技术势在必行。