德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略透視

工業(yè)4.0項(xiàng)目是全球制造業(yè)最具競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)家之一――德國(guó)于2013年4月在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式推出的項(xiàng)目，是2010年7月德國(guó)政府在《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來項(xiàng)目之一，旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。中國(guó)首套工業(yè)4.0流水線也已經(jīng)亮相第十六屆中國(guó)工業(yè)博覽會(huì)，工業(yè)4.0業(yè)已進(jìn)入中德合作新時(shí)代，中德雙方簽署的《中德合作行動(dòng)綱要》中也存在有關(guān)工業(yè)4.0合作的內(nèi)容。

以智能制造為主導(dǎo)的

第四次工業(yè)革命

“工業(yè)4.0”是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法，包含了由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，旨在通過充分利用信息通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)――信息物理系統(tǒng)（CPS)相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式。創(chuàng)造新價(jià)值的過程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。

“工業(yè)4.0”項(xiàng)目主要分為三大主題，一是“智能工廠”，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)。二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。該計(jì)劃將特別注重吸引中小企業(yè)參與，力圖使中小企業(yè)成為新一代智能化生產(chǎn)技術(shù)的使用者和受益者，同時(shí)也成為先進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)造者和供應(yīng)者。三是“智能物流”，主要通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、務(wù)聯(lián)網(wǎng)，整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應(yīng)方的效率，而需求方則能夠快速獲得服務(wù)匹配，得到物流支持。

多管齊下解決

“德國(guó)制造”危機(jī)

德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略的要點(diǎn)可以概括為：建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、研究?jī)纱笾黝}、實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)集成、實(shí)施八項(xiàng)計(jì)劃。

建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。信息物理系統(tǒng)就是將物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界的融合。CPS可以將資源、信息、物體以及人緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)服務(wù)，并將生產(chǎn)工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)智能環(huán)境。這是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。

研究?jī)纱笾黝}：智能工廠和智能生產(chǎn)?！爸悄芄S”是未來智能基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程以及網(wǎng)絡(luò)化分布生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)。“智能生產(chǎn)”的側(cè)重點(diǎn)在于將人機(jī)互動(dòng)、智能物流管理、3D打印等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程，從而形成高度靈活、個(gè)性化、網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)業(yè)鏈。生產(chǎn)流程智能化是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的關(guān)鍵。

實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)集成：橫向集成、縱向集成與端對(duì)端的集成。工業(yè)4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過CPS形成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對(duì)端的高度集成。

實(shí)施八項(xiàng)計(jì)劃：工業(yè)4.0得以實(shí)現(xiàn)的基本保障。一是標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)。需要開發(fā)出一套單一的共同標(biāo)準(zhǔn)，不同公司間的網(wǎng)絡(luò)連接和集成才會(huì)成為可能。二是管理復(fù)雜系統(tǒng)。適當(dāng)?shù)挠?jì)劃和解釋性模型可以為管理日趨復(fù)雜的產(chǎn)品與制造系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。三是一套綜合的工業(yè)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施。可靠、全面、高品質(zhì)的通信網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)4.0的一個(gè)關(guān)鍵要求。四是安全和保障。在確保生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品本身不能對(duì)人與環(huán)境構(gòu)成威脅的同時(shí)，要防止生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品濫用及未經(jīng)授權(quán)的獲取。五是工作的組織和設(shè)計(jì)。隨著工作內(nèi)容、流程和環(huán)境的變化，對(duì)管理工作提出了新的要求。六是培訓(xùn)和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展。有必要通過建立終身學(xué)習(xí)和持續(xù)職業(yè)發(fā)展計(jì)劃，幫助工人應(yīng)對(duì)來自工作和技能的新要求。七是監(jiān)管框架。創(chuàng)新帶來的諸如企業(yè)數(shù)據(jù)、責(zé)任、個(gè)人數(shù)據(jù)以及貿(mào)易限制等新問題，需要包括準(zhǔn)則、示范合同、協(xié)議、審計(jì)等適當(dāng)手段加以監(jiān)管。八是資源利用效率。需要考慮和權(quán)衡在原材料與能源上的大量消耗給環(huán)境及安全供應(yīng)帶來的諸多風(fēng)險(xiǎn)。

實(shí)際上，工業(yè)4.0體現(xiàn)出德國(guó)對(duì)美國(guó)的危機(jī)感和極高的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。CPU、操作系統(tǒng)、軟件以及云計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)幾乎都由美國(guó)掌控。近兩年來，谷歌開始進(jìn)軍機(jī)器人領(lǐng)域，研發(fā)自動(dòng)駕駛汽車；亞馬遜進(jìn)入手機(jī)終端業(yè)務(wù)，開始實(shí)施無人駕駛飛機(jī)配送商品……美國(guó)互聯(lián)網(wǎng)巨頭正在從“信息”領(lǐng)域加速進(jìn)入“物理”業(yè)務(wù)領(lǐng)域。顯而易見，這一趨勢(shì)對(duì)制造業(yè)的破壞性影響只是時(shí)間問題，因此，德國(guó)產(chǎn)生了前所未有的危機(jī)感。

近年來，從中國(guó)機(jī)械產(chǎn)業(yè)的高速增長(zhǎng)中，德國(guó)看到的更多是“德國(guó)制造”自身的危機(jī)。數(shù)據(jù)顯示，德國(guó)以16%的份額占據(jù)2013年全球機(jī)械出口首位，中國(guó)以11%的份額，略低于美國(guó)位于全球第三。同時(shí)，在全球設(shè)備制造業(yè)的32個(gè)子行業(yè)中，中國(guó)已經(jīng)在7個(gè)子行業(yè)中取得了領(lǐng)先地位。更有甚者，美國(guó)波士頓咨詢公司的一篇相關(guān)分析報(bào)告曾提出警告：“歐洲機(jī)械制造商必須意識(shí)到，競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境已經(jīng)改變，必須對(duì)越發(fā)明顯的威脅做出反應(yīng)，否則他們將被來自中國(guó)的咄咄逼人的挑戰(zhàn)者打倒。”由此，德國(guó)《世界報(bào)》網(wǎng)站在去年3月27日?qǐng)?bào)道稱“中國(guó)機(jī)械制造業(yè)嚴(yán)重威脅德國(guó)”！由此看來，德國(guó)對(duì)中國(guó)制造業(yè)的防備之心已顯而易見。

工業(yè)4.0與“兩化深度融合”

異曲同工

工業(yè) 4.0 的核心需求是提升現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)， 以提供保證的延遲時(shí)間、可靠性、服務(wù)質(zhì)量和通用帶寬。為與國(guó)家IT峰會(huì)在《2011 年的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施年鑒》中提出的建議一致，需要在德國(guó)和其制造伙伴國(guó)家之間大規(guī)模地?cái)U(kuò)大寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。高運(yùn)行可靠性和數(shù)據(jù)鏈路可用性是機(jī)械工程及自動(dòng)化工程應(yīng)用的關(guān)鍵。保證的延遲時(shí)間和穩(wěn)定的連接是關(guān)鍵，因?yàn)檫@直接影響應(yīng)用程序的性能。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該多做些工作，以滿足企業(yè)的意愿。

德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略與我國(guó)提出的兩化深度融合有很多相通之處。在某種程度上，兩化融合可稱為我國(guó)工業(yè)的3.0，兩化深度融合可以說是我國(guó)工業(yè)的4.0。在新的發(fā)展背景下，只有將信息化的時(shí)代特征與我國(guó)工業(yè)化歷史進(jìn)程緊密結(jié)合起來，把兩化深度融合作為主線，才能為推動(dòng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)注入新的動(dòng)力，也才能在向工業(yè)化邁進(jìn)的過程中占得先機(jī)。

超前部署建設(shè)國(guó)家信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。美、德等世界工業(yè)強(qiáng)國(guó)都高度重視信息物理空間構(gòu)建，加強(qiáng)戰(zhàn)略前瞻部署，并取得積極研究進(jìn)展。中國(guó)要決勝未來的競(jìng)爭(zhēng)，必須在構(gòu)建信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上先行一步。一方面，在國(guó)家新的信息化發(fā)展戰(zhàn)略中加強(qiáng)對(duì)CPS的總體布局，研究制定CPS建設(shè)的戰(zhàn)略目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)、發(fā)展路徑和政策舉措。同時(shí)，在制造業(yè)發(fā)展、智慧城市建設(shè)、國(guó)家網(wǎng)絡(luò)和信息安全等工作中加強(qiáng)前瞻部署與應(yīng)用推廣。另一方面，可借鑒美國(guó)組建“國(guó)家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中心”的做法，組建一批國(guó)家信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，負(fù)責(zé)承擔(dān)基礎(chǔ)理論研究，組織力量研發(fā)突破CPS軟件、傳感器、移動(dòng)終端設(shè)備等工具和裝備，推動(dòng)重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)的開發(fā)應(yīng)用。

用標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工業(yè)融合。工業(yè)4.0戰(zhàn)略的關(guān)鍵是建立一個(gè)人、機(jī)器、資源互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)化社會(huì)，各種終端設(shè)備、應(yīng)用軟件之間的數(shù)據(jù)信息交換、識(shí)別、處理、維護(hù)等必須基于一套標(biāo)準(zhǔn)化的體系。為了保障工業(yè)4.0的順利實(shí)現(xiàn)，德國(guó)把標(biāo)準(zhǔn)化排在八項(xiàng)行動(dòng)中的第一位，同時(shí)建議在工業(yè)4.0平臺(tái)下成立一個(gè)工作小組，專門處理標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)的問題。我們?cè)谕七M(jìn)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工業(yè)企業(yè)深度融合的具體實(shí)踐中，也應(yīng)高度重視發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化工作在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的引領(lǐng)作用，及時(shí)制定出臺(tái)“兩化深度融合”標(biāo)準(zhǔn)化路線圖，引導(dǎo)企業(yè)推進(jìn)信息化建設(shè)。同時(shí)，還要著力實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化，使得中國(guó)制定的標(biāo)準(zhǔn)得到國(guó)際上的廣泛采用，以奪取未來產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)和話語權(quán)。