德國(guó)Industrie4.0的啟示

全國(guó)城市軌道交通標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì) 魏曉東

德國(guó)Industrie4.0的啟示

全國(guó)城市軌道交通標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì) 魏曉東

研讀《Recommendationsforimplementingthestrategicinitiative INDUSTRIE4.0》英文版，被深深震撼。偉大的第四次工業(yè)革命悄然而起，我們這些在中國(guó)工業(yè)領(lǐng)域工作了多年的科技工作者應(yīng)該從中警醒，奮起為中國(guó)工業(yè)的新革命做點(diǎn)事情。此文淺談一點(diǎn)Industrie4.0對(duì)我們的啟示。

啟示1：中國(guó)應(yīng)在第四次工業(yè)革命中有所作為，不再落后

德國(guó)Industrie4.0正在實(shí)施中，它是德國(guó)工業(yè)的第四次革命的綱領(lǐng)。德國(guó)人認(rèn)為四次工業(yè)革命是：第一次：機(jī)械化。第二次：機(jī)械化+電氣化。第三次：機(jī)械化+電氣化+IT技術(shù)。第四次（當(dāng)下）：機(jī)械化+電氣化+IT技術(shù)+Internet技術(shù)。

他們認(rèn)為：第四次工業(yè)革命就是第三次工業(yè)革命的成果上再加上互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，“theintroductionoftheInternetofThingsa ndServicesintothemanufacturingenvironmentisusheringinafourthin dustrialrevolution.”，即物事互聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)引入制造業(yè)引發(fā)了第四次工業(yè)革命。必須說(shuō)明這里所要求的互聯(lián)網(wǎng)是：“ThingsandServices”的互聯(lián)網(wǎng)，Things可認(rèn)識(shí)為物和事情，或曰“物事”。Services泛指一切服務(wù)。所以，第四次工業(yè)革命首先要建設(shè)“物事互聯(lián)網(wǎng)”與“服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)”。這意味著有史以來(lái)第一次將資源、信息、物事、人和對(duì)這一切的服務(wù)進(jìn)行互聯(lián)。在theInternetofThingsandServices的支持下革新、改造整個(gè)工業(yè)及制造業(yè)。制造業(yè)中的智能機(jī)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施將融入theInternetofThingsandServices中，成為信息-物理系統(tǒng)——CPS（Cyber-PhysicalSystem）。

德國(guó)人要通過(guò)Industrie4.0的雙重戰(zhàn)略——“主導(dǎo)供應(yīng)與主導(dǎo)市場(chǎng)”在第四次工業(yè)革命中拔得頭籌。對(duì)此我們應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)和學(xué)習(xí)，在第四次工業(yè)革命中有所作為呢？

首先，看看對(duì)最近的第三次工業(yè)革命，德國(guó)人是如何認(rèn)識(shí)的：“GermanysuccessfullyimplementedthethirdIndustrialRevolu tion(“Industrie3.0”)duringtheearly1980sbydeliveringmoreflexib leautomatedmanufacturingthroughtheintegrationofProgrammableL ogicControllers(PLCs)intomanufacturingtechnologywhilstatthesam etimemanagingtheimpactontheworkforcethroughanapproachbasedo nsocialpartnership.”。德國(guó)人認(rèn)識(shí)到：PLC及其應(yīng)用系統(tǒng)在工業(yè)中的最廣泛應(yīng)用是第三次工業(yè)革命的主要特征。第三次工業(yè)革命我們似乎并未落后多少，但PLC及其系統(tǒng)的供應(yīng)與市場(chǎng)一直由德國(guó)人與美國(guó)人主導(dǎo)。本來(lái)PLC是美國(guó)人發(fā)明，但德國(guó)人在很多時(shí)候卻主導(dǎo)了PLC的市場(chǎng)與供應(yīng)。而今第四次工業(yè)革命已經(jīng)悄然啟動(dòng)，汲取前面的教訓(xùn)，中國(guó)應(yīng)該盡快地構(gòu)建中國(guó)的theInternetofThingsandServices。應(yīng)該盡快地在工業(yè)領(lǐng)域特別是制造業(yè)中構(gòu)建起自己的CPS。CPS是真正的兩化深度融合的系統(tǒng)，因?yàn)樗谙到y(tǒng)各層面實(shí)現(xiàn)信息與物理實(shí)體的融合，工信部的兩化融合應(yīng)由此入手。應(yīng)該用中國(guó)的智能產(chǎn)品、智能生產(chǎn)流程至少主導(dǎo)中國(guó)的供應(yīng)與市場(chǎng)。應(yīng)該盡快建立自己的第四次工業(yè)革命綱領(lǐng)——中國(guó)工業(yè)4.0。

啟示2：第四次工業(yè)革命的互聯(lián)網(wǎng)——theInternetof-ThingsandServices

德國(guó)人將為工業(yè)服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)稱為：theInternetofThingsandServices（而目前的互聯(lián)網(wǎng)稱為：InternetofPeople），它們包容了與工業(yè)相關(guān)的智能電網(wǎng)、智能產(chǎn)品、智能（生產(chǎn)）建筑、智能調(diào)配和智能物流集成在一起；它們將智能工廠的所有智能機(jī)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施集成在一起建立CPS。CPS可將所有相關(guān)的物理設(shè)備（在世界范圍內(nèi)）連接到互聯(lián)網(wǎng)上，使得物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等功能。可使智能工廠的產(chǎn)品“knowthedetailsofhowtheywe remanufacturedandhowtheyareintendedtobeused.”由于CPS有互聯(lián)網(wǎng)支持，它創(chuàng)造出智能產(chǎn)品、智能生產(chǎn)程序與過(guò)程，構(gòu)建起新的智能工廠。

對(duì)于我們來(lái)講應(yīng)該積極研究這一核心問(wèn)題，如何不失時(shí)機(jī)的在已有工作的基礎(chǔ)上建立中國(guó)的與世界相連的theInternetofThingsandServices，進(jìn)而建立自己的CPS。它們涵蓋了國(guó)內(nèi)已有的“物聯(lián)網(wǎng)”但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是這個(gè)“物聯(lián)網(wǎng)”。

國(guó)內(nèi)已有的互聯(lián)網(wǎng)成果有可能被引用到中國(guó)的CPS中來(lái)，騰訊的微信、馬云的淘寶、百度的中文搜索都可以在第四次工業(yè)革命中發(fā)揮作用。德國(guó)Industrie4.0啟示我們應(yīng)盡早建設(shè)中國(guó)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

啟示3：德國(guó)Industrie4.0的雙重戰(zhàn)略意欲如何？

德國(guó)人直言不諱地稱通過(guò)雙重戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)Industrie4.0的目標(biāo)即在第四次工業(yè)革命中變?yōu)樽顝?qiáng)者。他的雙重戰(zhàn)略是：一方面要主導(dǎo)供應(yīng)；另一方面要主導(dǎo)市場(chǎng)。雙重戰(zhàn)略主要是“Germany’sma nufacturingequipmentindustryshouldseektomaintainitsglobalmarketlea dershipbyconsistentlyintegratinginformationandcommunicationtechno logyintoitstraditionalhigh-techstrategiessothatitcanbecometheleadings upplierofsmartmanufacturingtechnologies.Atthesametime,itwillbenece ssarytocreateandservenewleadingmarketsforCPStechnologiesandprodu cts.”德國(guó)的工業(yè)及產(chǎn)品有了互聯(lián)網(wǎng)的支持，更具有侵略性，在新一輪工業(yè)革命中他們既要主導(dǎo)供應(yīng)又要主導(dǎo)市場(chǎng)。進(jìn)一步分析，在新的制造環(huán)境中，要讓新的智能生產(chǎn)裝備、智能生產(chǎn)方式、新的交易模式、新的管理模型、新的技術(shù)手段由他們主導(dǎo)供應(yīng)。同時(shí)他們生產(chǎn)的智能產(chǎn)品又主導(dǎo)市場(chǎng)、占領(lǐng)市場(chǎng)。這是一種通吃的戰(zhàn)略。

對(duì)此，中國(guó)要汲取第三次工業(yè)革命時(shí)的教訓(xùn)及早在智能裝備制造、新的交易、管理等方面推出有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，及早生產(chǎn)更多的智能產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)。

在互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境中，在中國(guó)這個(gè)世界最大的市場(chǎng)環(huán)境中，我們的條件是得天獨(dú)厚的，關(guān)鍵在于如何打造我們的工業(yè)4.0，如何由中國(guó)制造業(yè)、由萬(wàn)千中小工業(yè)企業(yè)自主創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)中國(guó)工業(yè)4.0目標(biāo)。

以上是一些總體的啟示，再來(lái)分析具體的技術(shù)內(nèi)涵的啟示。

啟示4：構(gòu)建中國(guó)第四次工業(yè)革命CPS的有效方法

構(gòu)建中國(guó)第四次工業(yè)革命CPS需通過(guò)三大集成方式：第一，價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的橫向集成。第二，跨越整個(gè)價(jià)值鏈的端到端工程數(shù)字集成。第三，縱向集成和網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)）化制造系統(tǒng)。

價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的橫向集成是指：將應(yīng)用于不同制造階段的各種IT系統(tǒng)和企業(yè)計(jì)劃過(guò)程集成在一起，這些過(guò)程涉及一個(gè)公司（例如：進(jìn)入物流、生產(chǎn)、外出物流、市場(chǎng)）和幾個(gè)不同公司之間（價(jià)值網(wǎng)絡(luò)）的原材料、能源和信息的交換。

在互聯(lián)網(wǎng)的背景下，價(jià)值網(wǎng)絡(luò)橫向集成的范圍將是世界范圍的。

跨越整個(gè)價(jià)值鏈的端到端工程數(shù)字集成是指：跨越工業(yè)企業(yè)整個(gè)價(jià)值鏈的工程過(guò)程的各階段（設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)工程、產(chǎn)品和服務(wù)）的端到端的數(shù)字信息集成。

縱向集成和網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)）化制造系統(tǒng)是指：將不同層級(jí)的IT系統(tǒng)集成在一起（例如，執(zhí)行器與傳感器層，控制層，生產(chǎn)管理層，制造和執(zhí)行層和企業(yè)計(jì)劃層）以便實(shí)現(xiàn)端到端的解決方案。

后兩種集成也要得到互聯(lián)網(wǎng)的支持。

我國(guó)已發(fā)布了一個(gè)關(guān)于工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)規(guī)范》GB/T26335——2010，此標(biāo)準(zhǔn)中也提出了工業(yè)企業(yè)信息集成時(shí)采用的方式：橫向集成與縱向集成。德國(guó)人的理念是在互聯(lián)網(wǎng)背景下的，應(yīng)該更為宏大，但機(jī)理應(yīng)是相同。

這些理念啟示我們?cè)趯?shí)現(xiàn)CPS時(shí)，實(shí)質(zhì)上是進(jìn)行更大范圍的系統(tǒng)集成，制造業(yè)企業(yè)要轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)集成商。

我國(guó)的一些大中企業(yè)在實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化過(guò)程中已經(jīng)取得了部分橫向集成與縱向集成的成功經(jīng)驗(yàn)，他們通過(guò)橫向集成將企業(yè)內(nèi)原本是信息孤島的各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)在同一信息平臺(tái)上集成起來(lái)。他們將企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的各層級(jí)縱向打通，這些成果對(duì)實(shí)現(xiàn)中國(guó)工業(yè)4.0的橫向集成與縱向集成是十分有利的。

啟示5：建設(shè)智能工廠是第四次工業(yè)革命的核心

由theInternetofThingsandServices（物事互聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)）支持的智能工廠是第四次工業(yè)革命的核心。智能工廠有如下特點(diǎn)：

（1）智能工廠孕含在公司內(nèi)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)中。

（2）他由包含了制造過(guò)程和制造產(chǎn)品的端到端工程來(lái)定性，使得數(shù)字信息與物理實(shí)體無(wú)縫地融合。

（3）他便于工作人員管理制造過(guò)程不斷增長(zhǎng)的復(fù)雜性。

（4）他同時(shí)確保生產(chǎn)本身極具吸引力、適應(yīng)城市環(huán)境并贏利。

由智能工廠生產(chǎn)的智能產(chǎn)品有如下特點(diǎn)：

（1）具有獨(dú)特的可識(shí)別性，在全生命周期可定位。

（2）即便在他被制造過(guò)程中，他知道自己制造過(guò)程的細(xì)節(jié)。

（3）在生產(chǎn)過(guò)程一定的區(qū)域，可以半自動(dòng)控制智能產(chǎn)品的生產(chǎn)階段。

（4）確保智能產(chǎn)品知道其成品功能指標(biāo)和生命周期內(nèi)損耗。

（5）智能產(chǎn)品的信息匯集在一起，以便優(yōu)化智能工廠的物流、配置、維護(hù)和企業(yè)管理應(yīng)用集成。

由此工業(yè)4.0的實(shí)施可將個(gè)體客戶和產(chǎn)品特殊性能需求融入產(chǎn)品設(shè)計(jì)、組態(tài)、訂貨、生產(chǎn)、運(yùn)行與回收各階段。也可在制造前或制造進(jìn)行時(shí)將最后一分鐘的客戶需求加入制造中，也可實(shí)現(xiàn)單件或小批量制造并贏利。也可讓生產(chǎn)者來(lái)控制、調(diào)節(jié)或組態(tài)智能制造的資源網(wǎng)絡(luò)和制造步驟。生產(chǎn)者可以從生產(chǎn)任務(wù)的過(guò)程中解放出來(lái)，致力于創(chuàng)新和增值的生產(chǎn)活動(dòng)，他們將在生產(chǎn)過(guò)程中起關(guān)鍵作用特別是在質(zhì)量保證方面。同時(shí)靈活的工作條件將可協(xié)調(diào)他們工作和個(gè)人的需求。

由互聯(lián)網(wǎng)乃至CPS支持的智能生產(chǎn)與智能工廠以及智能產(chǎn)品將深層次地改變生產(chǎn)過(guò)程本身、改變工作者的工作條件與狀態(tài)，繼而改變產(chǎn)品的交易以及整個(gè)社會(huì)的商業(yè)模式。

國(guó)內(nèi)這方面的狀況需要做全面的調(diào)查研究作出評(píng)估并制定發(fā)展規(guī)劃。智能工廠的建設(shè)與發(fā)展將決定中國(guó)在世界第四次工業(yè)革命中的位置。

啟示6：中國(guó)工業(yè)第四次革命路線圖

德國(guó)人較詳細(xì)地說(shuō)明了他們第四次工業(yè)革命的路線圖：

（1）在2011年11月政府采納Industrie4.0作為國(guó)家高科技戰(zhàn)略的一部分。由國(guó)家科學(xué)院與工程院協(xié)調(diào)成立工作組。近來(lái)有一些工業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)支持又建立了Industrie4.0平臺(tái)并支持旗下的一些的工作組及秘書處。顯見(jiàn)，工業(yè)4.0由政府支持下的工業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)作為倡導(dǎo)者與領(lǐng)導(dǎo)者。

Industrie4.0平臺(tái)要保證其上的工業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)和科學(xué)咨詢委員會(huì)由來(lái)自制造業(yè)、自動(dòng)化和信息以及法律、管理和社會(huì)科學(xué)等領(lǐng)域的有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專家組成。

（2）進(jìn)行工業(yè)現(xiàn)狀的普查。他們已查明：目前，有47%的企業(yè)已經(jīng)積極參與Industrie4.0計(jì)劃。18%的企業(yè)參與了Industrie4.0計(jì)劃的研究。12%的企業(yè)已開(kāi)始實(shí)施。

（3）工作組推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化、工作組織和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。專業(yè)協(xié)會(huì)促進(jìn)社交團(tuán)體、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和公眾的交流與密切合作。

（4）建立theInternetofThingsandServices網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的新商業(yè)模式，必須是眾多企業(yè)都可接受的商業(yè)模式。

（5）研究并實(shí)現(xiàn)：“價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的橫向集成。跨越整個(gè)價(jià)值鏈的端到端工程數(shù)字集成。縱向集成和網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)）化制造系統(tǒng)。”的CPS集成方式。

（6）建立Industrie4.0平臺(tái)。平臺(tái)的中央管理協(xié)調(diào)主體是指導(dǎo)委員會(huì)，他下面設(shè)有工作組及專業(yè)委員會(huì)。平臺(tái)主要是實(shí)施Industrie4.0并推動(dòng)平臺(tái)提出的各種倡議。

（7）實(shí)現(xiàn)雙重戰(zhàn)略目標(biāo)。

我國(guó)的第四次工業(yè)革命實(shí)質(zhì)上已經(jīng)起步，但目標(biāo)尚不明確，沒(méi)有一個(gè)類似的中國(guó)工業(yè)4.0的綱領(lǐng)。我們的路線圖可以參考上述的內(nèi)容但一定要從我國(guó)工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)。我們的計(jì)劃一定來(lái)自生動(dòng)的、活力四射的工業(yè)主戰(zhàn)場(chǎng)，來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)和企業(yè)各業(yè)務(wù)層面的創(chuàng)新與進(jìn)步，主要是在工業(yè)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)大背景下的創(chuàng)新與進(jìn)步。首當(dāng)其沖是建立一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)組織，建立中國(guó)工業(yè)4.0平臺(tái)。國(guó)內(nèi)相關(guān)的一級(jí)技術(shù)協(xié)會(huì)應(yīng)該肩負(fù)起歷史責(zé)任。

啟示7：幾個(gè)重要的理念

以下理念值得我們學(xué)習(xí)與關(guān)注：

（1）制定公司間互聯(lián)與集成的標(biāo)準(zhǔn)，解決公司間合作機(jī)制與信息交換的核心問(wèn)題。這需要我們進(jìn)行切實(shí)的計(jì)劃與行動(dòng)。

（2）支持定制生產(chǎn)、滿足個(gè)性化要求。中、小企業(yè)也要從實(shí)施4.0中獲利。

（3）系統(tǒng)安全與信息安全是關(guān)鍵點(diǎn)。

（4）構(gòu)建寬帶的基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)是重中之重。

（5）建立新的產(chǎn)品理念——好，但非廉價(jià)。

（6）具有自動(dòng)化、工廠IT技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行了CPS應(yīng)用再教育的工人與工程師們是智能工廠的中堅(jiān)。

（7）工人職業(yè)教育和工作人員的發(fā)展培訓(xùn)在第四次工業(yè)革命中成為關(guān)鍵因素。

以上啟示僅為浮在表面的認(rèn)識(shí)，透過(guò)它作深入研究，工業(yè)4.0孕藏了無(wú)數(shù)商機(jī)，工業(yè)界、科學(xué)界、技術(shù)界和全社會(huì)都來(lái)努力吧。

（顯然，我的認(rèn)識(shí)極為粗淺，可謂管中窺豹，但將此一斑集成到更多的高見(jiàn)與行動(dòng)中也算盡了綿力。）