從全球制造業(yè)變革看工業(yè)4.0的提出

王健

從全球制造業(yè)變革看工業(yè)4.0的提出

王健

王健，中國科技自動化聯(lián)盟秘書長

當下工業(yè)領(lǐng)域很熱的理念，不管是工業(yè)4.0，還是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，或是智慧工廠，其實都是為了迎合整個制造業(yè)（包括裝備制造業(yè)、終端產(chǎn)品制造業(yè)）終端消費者需求的變化而推出的。

消費者需求的變化有很多層面，最重要的一個變化就是在移動互聯(lián)網(wǎng)時代，需求快速變化，需要多品種、不僅是小批量而且是變批量的生產(chǎn)來滿足。同時消費者對環(huán)保、對可持續(xù)發(fā)展等方面的訴求不斷增強，這是整個制造業(yè)面臨的問題。

制造業(yè)為了迎合這種變化，需要考慮的要素除了傳統(tǒng)的成本、效率、質(zhì)量之外，還需要加上資源效率、安全、可持續(xù)這三種。我們認為制造業(yè)在21世紀面臨一系列的挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)帶有全球性，包括快速反應問題，包括打破組織疆界問題，包括怎么應對互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)給我們制造業(yè)所帶來沖擊的問題，包括全球化分布式的現(xiàn)代組織模式問題，還有創(chuàng)新生命周期越來越短的問題。

工業(yè)4.0是德國的應對之策

德國人在談第四次產(chǎn)業(yè)革命，一個焦點問題就是所謂的CPS，有人叫信息物理系統(tǒng)，有人則叫網(wǎng)絡物理系統(tǒng)。他們希望用CPS來構(gòu)建下一代智慧工廠。我們可以這樣理解，無論裝備還是核心部件，包括整個工廠，不僅有其物理屬性和機械屬性，還有信息屬性和網(wǎng)絡屬性。就像我們?nèi)艘粯樱覀兠總€人都有自己的社會身份，同時有一個網(wǎng)絡身份。那么CPS的作用，就是利用傳感器、數(shù)據(jù)、模型和算法把這些屬性統(tǒng)一在一起。

智慧工廠下面是網(wǎng)絡化的智能控制系統(tǒng)，以及嵌入式系統(tǒng)。與智慧工廠并列的是智慧交通、智慧物流、智慧社區(qū)、智慧電網(wǎng)等，它們共同構(gòu)成智慧城市，再上面則是全球互聯(lián)網(wǎng)。德國人強調(diào)物聯(lián)網(wǎng)和服務網(wǎng)（服務互聯(lián)網(wǎng)），它們是智慧工廠的基礎。

工業(yè)4.0強調(diào)三個方向的集成。第一個集成是所謂的價值網(wǎng)絡集成，我們可以理解成裝備的集成，生產(chǎn)線的集成，車間的集成，價值網(wǎng)絡也包括人的網(wǎng)絡，包括研發(fā)網(wǎng)絡，這些人的網(wǎng)絡通過互聯(lián)網(wǎng)，跟實體網(wǎng)絡進行集成。所以我們說智慧工廠是人、設備、環(huán)境、數(shù)據(jù)的互動。

第二個集成是橫跨價值鏈的端到端集成，我們可以把它理解成產(chǎn)品生命周期的集成。

第三個方向的集成是信息縱向集成，信息可以從企業(yè)ERP系統(tǒng)一直向下，穿透整個工廠網(wǎng)絡延伸到裝備的某一個具體的I/O節(jié)點，反之亦然。

工業(yè)4.0有一些重要的特征，或者是一些重要的啟示。其中最重要的一條是，制造業(yè)將來大部分的創(chuàng)新來自于ICT（信息通信技術(shù)）技術(shù)的驅(qū)動，也就是說作為制造業(yè)的一員，如果你不擁抱ICT技術(shù)，你可能會跟制造業(yè)大部分的創(chuàng)新失之交臂。

德國剛剛產(chǎn)生了一個工業(yè)4.0的平臺，是由幾個大的協(xié)會組織共同組建的。這個平臺的重要使命就是制定工業(yè)4.0的規(guī)范和標準。德國的創(chuàng)新網(wǎng)絡、大企業(yè)、中小企業(yè)、科研機構(gòu)圍繞工業(yè)4.0定義的眾多項目組合在一起開展科研和開發(fā)工作。這些項目當中有一個關(guān)鍵項目，英文叫CPPS（Cyber Physical Production System,信息物理制造系統(tǒng)）。

在今年4月的漢諾威工業(yè)展覽會上，德國的一些組織和創(chuàng)新網(wǎng)絡推出了展示工業(yè)4.0特征的流水線。這些流水線是網(wǎng)絡化的、模塊化的，而且是自組織的，能夠跟附帶了智能標簽的原材料和半成品、產(chǎn)成品進行信息互動。

那么德國的企業(yè)在做什么？西門子在談數(shù)字化工廠，說數(shù)字化工廠就是未來制造的代名詞，他們想當工業(yè)4.0的代言人。一些傳統(tǒng)上是做端子、傳感器、甚至做氣動元件的公司，現(xiàn)在也擁抱控制，擁抱IT，比如Festo說我們做的是未來工廠，每次展會都展示他們的創(chuàng)新設計。Bosch Rexroth則定義思考型工廠，所謂思考型的工廠，就是裝備人工智能的產(chǎn)品，跟裝備、生產(chǎn)線、以及操作人員彼此的互動。

工業(yè)4.0圖景，來源：“工業(yè)4.0：歐洲如何在新工業(yè)革命中取勝”，羅蘭·貝格，2014

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是美國先進制造業(yè)的一個范例

美國人領(lǐng)導了第二次工業(yè)革命以及后來的互聯(lián)網(wǎng)革命，GE在2012年提出一個概念，它說如果把互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)結(jié)合在一起可以帶來第三次產(chǎn)業(yè)革命，GE叫做工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。它的核心是人和大數(shù)據(jù)，人在大數(shù)據(jù)的支持下，進行更加智慧的決策。

從這里我們可以看到，為什么要談智慧工廠，為什么不說智能裝備，或者智能制造？因為智能更多是用硬件、用軟件、用裝備可以實現(xiàn)的東西，但是智慧的判斷和智慧的決策只有人能夠做得出來。而人要做好的決策，需要充分的信息和數(shù)據(jù)的支撐。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要表達的，就是從智能裝備上升到智能系統(tǒng)，最后實現(xiàn)人的智慧決策。以航空裝備和風電聞名的GE提出大數(shù)據(jù)發(fā)動機、大數(shù)據(jù)風電場，Intel則提出大數(shù)據(jù)工廠的概念。

GE提出，如果所有的工業(yè)系統(tǒng)，能夠有1%的提升，這1%的提升也許是效率的提升，也許是成本的下降，那么未來十年會創(chuàng)造19萬億美元的產(chǎn)值，相當于美國一年的產(chǎn)值。

德國人組建工業(yè)4.0平臺是三大協(xié)會共同組織的，這里面有很多公司的參與，而圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，美國人也剛剛組建了聯(lián)盟。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟由五個全球領(lǐng)先的公司創(chuàng)立，這里面包括GE這樣的以制造業(yè)為主的公司，還有IT、互聯(lián)網(wǎng)公司如IBM、Cisco、Intel和AT&T。剛剛中國的華為也加入了這個聯(lián)盟。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的宗旨就是要領(lǐng)導和協(xié)調(diào)美國整個工業(yè)界、學術(shù)界和政府關(guān)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的努力。他們的目標首先也是定義架構(gòu)，定義標準，然后開發(fā)一些最佳實踐，同時要做一些案例的研究。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)只是美國先進制造發(fā)展的一個案例或縮影，奧巴馬總統(tǒng)上任以來頒布了一系列促進先進制造業(yè)發(fā)展、振興美國制造業(yè)的法案，成立了十幾個制造業(yè)創(chuàng)新研究中心如增材制造中心，美國國防部、能源部、國家科學基金委等支持了一大批該領(lǐng)域內(nèi)的項目實施。而且像Rockwell Automation這樣的自動化公司并沒有加入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，而是參與了其他的一些創(chuàng)新計劃，并提出了不同的價值主張，但都離不開網(wǎng)絡、離不開網(wǎng)絡環(huán)境下的企業(yè)和人，比如Rockwell Automation的互聯(lián)企業(yè)。

德國工業(yè) 4.0和美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)都從一個側(cè)面說明，歐美國家在發(fā)展先進制造方面可謂不遺余力，它們的核心目標都是鞏固和確保各自在全球的領(lǐng)先地位，它們都強調(diào)ICT技術(shù)和制造業(yè)的結(jié)合，都強調(diào)標準的作用，強調(diào)人的作用，甚至在構(gòu)建產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等做法上也是類似的。德國基于其極為出色的裝備制造業(yè)基礎和發(fā)達的信息化基礎，更加重視發(fā)展智能裝備和智能生產(chǎn)過程，和美國人的觀點相比偏中觀和微觀。美國則更加依賴其在ICT技術(shù)方面無與倫比的實力和創(chuàng)新力，更希望借助網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)的力量提升整個工業(yè)的價值創(chuàng)造能力，相對而言更加偏宏觀。

[責任編輯：李 輝]

進行數(shù)字建模和可視化，并可以把裝備的實時制造數(shù)據(jù)同步抓取到MES系統(tǒng)里面呈現(xiàn)到電子看板上，做得非常專業(yè)，正在針對煙草和汽車行業(yè)進行推廣。在企業(yè)信息化層面，聯(lián)盟成員中科院計算所順德分所開發(fā)了智慧工廠信息化平臺，成立了PLCOpen培訓中心，為順德一批大中型裝備企業(yè)開發(fā)自動化和信息化集成解決方案，并正在籌建國內(nèi)第一個以智慧工廠和智能裝備為主題的國際創(chuàng)新服務園。總之，聯(lián)盟成員企業(yè)都在積極調(diào)整優(yōu)化自己的技術(shù)和產(chǎn)品組合，積極探索實踐智慧工廠理念，有些已經(jīng)很有成效。

下一步行動

我們希望通過智慧工廠的實踐，有四個層面的輸出。第一個是針對具體企業(yè)做頂層設計，就是企業(yè)轉(zhuǎn)型升級做智慧工廠，它現(xiàn)在的基礎是怎樣的，它的1.0目標是什么，實現(xiàn)的路徑是什么？第二個是要跟某些行業(yè)領(lǐng)先客戶，不一定是大企業(yè)，共建示范樣本。第三個我們要跟這些企業(yè)客戶聯(lián)合研發(fā)一些標準、規(guī)范還有行動指南。第四個層面是圍繞智慧工廠創(chuàng)造一個價值鏈，我們要培養(yǎng)一批智慧工廠領(lǐng)域的標準化和技術(shù)專家，培養(yǎng)若干家咨詢服務、工程實施、系統(tǒng)集成、審計評價公司，形成若干個智慧工廠示范區(qū)，實實在在幫助企業(yè)來打造智慧工廠，幫助他們創(chuàng)造價值，從而開創(chuàng)一個全新的市場。

下一步我們將組織智慧工廠1.0的開源運動，將聯(lián)盟定義的智慧工廠1.0開放給全行業(yè)的專家、各領(lǐng)域的企業(yè)、以及全社會。我們將借鑒移動互聯(lián)網(wǎng)時代開放平等、眾包眾籌的思維，構(gòu)建創(chuàng)新性的智慧工廠虛擬組織，探索成立管理委員會MC，戰(zhàn)略決策委員會SC、技術(shù)委員會TC和一批工作組WG，希望大家圍繞智慧工廠共同進言進策，逐步豐富和完善中國智慧工廠1.0的體系，并激發(fā)更多的實踐。這將是中國工業(yè)界第一個規(guī)模化的民間集智運動。我們期望能夠在這樣一個機制下，集成官產(chǎn)學研用、大中小企業(yè)、體制內(nèi)外的各方智慧，讓智慧工廠在中國生根發(fā)芽，成為中國制造業(yè)兩化融合、工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的卓越實踐。

[責任編輯：李 輝]