德國工業4.0本質

王喜文

工業4.0在德國被認為是第四次工業革命，是德國政府2011年11月公布的《高技術戰略2020》中的一項戰略，旨在支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新，保持德國的國際競爭力。

2013年4月，德國機械及制造商協會、德國信息技術、通信與新媒體協會、德國電子電氣制造商協會合作設立了“工業4.0平臺”，并向德國政府提交了平臺工作組的最終報告——《保障德國制造業的未來——關于實施工業4.0戰略的建議》。報告提出，德國向工業4.0轉變需要采取雙重策略，即德國要成為智能制造技術的主要供應商和CPS（信息物理系統）技術及產品的領先市場。報告還展望了德國工業4.0戰略的發展前景。

工業4.0本質是基于“信息物理系統”實現“智能工廠”

工業4.0，其實就是實現“智能工廠”。第一次工業革命始于18世紀后半期由蒸汽機實現工廠的機械化；第二次工業革命始于19世紀后半期用電力來實現大規模化批量生產；第三次工業革命始于20世紀后半期通過電氣和信息技術實現制造業的自動化。

工業4.0將在前三次工業革命的基礎上進一步進化，基于信息物理系統（Cyber Physical System）實現新的制造方式。信息物理系統是指通過傳感網緊密連接現實世界，將網絡空間的高級計算能力有效運用于現實世界中，從而在生產制造過程中，與設計、開發、生產有關的所有數據將通過傳感器采集并進行分析，形成可自律操作的智能生產系統。

工業4.0核心是動態配置的生產方式

工業4.0報告中描述的動態配置的生產方式主要是指從事作業的機器人（工作站）能夠通過網絡實時訪問所有有關信息，并根據信息內容，自主切換生產方式以及更換生產材料，從而調整成為最匹配模式的生產作業。動態配置的生產方式能夠實現為每個客戶、每個產品進行不同的設計、零部件構成、產品訂單、生產計劃、生產制造、物流配送，杜絕整個鏈條中的浪費環節。與傳統生產方式不同，動態配置的生產方式在生產之前或者生產過程中，都能夠隨時變更最初的設計方案。

例如，目前的汽車生產主要是按照事先設計好的工藝流程進行的生產線生產方式。盡管也存在一些混流生產方式，但是生產過程中，一定要在由眾多機械組成的生產線上進行，所以不會實現產品設計的多樣化。管理這些生產線的MES（制造執行管理系統）原本應該帶給生產線更多的靈活性，但是受到構成生產線的眾多機械的硬件制約，無法發揮出更多的功能，作用極為有限。

同時，在不同生產線上操作的工人分布于各個車間，他們都不會掌握整個生產流程，所以也只能發揮出在某項固定工作上的作用。這樣一來，很難實時滿足客戶的需求。

工業4.0描繪的智能工廠中，固定的生產線概念消失了，采取了可以動態、有機地重新構成的模塊化生產方式。

例如，生產模塊可以視為一個“信息物理系統”，正在進行裝配的汽車能夠自律在生產模塊間穿梭，接受所需的裝配作業。其中，如果生產、零部件供給環節出現瓶頸，能夠及時調度其他車型的生產資源或者零部件，繼續進行生產。也就是為每個車型自律性選擇適合的生產模塊，進行動態的裝配作業。在這種動態配置的生產方式下，可以發揮出MES原本的綜合管理功能，能夠動態管理設計、裝配、測試等整個生產流程，既保證了生產設備的運轉效率，又可以使生產種類實現多樣化。

工業4.0首要目標是工廠標準化

德國工業影響力的一個側面就是“標準化”。PLC編程語言的國際標準IEC61131-3（PLCopen）主要是來自德國企業；通信領域普及的CAN、Profibus以及EtherCAT也全都誕生于德國。

工業4.0工作組認為，推行工業4.0需要在8個關鍵領域采取行動。其中第一個領域就是“標準化和參考架構”。標準化工作主要圍繞智能工廠生態鏈上各個環節制定合作機制，確定哪些信息可被用來交換。為此，工業4.0將制定一攬子共同標準，使合作機制成為可能，并通過一系列標準（如成本、可用性和資源消耗）對生產流程進行優化。

以往，我們聽到的大多是“產品的標準化”，而德國工業4.0將推廣“工廠的標準化”，借助智能工廠的標準化將制造業生產模式推廣到國際市場，以標準化提高技術創新和模式創新的市場化效率，繼續保持德國工業的世界領先地位。

目前，工信部等部委也正在借鑒德國經驗，編制《中國制造2025》，力求促使中國成為工業強國。筆者認為，德國工業4.0受到了空前的重視，但是如何借鑒工業4.0尤其是工業4.0中的標準化問題，值得我們深入思考。endprint