工業(yè)4.0原來是這么玩的

工業(yè)4.0原來是這么玩的

你相信嗎？在不久的將來，我們吃的藥是根據(jù)每個人的基因來配方的；我們的早餐可以根據(jù)個人的口味和營養(yǎng)需求來調(diào)配生產(chǎn)；工廠生產(chǎn)線可以按照工人希望的時間開工，無需擔(dān)心下午3點沒法去接孩子；生產(chǎn)車間里是機(jī)器告訴機(jī)器下一步做什么，而非中心控制臺的技術(shù)員在操作。

德國人工智能研究所首席執(zhí)行官兼科學(xué)總監(jiān)沃夫?qū)?. 瓦爾斯特（Wolfgang Wahlster）教授告訴記者，這些現(xiàn)在的愿景都將通過“工業(yè)4.0”的技術(shù)和生產(chǎn)方式在不久的將來成為實現(xiàn)。

自從2013年漢諾威工業(yè)展上，德國向世人第一次演示了智能工廠（Smart Factory）的模擬生產(chǎn)過程之后，德國工業(yè)4.0就成為了產(chǎn)業(yè)界和經(jīng)濟(jì)界的熱門話題。而且，一場機(jī)器與機(jī)器對話的工業(yè)革命，正在德國各地悄悄興起。那么到底什么是工業(yè)4.0？為什么這個聽上去非常抽象的名詞，關(guān)聯(lián)到的卻是一場改變?nèi)祟惿a(chǎn)方式的革命？

到底什么是德國工業(yè)4.0？

瓦爾斯特說：“德國工業(yè)4.0是德國政府推行的“新一代智能工廠計劃”，以物聯(lián)網(wǎng)（Cyber-Physical System）為基礎(chǔ)。這意味著網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入工廠大生產(chǎn)，是一個嶄新的工業(yè)制造邏輯和方式。過去是以中心控制指揮系統(tǒng)，每一分鐘對機(jī)器發(fā)出指令。現(xiàn)在我們有了完全不同的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，按照商品所附帶的信息，由這些信息告訴機(jī)器需要什么樣的生產(chǎn)過程，以制造出符合客戶要求的產(chǎn)品。所以，工業(yè)4.0是第四次工業(yè)革命，因為這是向符合個體化需求的大生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。”

瓦爾斯特是最早提出工業(yè)4.0概念的人士之一。他在德國中部小城凱澤斯勞滕（Kaiserslauten）的智能工廠里，向遠(yuǎn)道而來打探虛實的本報記者解釋：“所謂物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，就是通過網(wǎng)絡(luò)、實體物件之間的相互連接，而且應(yīng)用相同的語言，進(jìn)行溝通并相互理解。運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)中，最重要的是產(chǎn)品和機(jī)器之間的信息互聯(lián)和溝通，由產(chǎn)品上的信息告訴機(jī)器設(shè)備去做什么。”

目前德國和國際制造業(yè)主要和普遍采用的是“嵌入式系統(tǒng)”，這是一種將機(jī)械或電氣部件完全嵌入到受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用設(shè)計的專用計算機(jī)系統(tǒng)。德國“嵌入式系統(tǒng)”在全球的市場巨大，每年獲得的市場效益高達(dá)200億歐元，到2020年翻番。而工業(yè)4.0正是在嵌入式系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上的革新，并逐步過渡到智能生產(chǎn)。

記者同時了解到，所謂的德國工業(yè)4.0，事實上是德國政府2012年發(fā)布的10項未來高科技戰(zhàn)略計劃中的一個內(nèi)容，是一項由政府投資2億歐元，針對如何保證德國制造業(yè)傲立世界頂尖地位的“產(chǎn)業(yè)革命”計劃，即在10～15年的時間里，通過“物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)完成大生產(chǎn)，最大程度地實現(xiàn)生產(chǎn)全自動化、個性化、彈性化、自我優(yōu)化和提高生產(chǎn)資源效率，降低生產(chǎn)成本的全新生產(chǎn)方式，以實現(xiàn)革命性、大幅度提高生產(chǎn)力的最終目標(biāo)。根據(jù)德國國家科學(xué)與工程院的研究，估計企業(yè)的生產(chǎn)效率可以通過“工業(yè)4.0”提高30%。其次，實現(xiàn)資源的最佳利用，以保護(hù)環(huán)境，因為能源和原材料的使用越高效，對環(huán)境的污染就越少。

德國工業(yè)4.0計劃，目前正由德國人工智能研究所的智能工廠與眾多和信息技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、激光感應(yīng)技術(shù)相關(guān)企業(yè)合作，進(jìn)行技術(shù)試驗。其中部分研究成果已開始在德國的大企業(yè)，如博世、西門子、巴斯夫的個別產(chǎn)品生產(chǎn)流水線上進(jìn)行嘗試性實施。

智能工廠究竟有多智能？

坐落在大概只有足球迷才知道的德國中部小鎮(zhèn)凱澤斯勞滕，神秘的智能工廠給記者的第一印象是非常“卡通”。不超過200平方米的“廠房”里擺放了兩排小型機(jī)器。其中罩在玻璃中的，正是那臺曾在漢諾威工業(yè)展上“初露神姿”的智能名片盒的流水線。

德國人工智能研究所研究部副總監(jiān)、在智能工廠做研究工作已經(jīng)4年的多米尼克 . 高瑞奇（Dominic Gorecky）博士向記者完整展示了用智能技術(shù)制作個人名片盒的整個生產(chǎn)過程。

第一步通過無線電射頻技術(shù)（RFID）從電腦采集和儲存?zhèn)€人信息及產(chǎn)品信息，建立一個“產(chǎn)品個體身份”，這些信息將在生產(chǎn)流水線的各個環(huán)節(jié)被射頻感應(yīng)器閱讀獲得，然后向制造設(shè)備發(fā)出滿足該產(chǎn)品的信息指令；第二步將有了“個人身份”的名片盒的底盤部分放入生產(chǎn)流水線；第三步，在具有“身份”的底盤進(jìn)入裝配程序之后，被掃描到的射頻碼會告知流水線上的機(jī)器人先在底盤放一個夾子，然后套上客戶指定顏色的封蓋；第四步在名片盒的封蓋上建立一個包含了名片上個人信息的二維碼，也就是將名片信息數(shù)碼化，用智能手機(jī)掃描二維碼，這些信息就可以被該手機(jī)獲得并通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實時傳播；最后對產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測，保證該產(chǎn)品是根據(jù)具體客戶而生產(chǎn)，產(chǎn)品完全符合該客戶的個人要求。

多米尼克向記者解釋，智能生產(chǎn)除了由機(jī)器對機(jī)器進(jìn)行對話發(fā)指令之外，還有一個非常重要的部分就是靈活性和模塊化。在智能流水線上，安裝著不同性能的組件模塊，每一個組件都符合具體客戶在電子和機(jī)械兩個方面的需求標(biāo)準(zhǔn)，并可根據(jù)實際需要添加或拆卸，以便隨時按照客戶的具體要求來對產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)整。

記者在現(xiàn)場看到，在這個名片盒的生產(chǎn)過程中，除了人工將零配件裝入流水線之外，所有程序都是通過設(shè)備與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)閱讀，由機(jī)器人自動完成。整個生產(chǎn)過程，涉及的技術(shù)包括二維碼、射頻碼、機(jī)器人軟件程序及數(shù)據(jù)分析等。

在德國聯(lián)邦貿(mào)易與投資署出版的一本關(guān)于德國工業(yè)4.0的宣傳冊上，記者進(jìn)一步了解到，“物聯(lián)網(wǎng)”在工業(yè)生產(chǎn)上的運(yùn)用催生了智能工廠。而智能工廠的信息傳遞途徑是通過建立于云計算基礎(chǔ)上的具有安全保障的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行的。智能工廠代表了一場產(chǎn)業(yè)革命，不僅是創(chuàng)新意義上的，也是在節(jié)約生產(chǎn)時間、成本等方面卓有成效、最大程度提高生產(chǎn)力的革命，由此給市場創(chuàng)造出更新更大的機(jī)會。

德國國家科學(xué)和工程院院長、工業(yè)4.0工作集團(tuán)主席卡格曼（Henning Kagermann）在柏林接受《第一財經(jīng)日報》記者采訪時介紹：“目前那些為制造業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的企業(yè)和技術(shù)，比如通快集團(tuán)（Trumpf）的激光技術(shù)、西門子生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備等，那些使用這些設(shè)備、以工業(yè)4.0模式生產(chǎn)產(chǎn)品的企業(yè)和公司，還有那些為自動化生產(chǎn)企業(yè)提供感應(yīng)技術(shù)和機(jī)器人及信息通信技術(shù)的企業(yè)，如德國電信等，都從不同方面和角度，參與到推進(jìn)工業(yè)4.0的進(jìn)程中。以西門子和博世為例，這些企業(yè)的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)基礎(chǔ)好，也有很高端的產(chǎn)品。比如博世建設(shè)智能系統(tǒng)的能力和技術(shù)都很強(qiáng)，他們擅長將所有的知識融合起來，創(chuàng)造最合適的生產(chǎn)環(huán)境。”

為了更加直觀和具體地了解實際生產(chǎn)中工業(yè)4.0的推廣運(yùn)用情況，記者經(jīng)過5個小時、3次換乘的曲折火車旅程，從凱澤斯勞滕來到了更鮮為人知的阿爾卑斯山腳小鎮(zhèn)布萊夏赫（Blaichach）。給當(dāng)?shù)靥峁?000多個就業(yè)崗位的博世伊門斯塔特工廠（Bosch Immenstadt Plant）

依山而建。作為德國大型龍頭企業(yè)之一的博世，是實踐德國工業(yè)4.0的先驅(qū)，其洪堡工廠柴油發(fā)動機(jī)噴油器裝配流水線有效應(yīng)用工業(yè)4.0技術(shù)原則，通過安裝射頻碼，實現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器的對話，更大程度實現(xiàn)自動化，早在今年夏季就已見諸報端。此次本報記者探訪的伊門斯塔特工廠，主要以生產(chǎn)汽車剎車系統(tǒng)和汽車燃油供給系統(tǒng)零配件為主，其生產(chǎn)流水線也正在向更加智能化的方向進(jìn)發(fā)。

看博世如何實踐4.0

專門負(fù)責(zé)4.0推進(jìn)工作的阿德 . 寇萊克（Arnd Kolleck）博士告訴本報記者，伊門斯塔特工廠實施工業(yè)4.0計劃包括5個內(nèi)容：智能化原材料輸送、國際生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、流水線操作狀況監(jiān)控和支持系統(tǒng)、遠(yuǎn)程技術(shù)支持和高效設(shè)備管理系統(tǒng)。

記者首先被帶到了整潔敞亮的汽車剎車系統(tǒng)生產(chǎn)車間。作為全球第一大汽車技術(shù)供應(yīng)商之一，博世的汽車剎車系統(tǒng)（ABS&ESP）在市場上有相當(dāng)?shù)膶嵙Α?/p>

“現(xiàn)在你們看到的原材料輸送系統(tǒng)是高自動化的。包括登記注冊、下訂單、確認(rèn)和追蹤等程序都通過射頻技術(shù)（RFID）的運(yùn)用達(dá)到高度自動化。生產(chǎn)程序的精簡進(jìn)一步有效提高了生產(chǎn)力。”寇萊克介紹說。

記者看到，現(xiàn)場每一個裝有原材料的盒子上都貼有射頻碼，也就是這盒零部件的“身份證”。射頻碼會自動連接到貨車車牌號和一個獨(dú)一無二的產(chǎn)品號。在之后的上線生產(chǎn)中，這些含有信息的射頻“身份證”，通過射頻識別，在整個生產(chǎn)流程中提供生產(chǎn)步驟信息。裝有零部件的盒子從貨車上卸載后，就被輸送到生產(chǎn)區(qū)域。盒中的零部件用完后，又在特定環(huán)節(jié)通過盒子上的射頻碼識別進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，然后自動向供應(yīng)商提出新的訂貨要求。這種高自動化原材料輸送系統(tǒng)，可以增加可視化，從而減少庫存，降低消耗，提高效率。

在之后的環(huán)節(jié)中，記者對國際生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（International Production Network，IPN）最感興趣，

認(rèn)為最能體現(xiàn)大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)用。記者看到整個車間中有3條生產(chǎn)線在緊張工作中。寇萊克告訴記者，這是通過同一網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行管理的生產(chǎn)線，目前在全球8個國家設(shè)立了20條生產(chǎn)線，中國蘇州的博世工廠也有一條。這個國際生產(chǎn)管理系統(tǒng)通過大量的數(shù)據(jù)收集和分析，實時保證所有生產(chǎn)線持續(xù)不斷地標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

每天，全球20條生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況都通過網(wǎng)絡(luò)上傳到系統(tǒng)，生產(chǎn)線總管發(fā)布分析系統(tǒng)上的信息給操作和技術(shù)人員，比如存在什么問題，哪條生產(chǎn)線的速度減慢了，哪里出現(xiàn)了故障。然后根據(jù)了解到的這些信息，來計劃安排每天的工作，布置任務(wù)，解決各個環(huán)節(jié)上可能出現(xiàn)的問題，并保證生產(chǎn)線上產(chǎn)品的質(zhì)量。按照寇萊克的說法，生產(chǎn)線每一秒的速度變化，都關(guān)乎幾百萬歐元的利潤。

再來看一下生產(chǎn)流水線上的故障情況如何處理。首先，流水線的具體表現(xiàn)及有關(guān)數(shù)據(jù)的分析都通過生產(chǎn)系統(tǒng)自動跟蹤，如果出現(xiàn)故障或問題，流水線操作員便會接到系統(tǒng)信息，使用iPad或者其他連接系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，在系統(tǒng)上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的糾錯。利用這種技術(shù)進(jìn)行操作，一般都不會影響到整條線的正常工作。

但如果現(xiàn)場操作員不能解決問題的話，進(jìn)一步的解決方法還可以動用視頻等現(xiàn)代傳播和通信手段，比如智能手機(jī)，通過互聯(lián)網(wǎng)由更高級的專員技術(shù)人士來進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，這可以充分利用散布在全球的博世專家資源。

最后還要提到的是設(shè)備維修和管理的智能化。以博世伊門斯塔特工廠另一重要產(chǎn)品汽車供油系統(tǒng)零配件為例。因生產(chǎn)此零配件的材料是高強(qiáng)度塑料，生產(chǎn)過程中需要極端高溫，因此對生產(chǎn)設(shè)備的損傷非常嚴(yán)重，需要經(jīng)常維護(hù)和更換。博世為了最大程度地延長設(shè)備壽命，最有效地使用該設(shè)備，減少不必要的投資，給每一個設(shè)備安裝上射頻碼，利用生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System），將每一個相關(guān)機(jī)械設(shè)備的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲存和顯示。這些信息包括了該設(shè)備的運(yùn)作情況、壽命、維護(hù)保養(yǎng)時間表等，這樣就可以根據(jù)需要，一邊保養(yǎng)，一邊更換，一邊生產(chǎn)，有秩序有節(jié)奏地迅速完成設(shè)備的維護(hù)和更換，由此最大程度地提高效益，降低投入。

競爭力、商業(yè)價值及中國

任何一次工業(yè)革命，實現(xiàn)生產(chǎn)力跨越的目的毫無疑問都是為了更大程度地解放勞動力，獲取更廣闊的市場。工業(yè)4.0也不例外，在國際市場競爭異乎尋常激烈的今天，以制造業(yè)為支柱，出口依賴性很強(qiáng)的德國經(jīng)濟(jì)，顯然是希望借助生產(chǎn)方式的改變和新市場的開拓來實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長的飛躍。

工業(yè)4.0的“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，通過軟件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)方面的基礎(chǔ)設(shè)施來實現(xiàn)，不僅僅是改善和提高生產(chǎn)力，從而力爭保持制造業(yè)老大哥的地位不變，也必定會帶來新的商業(yè)模式和新的蓬勃商機(jī)。

“德國是一個機(jī)器和技術(shù)出口國，推廣與工業(yè)4.0相關(guān)的各種技術(shù)，出口工業(yè)用軟件已經(jīng)在德國機(jī)械出口中起到了越來越舉足輕重的作用。”瓦爾斯特告訴《第一財經(jīng)日報》記者。

承擔(dān)著推廣和宣傳德國、促進(jìn)外貿(mào)、吸引外資任務(wù)的德國聯(lián)邦貿(mào)易與投資署，在讓世界了解工業(yè)4.0方面已經(jīng)開展了不少工作。他們以“德國，智能解決方案，更智能商業(yè)”為題的活動在世界各地展開。該署服務(wù)主管阿辛姆 . 哈特西（Achim Hartig）在柏林接受本報記者采訪時說：“工業(yè)4.0的核心挑戰(zhàn)是行業(yè)間的高度合作和融合。”

當(dāng)記者提到中國對智能工業(yè)發(fā)展興趣濃厚，工業(yè)4.0目前是不是已經(jīng)在中德投資貿(mào)易方面成為重要內(nèi)容時，哈特西表示，“這只是時間問題。工業(yè)4.0首先要在德國國內(nèi)得到實踐和發(fā)展，使制造業(yè)和信息網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)得以更好地融合。與此同時，德中之間在學(xué)術(shù)課題研究等方面的合作一直非常頻繁。一旦德中兩國在工業(yè)和信息技術(shù)方面的合作進(jìn)一步深化，那么其力量將會非常強(qiáng)大。”

（王蕾）