工业40剖析

深刻剖析德国工业4.0战略，对中国电商和劳动密集制造业的双重瓦解过去三十年，中国经济得益于劳动力红利，在制造业发展上畅通无阻。在过去十年，中国互联网经济的一个特殊现象是电商的异军突起。而德国提出工业4.0的原本战略意图正是对抗以美国为首的互联网经济，防守中国劳动密集制造业。当中国人疯狂迷恋于金融、电商，天天喊着要颠覆这个颠覆那个的时候，德国已经进入了制造4.0时代，并作为它的国家战略被鲜明的提出，在整个德国企业界得到广泛应用。所谓制造工业4.0的概念，是以智能制造为主的第四次工业革命，它把德国的传统制造技术与现代无处不在的互联网技术相融合，产生智能化的机械设备制造，将再次在全球范围内提升德国的全球竞争力。一、德国工业4.0的本质与目标是什么？工业4.0在德国被认为是第四次工业革命，是德国政府2011年11月公布的《高技术战略2020》中的一项战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，保持德国的国际竞争力。2013年4月，德国机械及制造商协会、德国信息技术、通讯与新媒体协会、德国电子电气制造商协会合作设立了“工业4.0平台”，并向德国政府提交了平台工作组的最终报告——《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》。报告提出，德国向工业4.0转变需要采取双重策略，即德国要成为智能制造技术的主要供应商和CPS（信息物理系统）技术及产品的领先市场。报告还展望了德国工业4.0战略的发展前景。1、本质是基于“信息物理系统”实现“智能工厂”工业4.0，其实就是实现“智能工厂”。第一次工业革命始于18世纪后半期由蒸汽机实现工厂的机械化；第二次工业革命始于19世纪后半期用电力来实现大规模化批量生产；第三次工业革命始于20世纪后半期通过电气和信息技术实现制造业的自动化。工业4.0将在前三次工业革命的基础上进一步进化，基于信息物理系统（CyberPhysicalSystem）实现新的制造方式。信息物理系统是指通过传感网紧密连接现实世界，将网络空间的高级计算能力有效运用于现实世界中，从而在生产制造过程中，与设计、开发、生产有关的所有数据将通过传感器采集并进行分析，形成可自律操作的智能生产系统。2、核心是动态配置的生产方式工业4.0报告中描述的动态配置的生产方式主要是指从事作业的机器人（工作站）能够通过网络实时访问所有有关信息，并根据信息内容，自主切换生产方式以及更换生产材料，从而调整成为最匹配模式的生产作业。动态配置的生产方式能够实现为每个客户、每个产品进行不同的设计、零部件构成、产品订单、生产计划、生产制造、物流配送，杜绝整个链条中的浪费环节。与传统生产方式不同，动态配置的生产方式在生产之前或者生产过程中，都能够随时变更最初的设计方案。例如，目前的汽车生产主要是按照事先设计好的工艺流程进行的生产线生产方式。尽管也存在一些混流生产方式，但是生产过程中，一定要在由众多机械组成的生产线上进行，所以不会实现产品设计的多样化。管理这些生产线的MES（制造执行管理系统）原本应该带给生产线更多的灵活性，但是受到构成生产线的众多机械的硬件制约，无法发挥出更多的功能，作用极为有限。同时，在不同生产线上操作的工人分布于各个车间，他们都不会掌握整个生产流程，所以也只能发挥出在某项固定工作上的作用。这样一来，很难实时满足客户的需求。工业4.0描绘的智能工厂中，固定的生产线概念消失了，采取了可以动态、有机地重新构成的模块化生产方式。例如，生产模块可以视为一个“信息物理系统”，正在进行装配的汽车能够自律在生产模块间穿梭，接受所需的装配作业。其中，如果生产、零部件供给环节出现瓶颈，能够及时调度其他车型的生产资源或者零部件，继续进行生产。也就是为每个车型自律性选择适合的生产模块，进行动态的装配作业。在这种动态配置的生产方式下，可以发挥出MES原本的综合管理功能，能够动态管理设计、装配、测试等整个生产流程，既保证了生产设备的运转效率，又可以使生产种类实现多样化。3、首要目标是工厂标准化德国工业影响力的一个侧面就是“标准化”。PLC编程语言的国际标准IEC61131-3（PLCopen）主要是来自德国企业；通信领域普及的CAN、Profibus以及EtherCAT也全都诞生于德国。工业4.0工作组认为，推行工业4.0需要在8个关键领域采取行动。其中第一个领域就是“标准化和参考架构”。标准化工作主要围绕智能工厂生态链上各个环节制定合作机制，确定哪些信息可被用来交换。为此，工业4.0将制定一揽子共同标准，使合作机制成为可能，并通过一系列标准（如成本、可用性和资源消耗）对生产流程进行优化。以往，我们听到的大多是“产品的标准化”，而德国工业4.0将推广“工厂的标准化”，借助智能工厂的标准化将制造业生产模式推广到国际市场，以标准化提高技术创新和模式创新的市场化效率，继续保持德国工业的世界领先地位。目前，工信部等部委也正在借鉴德国经验，编制《中国制造2025》，力求促使中国成为工业强国。笔者认为，德国工业4.0受到了空前的重视，但是如何借鉴工业4.0尤其是工业4.0中的标准化问题，值得我们深入思考。二、德国工业4.0背后的战略意图工业4.0在德国被认为是第四次工业革命，是德国政府2011年11月公布的《高技术战略2020》中的一项战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，保持德国的国际竞争力。德国总理默克尔亲自不遗余力地推动工业4.0，其实其背后还有很深的战略用意。1、对抗美国互联网实际上，工业4.0体现出德国对美国的危机感和极高的竞争意识。CPU、操作系统、软件以及云计算等网络平台几乎都由美国掌控。近两年来，Google开始进军机器人领域，研发自动驾驶汽车Amazon进入手机终端业务，开始实施无人驾驶飞机配送商品……美国互联网巨头正在从“信息”领域加速进入“物理”业务领域。显而易见，这一趋势对制造业的破坏性影响只是时间问题，因此，德国产生了前所未有的危机感。德国的工业4.0战略详尽描绘了信息物理系统(CyberPhysicalSystem)概念，希望通过信息物理系统开创新的制造方式，实现“智能工厂”。信息物理系统是指通过传感网紧密连接现实世界，将网络空间的高级计算能力有效运用于现实世界中，从而在生产制造过程中，与设计、开发、生产有关的所有数据将通过传感器采集并进行分析，形成可自律操作的智能生产系统。从某种意义上说，工业4.0是德国希望阻止信息技术不断融入制造业之后带来的支配地位。一旦制造业各个环节都被云计算接管，那么制造业还是制造业吗?所以，工业4.0希望用“信息物理系统”升级“智能工厂”中的“生产设备”，使生产设备因信息物理系统而获得智能，使工厂成为一个实现自律分散型系统的“智能工厂”。那时，云计算不过是制造业中的一个使用对象，不会成为掌控生产制造的中枢所在。2、防守中国制造业近年来，从中国机械产业的高速增长中，德国看到的更多是“德国制造”自身的危机。数据显示，德国以16%的份额占据2013年全球机械出口首位，中国以11%的份额，略低于美国位于全球第三。同时，在全球设备制造业的32个子行业中，中国已经在7个子行业中取得了领先地位。更有甚者，美国波士顿咨询公司的一篇相关分析报告曾提出警告：“欧洲机械制造商必须意识到，竞争环境已经改变，必须对越发明显的威胁做出反应，否则他们将被来自中国的咄咄逼人的挑战者打倒。”由此，德国《世界报》网站在今年3月27日报道称“中国机械制造业严重威胁德国”!2014年6月24日，德国机械设备制造业联合会(VDMA)在日本东京举行发布会，介绍了德国机械制造行业的情况。VDMA拥有120多年的历史，涵盖机床工业联合会、机器人工业联合会等38个工业联合会，是德国横跨各个机械产业的庞大社团组织。VDMA也是搭建“工业4.0平台”，实施德国工业4.0战略的重要牵头组织之一。据日本媒体报道，当天，VDMA主席菲斯特格(ReinholdFestge)旗帜鲜明地指出：“日本和德国的机械制造企业，应该为确保长期发展和经济上的成功进行深入合作，尤其在有交叉的一些产品领域，两国应该携手面对中国的挑战。”从中，德国对中国制造业的防备之心已显而易见。3、对于工业4.0，要借鉴也要应对或许有专家认为，工业4.0不过是德国的一项高科技领域的国家战略，主要是在高端制造技术上对抗美国，跟主要以低端制造为主的我国没有多大关系。因此，我国也没有必要对工业4.0采取应对策略。笔者并不认同这种观点。一方面，对于德国工业4.0，我们应该深入研究，参考借鉴。工业4.0是德国举国实施的全球市场运动，我们应该搭乘这辆便车。借势借力，在德国推广“信息物理系统”过程中，通过学会生产制造过程与业务管理系统的深度集成，实现对生产要素的高度灵活配置，实现大规模生产高度定制化产品。从而让制造业紧跟时代趋势，提前迈向智能化，以适应未来的国际竞争。另一方面，在《中国制造2025》中应涵盖应对策略。据媒体报道，工信部正联合发改委、科技部和国资委等多个部门，由中国工程院院士一起参与研究起草的制造业中长期规划——《中国制造2025》将阐述未来10年中国工业发展的整体理念。笔者希望在《中国制造2025》中能够有效考虑到德国工业4.0带来的冲击和潜在竞争因素。因为我国一直是制造大国，却不是制造强国。工业4.0来了，物联网、服务互联网将取代传统封闭性的生产制造系统，成为未来工业的根基。而在物联网、服务互联网等信息产业领域更为落后的我们，未来还有没有成为制造强国的机会?三、德国工业4.0的中国启示德国工业4．0战略为我们展现了一幅全新的工业蓝图，深入分析其愿景与要点，可以洞察德国提出工业4．0的目的与战略意图。在新的发展背景下，将信息化的时代特征与我国工业化历史进程紧密结合起来，把两化深度融合作为主线，为推动工业转型升级注入新的动力，从而在向工业化迈进的过程中占得先机，这是4．0战略对我国推进工业转型升级的重要启示。1、战略愿景与要点与美国流行的第三次工业革命的说法不同，德国将制造业领域技术的渐进性进步描述为工业革命的四个阶段，即工业4．0的进化历程。1）工业1．018世纪60年代至19世纪中期，通过水力和蒸汽机实现的工厂机械化可称为工业1．0。这次工业革命的结果是机械生产代替了手工劳动，经济社会从以农业、手工业为基础转型到了以工业以及机械制造带动经济发展的模式。2）工业2．019世纪后半期至20世纪初，在劳动分工的基础上采用电力驱动产品的大规模生产可称为工业2．0。这次工业革命，通过零部件生产与产品装配的成功分离，开创了产品批量生产的新模式。3）工业3．0始于20世纪70年代并一直延续到现在，电子与信息技术的广泛应用，使得制造过程不断实现自动化，可称为工业3．0。自此，机器能够逐步替代人类作业，不仅接管了相当比例的“体力劳动”，还接管了一些“脑力劳动”。4）工业4．0德国学术界和产业界认为，未来10年，基于信息物理系统（Cyber－PhysicalSystem，CPS）的智能化，将使人类步入以智能制造为主导的第四次工业革命。产品全生命周期和全制造流程的数字化以及基于信息通信技术的模块集成，将形成一个高度灵活、个性化、数字化的产品与服务的生产模式。工业4．0为我们展现了一幅全新的工业蓝图：在一个“智能、网络化的世界”里，物联网和物联网（服务互联网技术）将渗透到所有的关键领域，创造新价值的过程逐步发生改变，产业链分工将重组，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。1）工业4．0将使得工业生产过程更加灵活、坚强。这将使得动态的、适时优化的和自我组织的价值链成为现实，并带来诸如成本、可利用性和资源消耗等不同标准的最优化选择。包括在制造领域的所有因素和资源间形成全新的循环网络、智能产品独特的可识别性、个性化产品定制以及高度灵活的工作环境等。2）工业4．0将发展出全新的商业模式和合作模式。这些模式将力争确保潜在的商业利润在整个价值链所有利益相关人之间公平地共享，包括那些新进入的利益相关人。同时，工业4．0“网络化制造”、“自我组织适应性强的物流”和“集成客户的制造工程”等特征，也使得它追求