德國工業(yè)4.0的本質(zhì)與目標

2014年7月6日~8日，德國總理默克爾在其任期內(nèi)第七次訪問中國，并且?guī)砹斯I(yè)4.0工作組的眾多成員到工業(yè)和信息化部座談，使得工業(yè)4.0再次成為業(yè)界關(guān)注的焦點。

德國實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的實質(zhì)就是希望通過提升工業(yè)領(lǐng)域的智能化和信息化水平升級其國內(nèi)的工業(yè)體系，這與我國的兩化融合戰(zhàn)略是不謀而合的。去年8月，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《信息化和工業(yè)化深度融合專項行動計劃(2013-2018年)》，對5年內(nèi)的兩化融合工作作出了具體部署。在推進兩化深度融合的進程中，我國工業(yè)和信息通信業(yè)界正在借鑒德國等發(fā)達國家的經(jīng)驗，制定出適合我國國情的產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展戰(zhàn)略。本期開始，本報特別約請工信部國際經(jīng)濟技術(shù)合作中心電子商務研究所所長王喜文等專家為您深入解讀德國工業(yè)4.0的奧秘。

工業(yè)4.0在德國被認為是第四次工業(yè)革命，是德國政府2011年11月公布的《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》中的一項戰(zhàn)略，旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，保持德國的國際競爭力。工業(yè)4.0還有一大特點，就是德國總理默克爾親自不遺余力地推動。

今年4月，德國機械及制造商協(xié)會、德國信息技術(shù)、通訊與新媒體協(xié)會、德國電子電氣制造商協(xié)會合作設立了“工業(yè)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(yè)的未來——關(guān)于實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》。報告提出德國向工業(yè)4.0轉(zhuǎn)變需要采取雙重策略，即德國要成為智能制造技術(shù)的主要供應商和CPS(信息物理系統(tǒng))技術(shù)及產(chǎn)品的領(lǐng)先市場。報告還展望了德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的發(fā)展前景。

工業(yè)4.0本質(zhì)是基于“信息物理系統(tǒng)”實現(xiàn)“智能工廠”

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

工業(yè)4.0將在前三次工業(yè)革命的基礎上進一步進化，基于信息物理系統(tǒng)(Cyber Physical System)實現(xiàn)新的制造方式。信息物理系統(tǒng)是指通過傳感網(wǎng)緊密連接現(xiàn)實世界，將網(wǎng)絡空間的高級計算能力有效運用于現(xiàn)實世界中，從而在生產(chǎn)制造過程中，與設計、開發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)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(chǎn)系統(tǒng)。

工業(yè)4.0核心是動態(tài)配置的生產(chǎn)方式

工業(yè)4.0報告中描述的動態(tài)配置的生產(chǎn)方式主要是指從事作業(yè)的機器人(工作站)能夠通過網(wǎng)絡實時訪問所有有關(guān)信息，并根據(jù)信息內(nèi)容，自主切換生產(chǎn)方式以及更換生產(chǎn)材料，從而調(diào)整成為最匹配模式的生產(chǎn)作業(yè)。動態(tài)配置的生產(chǎn)方式能夠?qū)崿F(xiàn)為每個客戶、每個產(chǎn)品進行不同的設計、零部件構(gòu)成、產(chǎn)品訂單、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)制造、物流配送，杜絕整個鏈條中的浪費環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式不同，動態(tài)配置的生產(chǎn)方式在生產(chǎn)之前或者生產(chǎn)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(chǎn)主要是按照事先設計好的工藝流程進行的生產(chǎn)線生產(chǎn)方式。盡管也存在一些混流生產(chǎn)方式，但是生產(chǎn)過程中，一定要在由眾多機械組成的生產(chǎn)線上進行，所以不會實現(xiàn)產(chǎn)品設計的多樣化。管理這些生產(chǎn)線的MES(制造執(zhí)行管理系統(tǒng))原本應該帶給生產(chǎn)線更多的靈活性，但是受到構(gòu)成生產(chǎn)線的眾多機械的硬件制約，無法發(fā)揮出更多的功能，作用極為有限。

同時，在不同生產(chǎn)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(chǎn)流程，所以也只能發(fā)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(yè)4.0描繪的智能工廠中，固定的生產(chǎn)線概念消失了，采取了可以動態(tài)、有機地重新構(gòu)成的模塊化生產(chǎn)方式。

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

工業(yè)4.0首要目標是工廠標準化

德國工業(yè)影響力的一個側(cè)面就是“標準化”。PLC編程語言的國際標準IEC 61131-3(PLCopen)主要是來自德國企業(yè);通信領(lǐng)域普及的CAN、Profibus以及EtherCAT也全都誕生于德國。

工業(yè)4.0工作組認為，推行工業(yè)4.0需要在8個關(guān)鍵領(lǐng)域采取行動。其中第一個領(lǐng)域就是“標準化和參考架構(gòu)”。標準化工作主要圍繞智能工廠生態(tài)鏈上各個環(huán)節(jié)制定合作機制，確定哪些信息可被用來交換。為此，工業(yè)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(chǎn)流程進行優(yōu)化。

以往，我們聽到的大多是“產(chǎn)品的標準化”，而德國工業(yè)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(yè)生產(chǎn)模式推廣到國際市場，以標準化提高技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新的市場化效率，繼續(xù)保持德國工業(yè)的世界領(lǐng)先地位。

7月6日~8日，工業(yè)4.0工作組的眾多成員隨同默克爾訪華，相信除了交流智能工廠、自動化生產(chǎn)模式的經(jīng)驗之外，恐怕其最終用意還是為了推廣德國的模式、概念以及標準，以便在未來拿到更大、更多的訂單。

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