圖為德國(guó)瓦克集團(tuán)博格豪森生產(chǎn)基地
德國(guó)制造業(yè)是世界最具競(jìng)爭(zhēng)力的制造業(yè)之一，尤其是裝備制造業(yè)在全球處于領(lǐng)先地位。這在很大程度上源于德國(guó)在創(chuàng)新性制造技術(shù)方面的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，以及復(fù)雜工業(yè)過(guò)程管理的專業(yè)性。德國(guó)擁有強(qiáng)大的機(jī)器和設(shè)備制造業(yè)，在信息技術(shù)領(lǐng)域表現(xiàn)出很高的水平和能力，在嵌入式系統(tǒng)和自動(dòng)化工程方面也頗有建樹(shù)，這些因素共同奠定了德國(guó)在制造工程行業(yè)中的領(lǐng)軍地位。因此，德國(guó)能以其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)拓新型工業(yè)化的潛能——“工業(yè)4.0”。
第四次工業(yè)革命
前三次工業(yè)革命的發(fā)生，分別源于機(jī)械化、電力和信息技術(shù)。如今，隨著物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)的引入，制造業(yè)正迎來(lái)第四次工業(yè)革命。不久的將來(lái)，企業(yè)能以CPS(Cyber Physical Systems，信息物理系統(tǒng))的形式建立全球網(wǎng)絡(luò)，整合其機(jī)器、倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施。
在制造業(yè)領(lǐng)域，這些CPS包括能自主交換信息的智能機(jī)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施，它們能獨(dú)立運(yùn)行和相互控制。這有利于從根本上改善工業(yè)過(guò)程，包括制造、工程、材料使用、供應(yīng)鏈和生命周期管理。
智能工廠現(xiàn)在似乎已開(kāi)始采用一種全新的方式來(lái)生產(chǎn)產(chǎn)品。智能產(chǎn)品通過(guò)唯一的特征被識(shí)別，在任何時(shí)候都能被定位，我們知道它的發(fā)展歷程，了解它當(dāng)前的狀況，以及實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)狀態(tài)的方式。從通過(guò)物流下訂單的那一刻起，縱向可與工廠和公司業(yè)務(wù)流程聯(lián)網(wǎng)，橫向連接則可實(shí)時(shí)管理衍生價(jià)值體系，這二者共同構(gòu)建了嵌入式制造系統(tǒng)。
“工業(yè)4.0”擁有巨大的潛力。智能工廠讓客戶個(gè)性化的定制需求得以滿足，這也意味著，即使產(chǎn)品只生產(chǎn)一次，也能通過(guò)頗具收益的方式制造出來(lái)。在“工業(yè)4.0”中，以供應(yīng)商為例，動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)和工程流程能幫他們根據(jù)生產(chǎn)需要最終做出相應(yīng)改變，并靈活應(yīng)對(duì)生產(chǎn)中斷和故障。
現(xiàn)在，在制造過(guò)程中已經(jīng)能夠提供端到端的透明化，以促進(jìn)決策優(yōu)化。工業(yè)4.0將會(huì)開(kāi)發(fā)出創(chuàng)造價(jià)值的新方法和新的商業(yè)模式。特別是，它將給初創(chuàng)公司和小企業(yè)的發(fā)展帶來(lái)機(jī)會(huì)，下游服務(wù)也能從中受益。
采取雙重策略
工業(yè)4.0將正視和解決某些當(dāng)今世界面臨的挑戰(zhàn)，如資源能源利用效率、城鎮(zhèn)化、人口結(jié)構(gòu)變化等。工業(yè)4.0能持續(xù)帶來(lái)覆蓋整個(gè)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的資源生產(chǎn)率和效率的增益。它能將人口結(jié)構(gòu)變化和社會(huì)因素考慮在內(nèi)，以適合的方式組織生產(chǎn)。智能輔助系統(tǒng)讓工人從單調(diào)、程序化的工作中解放出來(lái)，能把精力集中在創(chuàng)新和增值業(yè)務(wù)上。
鑒于熟練工短缺的問(wèn)題，工業(yè)4.0允許老工人延長(zhǎng)職業(yè)生涯，從而長(zhǎng)久地保持生產(chǎn)力。靈活的工作組織形式使工人們能夠更好地整合自己的工作，使私人生活和持續(xù)的職業(yè)生涯發(fā)展變得更有效率，在工作和生活之間找到了更好的平衡點(diǎn)。
制造工程領(lǐng)域的全球競(jìng)爭(zhēng)變得愈加激烈，德國(guó)不是唯一一個(gè)認(rèn)識(shí)到在制造業(yè)部署物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)是大勢(shì)所趨的國(guó)家。而且，并非只有亞洲的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手對(duì)德國(guó)工業(yè)造成威脅，美國(guó)也在采取措施，通過(guò)推進(jìn)“高端制造業(yè)計(jì)劃”來(lái)反對(duì)“去工業(yè)化”。
為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)向工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)變，德國(guó)需要采取雙重策略。德國(guó)裝備制造業(yè)應(yīng)尋求穩(wěn)固在全球市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)地位，一如既往地把信息通信技術(shù)與其傳統(tǒng)的高科技戰(zhàn)略進(jìn)行整合，使自己成為智能制造技術(shù)的主要供應(yīng)商;與此同時(shí)，還有必要為CPS技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)建新的領(lǐng)先市場(chǎng)，并為之服務(wù)。要實(shí)現(xiàn)上述CPS雙重策略的目標(biāo)，以下工業(yè)4.0的基本特征應(yīng)該得到落實(shí)：通過(guò)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)橫向集成;工程端到端數(shù)字集成橫跨整個(gè)價(jià)值鏈;垂直集成和網(wǎng)絡(luò)化的制造系統(tǒng)。
邁向工業(yè)4.0之路，德國(guó)要在研發(fā)上投入巨大的精力。為實(shí)施雙重策略，所進(jìn)行的研究應(yīng)實(shí)現(xiàn)“制造系統(tǒng)的橫向、縱向集成”和“工程端到端的集成”。此外，出于對(duì)工業(yè)4.0系統(tǒng)的要求和著眼于CPS技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，工作場(chǎng)所中新的社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)該得到更多關(guān)注。
涉及8個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域
如果工業(yè)4.0得以成功實(shí)現(xiàn)，研發(fā)活動(dòng)將需要與之適應(yīng)的工業(yè)政策的支持。德國(guó)工業(yè)4.0工作組認(rèn)為，需要在以下8個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域采取行動(dòng)：
(1)標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)：工業(yè)4.0會(huì)涉及聯(lián)網(wǎng)，并通過(guò)“價(jià)值網(wǎng)絡(luò)”集成幾家不同的公司。由此，需要開(kāi)發(fā)出一攬子共同標(biāo)準(zhǔn)，并需要一個(gè)參考架構(gòu)來(lái)描述這些標(biāo)準(zhǔn)。
(2)復(fù)雜系統(tǒng)的管理：生產(chǎn)和制造系統(tǒng)正日益變得復(fù)雜，適當(dāng)?shù)挠?jì)劃和解釋性模型能為管理這些復(fù)雜的系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。因此，工程師們應(yīng)該備有開(kāi)發(fā)出這些模型的方法和工具。
(3)一套綜合的工業(yè)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施：毋庸置疑，高質(zhì)量的綜合通訊網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)4.0的關(guān)鍵要求。無(wú)論是在德國(guó)國(guó)內(nèi)，還是在德國(guó)與其他伙伴國(guó)之間，寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施也因此需要進(jìn)一步大規(guī)模拓展。
(4)安全和安保：安全和安保對(duì)智能制造系統(tǒng)的成功至關(guān)重要。確保生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品本身對(duì)人或者環(huán)境不造成任何危險(xiǎn)，這點(diǎn)非常重要。同時(shí)，生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品，尤其是它們所包含的數(shù)據(jù)和信息，都需要加以保護(hù)，防止被濫用和未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)。
(5)工作的組織和設(shè)計(jì)：在智能工廠，雇員的角色將發(fā)生引人注目的改變。越來(lái)越多的實(shí)時(shí)導(dǎo)向的控制，將改變工作內(nèi)容、工作流程和工作環(huán)境。工作組織以一種“社會(huì)-技術(shù)”的方法實(shí)現(xiàn)，將為員工提供承擔(dān)重大責(zé)任和促進(jìn)個(gè)人發(fā)展的機(jī)會(huì)。這一旦成為現(xiàn)實(shí)，合作工作的設(shè)計(jì)、終身學(xué)習(xí)的措施以及啟動(dòng)參考模型課題，將變得尤為重要。
(6)培訓(xùn)和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展：工業(yè)4.0將從根本上改變?nèi)藗兊墓ぷ骱蛯I(yè)能力。實(shí)施適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)并以學(xué)習(xí)的方式組織工作因此變得尤為必要，可借此實(shí)現(xiàn)終身學(xué)習(xí)和基于工作地點(diǎn)的個(gè)人發(fā)展。為達(dá)成這一目標(biāo)，示范項(xiàng)目和“最佳實(shí)踐網(wǎng)絡(luò)”應(yīng)該推廣，數(shù)字化學(xué)習(xí)技術(shù)也應(yīng)投入研究。
(7)監(jiān)管框架：在工業(yè)4.0下建立新的制造流程和橫向業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時(shí)，必須遵守法律;而現(xiàn)有法律也同樣應(yīng)考慮到創(chuàng)新的影響而進(jìn)行調(diào)整。面臨的挑戰(zhàn)包括保護(hù)企業(yè)數(shù)據(jù)、責(zé)任問(wèn)題、處理個(gè)人數(shù)據(jù)和貿(mào)易限制。這將不僅對(duì)立法，也對(duì)其他有商業(yè)性質(zhì)的活動(dòng)提出了要求。制度將作為一個(gè)涵蓋面廣泛的適用工具而存在，其內(nèi)容包括指導(dǎo)方針、合同范本和公司集體協(xié)議，或者自我監(jiān)管的舉措如審計(jì)。
(8)資源效率：撇開(kāi)成本高不說(shuō)，僅制造業(yè)在原材料和能源上的大量消耗就給環(huán)境和安全供應(yīng)帶來(lái)諸多風(fēng)險(xiǎn)。工業(yè)4.0將帶來(lái)資源生產(chǎn)力和效率的提高。對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，權(quán)衡“需要投資在智能工廠中的額外資源”與“帶來(lái)的潛在節(jié)約”之間的利弊非常必要。
邁向工業(yè)4.0，將是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程。為了適應(yīng)制造工程的特殊需求，現(xiàn)有的基本技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)必須加以改變，還必須探索針對(duì)新地點(diǎn)和新市場(chǎng)的創(chuàng)新解決方案。如果成功，工業(yè)4.0將提升德國(guó)的全球競(jìng)爭(zhēng)力，并保持其國(guó)內(nèi)制造業(yè)繼續(xù)發(fā)展。
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