认识“工业4.0”

江苏是一个工业大省，也是制造业强省，如何保持制造业优势、走好转型升级这一步，关键要看是否能够跟得上全球制造业的发展潮流，打造出自己的“工业4.0”版本。

文/孟 实

全球金融危机之后，全球制造业强国纷纷开始“再工业化”，借助信息革命、互联网的技术优势，推出了一揽子“再工业化”计划，其中美国的CPS与德国的“工业4.0”是最为典型的代表，代表着制造业的未来发展趋势。

“工业4.0”这个概念最早是在2011年“汉诺威工业博览会”上被正式提出，并因其时尚新颖的提法而渐渐被大众所接受。说起“工业4.0”，自然就不得不提到德国，一方面，“工业4.0”的概念由老牌制造业强国德国首先提出，另一方面，德国还最早把“工业4.0”付诸实践，并将其上升为国家战略。2012年，德国制定的《十大未来项目》中就有“工业4.0”，2013年，德国发布的《保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议》系统阐述了“工业4.0”的概念内涵及其基本特征，从而使“工业4.0”成为了全球“再工业化”过程中讨论的一个热点。

德国电气电子行业协会（ZVEI）主席、德国工业联合会（BDI）副主席洛飞腾认为，“工业‘4.0’的到来预示着更多的可能性，它能够提高资源效率，调整人才结构，创造灵活的工作组织形式，发掘出创造价值的新方法，开发出商业新模型。尤其是为新型公司及小型投资者的发展带来更多契机。”美国辛辛那提大学特聘讲座教授李杰认为，“工业4.0”有三个支撑点：一是制造本身的价值化，不仅仅是做好一个产品，而且是把产品生产制造过程做到浪费最少、制造过程与设计者配合；二是制造过程中，根据加工产品的差异、加工状况的改变能自动作出调整，达到具有所谓的“自省”能力，也就是整个系统，包括设备机器本身，在设计制造过程中能根据变化的情况，及时作出调整；三是在整个制造过程中达到零故障、零忧虑、零意外、零污染，至少是低忧虑、低污染，使制造过程达到最小忧虑化。

“工业4.0”是在全球经济与科技发展到一定阶段，各种机缘共同促生的新生事物，也是制造业发展过程中阶段性的产物。无论是蒸汽机时代的“工业1.0”、电气时代的“工业2.0”、信息化时代的“工业3.0”，还是现在科技融合时代的“工业4.0”，都有着十分鲜明的特征。从全球对“工业4.0”的讨论来看，提到的有关于“工业4.0”的特征描述中，智能制造、物联网络、自助式生产、智慧能源等是最为活跃的。

“工业4.0”特征之一：采取智能制造。德国政府把“工业4.0”作为新一代工业升级战略，并确立了两大研究主题：一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统、过程和网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要包括整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。德国政府为此拨款2亿欧元作为第一阶段的研发经费，致力于构建智能生产网络，推动工业生产制造由自动化向智能化和网络化方向升级。据资料显示，“工业4.0”旨在建立一种人与技术互动的崭新模式，即机器适应人的需求，具有多通道用户界面的智能工业辅助系统，能将数字和模拟环境直接应用到生产车间，而未来工厂也将从局部的机器智能发展到全厂智能。这种智能制造将零散的信息、通讯、虚拟等技术进行整合，通过数据可视化和共享互联，打通企业的产品设计、研发、生产与客户管理、供应链和能耗管理等系统，实现从底层控制级、中层产线级到上层企业级的整体优化，最终帮助制造业实现更短的上市时间、更高的生产灵活性和资产利用率、更低的拥有成本和更可控的企业风险。

“工业4.0”特征之二：基于物联网络。“工业4.0”是以信息物理系统为基础的，因此，互联网以及物联传感技术将被普遍运用于整个产品生产过程之中。根据有关资料的描述，“工业4.0”时代一个明显的改变就是，各个工厂可以自己决定要如何提供产品安装方式，这意味着严格的中央控制式的工厂将变得分散，而中央主电脑会管控所有部件，一切将在智慧的网络之下，根据产品要求的不同进行最细致的配置。这个智慧的网络就是互联网与物联传感网络，它使“工业4.0”网络化分布式生产成为可能。通过物联传感技术，不同的生产设备既能够协作生产，又可以各自快速地对外部变化作出反应，即让设备从传感器到因特网的通讯能够无缝对接，从而建立一个高度灵活的、个性化和数字化、整合了产品与服务的生产模式。在这种模式下，生产自动化技术可通过自我诊断、自我修正和各种功能软件让设备更加智能，更好地辅助工人完成生产，从而保证了人与技术之间良性互动。

“工业4.0”特征之三：实行“众包”生产。由于未来互联网发展更加成熟，生产的模式必然会因之改变，目前的3D打印正是基于互联网才成为可能。从生产方式来看，3D打印代表着未来生产的一种趋势，它使每一个人都有可能成为生产者。《创客》一书就描绘了这种情形，即在数据时代里的每一个人都可以进行或参与创造，这样的人就是创客（Maker）。创客参与生产的特点是低准入门槛、快速创新、强烈的创业精神，其中许多人只为自己制造产品，而不是创立企业。“创客”可以实现产品开发的最佳创新，人们通过互联网分享智慧，并协力完成难题。在这种条件下，生产将以一种“众包”的形式进行，即企业利用互联网将工作分配出去，发现创意或者解决技术问题。通过互联网，甚至可以利用志愿者的智慧与创意，节约生产成本。有关资料描述了这一场景：当“创客”们以“众包”模式进行制造，每一家生产大众市场产品的巨头企业，都将面对众多新的小公司，这些小公司将会改变制造业的格局。

“工业4.0”特征之四：优化能源利用。资料显示，当今能源利用效率已经成为制造业生产过程中必须考虑的因素。为了满足这一需求，在生产间歇中随时关闭那些不工作的部分以减少能源消耗，就成为一种必须具备的能力。工业4.0将更大程度地利用现有条件实现这一能力，以保证它能够融入到生产设施从计划到运行的整个过程。从更大的范围看，为了克服新能源的分散和不稳定等缺点，以智能电网为代表分布式的能源供应和消费技术或将成为未来能源产业的发展趋势。虚拟发电厂、组合发电厂正在成为新的发电模式。这种新的“发电厂”将太阳能发电、风能发电、生物能发电以及天然气发电等发电来源进行组合，形成一个虚拟发电站，并通过云端管理，实现能源的最有效利用。

“工业4.0”的前景是美好的，据相关资料描述，工业4.0能够持续带来覆盖整个价值网络的资源生产率和效率的提高。同时能够将人口结构变动和社会因素考虑在内，并设定合适的方式来组织生产。智能辅助系统可以把工人从单调、程式化的工作中解放出来，使其能够将精力集中在创新和增值业务上。在关于熟练工短缺的问题上，工业4.0允许高龄的工人延长他们的工作生涯，使他们能够长时间地保持生产力。灵活的工作组织形式使得工人们能够更好地整合他们自己的工作，私人生活和持续的职业生涯发展将变得更有效率。