德國(guó)“工業(yè)4.0”概念在2013年4月漢諾威工業(yè)博覽會(huì)正式推出，隨后升級(jí)為國(guó)家戰(zhàn)略，推出一年多以來(lái)受到全球工業(yè)界、媒體和經(jīng)濟(jì)學(xué)人士的廣泛熱捧。隨著全球各國(guó)相繼提出類似“工業(yè)4.0”的發(fā)展目標(biāo)，以智能化制造、兩化深度融合為代表的新型制造方式終將引起工業(yè)界乃至社會(huì)發(fā)展的巨大變革。 “工業(yè)4.0”：
全球工業(yè)的未來(lái)
“工業(yè)4.0”是2012年德國(guó)工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)、西門(mén)子公司等德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界在3位德國(guó)教授倡議的基礎(chǔ)上推動(dòng)形成的。在隨后的2013年德國(guó)聯(lián)邦政府將“工業(yè)4.0”上升為國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略，并正式發(fā)布了《實(shí)施工業(yè)4.0 戰(zhàn)略規(guī)劃建議》白皮書(shū)，旨在確保德國(guó)在工業(yè)界綜合實(shí)力的領(lǐng)先地位。簡(jiǎn)要來(lái)說(shuō)，“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略旨在建立一個(gè)信息物理融合系統(tǒng)(CPS)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)有線/無(wú)線等方式將所有生產(chǎn)企業(yè)的自動(dòng)化設(shè)備、客戶需求、物流倉(cāng)儲(chǔ)、生產(chǎn)管理、各類軟件等產(chǎn)業(yè)鏈所有環(huán)節(jié)納入其中，使工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、自我調(diào)整、人機(jī)互動(dòng)并以最優(yōu)生產(chǎn)方式完成生產(chǎn)實(shí)踐。德國(guó)“工業(yè)4.0”可總結(jié)為：建立一個(gè)信息物理融合系統(tǒng)(CPS)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)虛擬世界與不同層次、分工物理生產(chǎn)設(shè)備的融合;研究智能工廠和智能生產(chǎn)兩大主題，即智能網(wǎng)絡(luò)分布化生產(chǎn)系統(tǒng)和高度靈活個(gè)性化生產(chǎn)流程;實(shí)現(xiàn)橫向、縱向與端對(duì)端等在網(wǎng)絡(luò)上任意方向的集成，使人與人、人與設(shè)備、設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián);最后實(shí)施“標(biāo)準(zhǔn)化參考架構(gòu)”等8項(xiàng)計(jì)劃以保障“工業(yè)4.0”順利實(shí)現(xiàn)。
其他各主要國(guó)家也紛紛從金融大潮中認(rèn)識(shí)到工業(yè)對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)的重要性。2012年美國(guó)國(guó)家科技委員會(huì)發(fā)布了美國(guó)《先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》，提出促進(jìn)美國(guó)先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的5大目標(biāo)及對(duì)策措施，重點(diǎn)在于縮小研發(fā)與先進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用間的鴻溝，與先前頒布的《重振美國(guó)制造業(yè)政策框架》《先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃》共同作為美國(guó)促進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的“再工業(yè)化”一攬子計(jì)劃。英國(guó)于2008年提出“高價(jià)值制造”戰(zhàn)略，主要措施包括推出以22項(xiàng)“制造業(yè)能力”標(biāo)準(zhǔn)為投資依據(jù)的系列資金扶持措施，開(kāi)放知識(shí)交流平臺(tái)等。歐洲范圍內(nèi)除德國(guó)，以瑞典為代表的“再工業(yè)化”成果卓著，全球競(jìng)爭(zhēng)力排名最高升至第二位。西班牙、日本等國(guó)也均開(kāi)始加大高科技工業(yè)生產(chǎn)的資金、政策投入。
中國(guó)科學(xué)院300余位專家在2009年完成的目標(biāo)指向2020、2030、2050年科技發(fā)展路線圖的戰(zhàn)略研究系列報(bào)告《創(chuàng)新2050：科技革命與中國(guó)的未來(lái)》，極具前瞻性地闡述了“工業(yè)4.0”所描繪的全部核心內(nèi)容，且在其他非工業(yè)領(lǐng)域也有詳實(shí)且超前的指導(dǎo)性表述。目前，世界各國(guó)將智能化工業(yè)生產(chǎn)方式作為自身工業(yè)未來(lái)發(fā)展方向的大趨勢(shì)已經(jīng)形成。
中國(guó)版“工業(yè)4.0”
意義重大
“工業(yè)4.0”將促進(jìn)生產(chǎn)方式進(jìn)行深刻變革。旨在保證德國(guó)未來(lái)工業(yè)發(fā)展處于領(lǐng)先地位的“工業(yè)4.0”，歸根結(jié)底是一個(gè)通過(guò)頂層設(shè)計(jì)整合各種技術(shù)手段來(lái)完成工業(yè)效率最大化的前瞻性戰(zhàn)略。“工業(yè)4.0”將建立一個(gè)物與服務(wù)聯(lián)網(wǎng)(IoTS)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)充分交互的網(wǎng)絡(luò)化世界，可實(shí)時(shí)影響所有工業(yè)生產(chǎn)性設(shè)備，人與設(shè)備、設(shè)備之間、設(shè)備與產(chǎn)品、乃至產(chǎn)品與客戶/管理/物流等可進(jìn)行自發(fā)性連通與交流，并自動(dòng)向最優(yōu)解決方案調(diào)整，從而構(gòu)建一個(gè)具有高度靈活性、個(gè)性化、利用最少資源進(jìn)行最高效率生產(chǎn)的工業(yè)生產(chǎn)體系。
“工業(yè)4.0”的生產(chǎn)模式將由集中向分散方式轉(zhuǎn)變，產(chǎn)品同質(zhì)化向個(gè)性化轉(zhuǎn)變，將打破傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)優(yōu)化且自我組織的產(chǎn)業(yè)鏈，以往傳統(tǒng)的自上而下或自下而上的包括原材料開(kāi)采、多級(jí)零部件供應(yīng)商、多級(jí)生產(chǎn)企業(yè)、多級(jí)經(jīng)銷商再到消費(fèi)者的商品生產(chǎn)銷售模式將不復(fù)存在，取而代之的是更智能的生產(chǎn)消費(fèi)模式：消費(fèi)者的個(gè)性化需求訂單通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接傳遞至總生產(chǎn)商，通過(guò)人與設(shè)備、設(shè)備之間的交互在眾多相關(guān)企業(yè)間形成一個(gè)最優(yōu)生產(chǎn)分配方案，企業(yè)當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的生產(chǎn)負(fù)荷、設(shè)備損耗、庫(kù)存多寡、與總生產(chǎn)商的距離遠(yuǎn)近、物流情況等各種因素對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響均被充分考慮，在生產(chǎn)實(shí)施過(guò)程中，各地廠商的相關(guān)設(shè)備通過(guò)實(shí)時(shí)互通，自動(dòng)調(diào)整生產(chǎn)進(jìn)度并相互配合完成生產(chǎn)工作，而消費(fèi)者通過(guò)移動(dòng)客戶端就可便捷地對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)情況進(jìn)行追蹤乃至更改訂單內(nèi)容。“工業(yè)4.0”將使產(chǎn)品價(jià)格大幅接近生產(chǎn)成本，并使大規(guī)模智能化私人訂制成為可能。
“工業(yè)4.0”的實(shí)現(xiàn)將對(duì)我國(guó)工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響。在我國(guó)全面實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”，則需對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行智能化改造，使其具備通信、計(jì)算、感知等智能化基本功能，同時(shí)需要建立功能齊全的信息物理融合系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)生產(chǎn)及供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)需要大幅改造升級(jí)，諸多沿用多年占據(jù)主導(dǎo)地位的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)將面臨淘汰。與此同時(shí)一個(gè)包含新型工業(yè)PC、網(wǎng)絡(luò)化PLC、自動(dòng)化及通訊元器件、高精度傳感器、智能儀器儀表、工業(yè)機(jī)器人及智能生產(chǎn)線等相關(guān)整機(jī)和零部件的超萬(wàn)億市場(chǎng)將被創(chuàng)造出來(lái)，市場(chǎng)廣度將覆蓋機(jī)械與設(shè)備工程、機(jī)動(dòng)車與零部件、信息與通信技術(shù)、軟件設(shè)計(jì)、電子設(shè)備、化工行業(yè)、農(nóng)林業(yè)等諸多領(lǐng)域。
全面實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”將使工業(yè)生產(chǎn)效率大幅提高，相關(guān)工業(yè)數(shù)據(jù)大幅增長(zhǎng)。據(jù)賽迪顧問(wèn)裝備產(chǎn)業(yè)研究中心測(cè)算，“工業(yè)4.0”將使我國(guó)總體生產(chǎn)效率提升25%～30%;資源利用及節(jié)能減排方面，將減少60%以上的工廠非計(jì)劃停機(jī)，降低40%以上的生產(chǎn)線機(jī)器人能耗，消除25%以上的非生產(chǎn)性耗能，總碳排放量減少20%以上;物流方面，“工業(yè)4.0”將減少10%左右的國(guó)內(nèi)物流訂單，而其真正影響主要體現(xiàn)在國(guó)際運(yùn)輸市場(chǎng)上，由于各國(guó)智能工廠通力合作，將大幅減少工業(yè)產(chǎn)品、半成品、原材料的運(yùn)輸環(huán)節(jié);商品供需和倉(cāng)儲(chǔ)方面，“工業(yè)4.0”將減少70%以上的商品過(guò)剩和倉(cāng)儲(chǔ)積壓，在未來(lái)智能工廠內(nèi)不再需要大型倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施，庫(kù)存將被壓縮至保證當(dāng)前時(shí)點(diǎn)生產(chǎn)需要的最小值并可隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整;由于大批量制造與個(gè)性化定制在成本上的差異大幅縮小，將導(dǎo)致維修成本減少60%以上;“工業(yè)4.0”對(duì)其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)如大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、軟件業(yè)等的促進(jìn)作用不可估量。由于“工業(yè)4.0”的多產(chǎn)業(yè)綜合性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”還將為我國(guó)工業(yè)提供一個(gè)搶占先機(jī)實(shí)現(xiàn)跳躍式發(fā)展、加速趕超美國(guó)、德國(guó)、日本等傳統(tǒng)工業(yè)強(qiáng)國(guó)的機(jī)會(huì)。
“工業(yè)4.0”將改變生活方式，解決諸多社會(huì)問(wèn)題。“工業(yè)4.0”將為企業(yè)員工帶來(lái)工作方式和環(huán)境的全新變化，全新的智能自動(dòng)化生產(chǎn)工作方式使得工作不再被工廠等地理位置所限制，轉(zhuǎn)為虛擬的、地域靈活的遠(yuǎn)程方式開(kāi)展。員工將擁有高度的管理自主權(quán)，隨時(shí)調(diào)整并切換工作和生活狀態(tài)，推遲退休時(shí)間。由于新型工作方式將體力勞動(dòng)和上下班通勤基本淘汰，將大幅度提升老年人和婦女的就業(yè)比例，并大幅減少機(jī)動(dòng)車使用頻率，降低公共交通負(fù)荷，減少城市負(fù)擔(dān)。實(shí)現(xiàn)新的生產(chǎn)方式同時(shí)意味著我們需要另一種教育設(shè)置，當(dāng)前劃分專業(yè)的高等教育將不能為新型工業(yè)提供優(yōu)質(zhì)人才，而強(qiáng)調(diào)多學(xué)科合作的教育方式將結(jié)出累累碩果，未來(lái)任何一個(gè)合格工程師將同時(shí)具備機(jī)械、電子、軟件、過(guò)程管理及其專業(yè)的綜合性知識(shí)背景和跨專業(yè)問(wèn)題處理能力。因而“工業(yè)4.0”可大幅影響諸如城鎮(zhèn)化、社保及養(yǎng)老體系、環(huán)境污染、資源浪費(fèi)、教育設(shè)置等社會(huì)問(wèn)題，為以上問(wèn)題提供一種全新的解決方案。
由于“工業(yè)4.0”的智能化、自動(dòng)化和去體力勞動(dòng)等特點(diǎn)，以當(dāng)前時(shí)點(diǎn)粗略計(jì)算分析，其在我國(guó)全面實(shí)現(xiàn)后對(duì)GDP的提升作用達(dá)17400億元，釋放就業(yè)人口2.42億，以受過(guò)初等教育的成熟生產(chǎn)性勞動(dòng)力為主，其他中高級(jí)操作人員及研發(fā)管理人員的地位反而更為重要，他們將不再?gòu)氖卢F(xiàn)場(chǎng)體力勞動(dòng)且摒棄地點(diǎn)固定的工作方式，集中力量在創(chuàng)新和管理領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。“工業(yè)4.0”全面實(shí)現(xiàn)所釋放的勞動(dòng)力有多大比例能被迫轉(zhuǎn)型為技術(shù)人員進(jìn)而提升我國(guó)人才技術(shù)水平，有多大比例能轉(zhuǎn)投服務(wù)、建筑、農(nóng)林等行業(yè)乃至創(chuàng)業(yè)自謀出路，如此龐大人口基數(shù)所帶來(lái)的不確定性對(duì)我國(guó)就業(yè)率、GDP、行業(yè)調(diào)整、宏觀經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題的影響還需通過(guò)實(shí)踐來(lái)證明。
中國(guó)如何實(shí)現(xiàn)
“工業(yè)4.0”?
首先，需要加強(qiáng)國(guó)際交流，建立我國(guó)“工業(yè)4.0”基本框架。近日李克強(qiáng)總理訪問(wèn)德國(guó)，中德雙方于2014年10月10日發(fā)表《中德合作行動(dòng)綱要：共塑創(chuàng)新》，宣布兩國(guó)將開(kāi)展“工業(yè)4.0”合作。中國(guó)發(fā)展“工業(yè)4.0”需要加強(qiáng)與德國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)際交流，學(xué)習(xí)借鑒其頂層設(shè)計(jì)、實(shí)施步驟、制度保障等先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。加強(qiáng)與其他領(lǐng)先工業(yè)國(guó)在類似領(lǐng)域的交流合作，集百家之長(zhǎng)，形成適合我國(guó)國(guó)情的智能制造工業(yè)發(fā)展藍(lán)圖。著手構(gòu)建“工業(yè)4.0”基本框架，制定共同標(biāo)準(zhǔn)及授權(quán)范圍，建立綜合性工業(yè)通訊基礎(chǔ)設(shè)施，組織職業(yè)培訓(xùn)，設(shè)計(jì)多方監(jiān)管體系，考慮環(huán)境資源承載能力，最終形成可自我完善的我國(guó)“工業(yè)4.0”基本框架。
其次，鼓勵(lì)工業(yè)發(fā)達(dá)區(qū)域建立“工業(yè)4.0”實(shí)驗(yàn)試點(diǎn)。例如上海市以寶鋼為代表的部分傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)日前針對(duì)“工業(yè)4.0”進(jìn)行了信息化、周期化、智能互聯(lián)制造方式的嘗試，獲得了上海市經(jīng)信委的認(rèn)可與鼓勵(lì)，并表示上海決策部門(mén)需早做籌劃，鼓勵(lì)先行。“工業(yè)4.0”在全球新一代信息技術(shù)革命和新產(chǎn)業(yè)革命融合對(duì)接的背景下，將成為我國(guó)工業(yè)發(fā)展的歷史性機(jī)遇，建議政府決策部門(mén)在長(zhǎng)三角、珠三角、京津、東北等工業(yè)化和網(wǎng)絡(luò)化水平較高地區(qū)建立“工業(yè)4.0”試點(diǎn)，隨著智能化改造的推進(jìn)，逐步在打破試點(diǎn)各自邊界，建立試點(diǎn)間企業(yè)、客戶、服務(wù)互聯(lián)互通的信息物理融合系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，逐步擴(kuò)大影響范圍，為最終建立全國(guó)乃至全球性“工業(yè)4.0”提供管理和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
同時(shí)還需建立安全機(jī)制，保障“工業(yè)4.0”順利推進(jìn)。工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)系統(tǒng)出現(xiàn)的安全問(wèn)題不僅影響企業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)直接影響企業(yè)財(cái)產(chǎn)、環(huán)境污染、網(wǎng)絡(luò)安全等國(guó)計(jì)民生問(wèn)題。在逐步推行“工業(yè)4.0”之前，頂層設(shè)計(jì)方面需要重點(diǎn)考慮網(wǎng)絡(luò)安全及保障內(nèi)容，深入借鑒信息安全的攻防知識(shí)及產(chǎn)品體系，防止工廠企業(yè)與外界聯(lián)網(wǎng)后受到企業(yè)內(nèi)外惡意網(wǎng)絡(luò)攻擊、惡意軟件入侵，防止未經(jīng)授權(quán)使用生產(chǎn)設(shè)備獲取產(chǎn)品，防止使用權(quán)濫用，杜絕第三方運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的非法操作，制定保障網(wǎng)絡(luò)安全的對(duì)策及解決方案。
最終，促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，逐步實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”發(fā)展目標(biāo)。在我國(guó)“工業(yè)4.0”框架基本建立之后，需通過(guò)國(guó)家層面政策引導(dǎo)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。啟動(dòng)國(guó)家智能制造重大專項(xiàng)工程，引領(lǐng)智能測(cè)控裝置、關(guān)鍵零部件、智能化高端裝備、集成智能裝備等領(lǐng)域企業(yè)在同一標(biāo)準(zhǔn)化體系內(nèi)快速發(fā)展并形成完備的產(chǎn)業(yè)體系。聯(lián)合企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、政府、協(xié)會(huì)、客戶形成多方參與的產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合戰(zhàn)略體系，集中力量助推制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造自動(dòng)化后，依次推進(jìn)流程管理數(shù)字化、企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)化、智能制造云端化等內(nèi)容，促進(jìn)中國(guó)版“工業(yè)4.0”得以最終實(shí)現(xiàn)。
