【編者按】中國(guó)制造應(yīng)如何抓住機(jī)遇邁向“工業(yè)4.0”丹诀？

定制化時(shí)代已至,中國(guó)工業(yè)4.0之路勢(shì)在必行:在追求“定制化”、“個(gè)性化”產(chǎn)品的時(shí)代下,工業(yè)4.0應(yīng)運(yùn)而生。人口紅利不再,勞動(dòng)力成本上升掣肘我國(guó)制造業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,因此推進(jìn)智能制造隶鹰、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型,發(fā)展工業(yè)4.0成為我國(guó)的不二選擇。

產(chǎn)業(yè)鏈要素具備,工業(yè)4.0騰飛在望:中國(guó)在工業(yè)4.0產(chǎn)業(yè)鏈上布局完善螺句。企業(yè)管理層:工業(yè)大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)制造業(yè)信息化,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化明未、運(yùn)維完善、恢復(fù)系統(tǒng)和自主學(xué)習(xí);企業(yè)運(yùn)營(yíng)層:“工業(yè)軟件”+“工業(yè)以太網(wǎng)”讓工廠實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)轉(zhuǎn)、互聯(lián);執(zhí)行層作為工業(yè)4.0的手和眼睛,其中傳感器幫助感知物理世界,工業(yè)機(jī)器人和3D打印分別實(shí)現(xiàn)代替人工和定制生產(chǎn)趟妥。

工業(yè)大數(shù)據(jù)是工業(yè)4.0核心驅(qū)動(dòng)力:工業(yè)大數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化猫态、運(yùn)維完善、有效恢復(fù)系統(tǒng)和自主學(xué)習(xí)披摄。以每年提高1%生產(chǎn)效率來(lái)測(cè)算,未來(lái)20年,它將為全球GDP增加10萬(wàn)億-15萬(wàn)億美元亲雪。艾瑞咨詢預(yù)測(cè)2018年工業(yè)大數(shù)據(jù)整體規(guī)模將達(dá)到247億元,年均增長(zhǎng)率約19.5%。

工業(yè)軟件,工業(yè)4.0的決策中心:2014年全球企業(yè)級(jí)軟件市場(chǎng)規(guī)模為3175億美元,同比增長(zhǎng)5.5%,其中國(guó)產(chǎn)軟件企業(yè)有一定市場(chǎng)份額,但與國(guó)外領(lǐng)先軟件企業(yè)差距較大,目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)排名前五位的國(guó)內(nèi)廠商96%的銷售在國(guó)內(nèi)市場(chǎng),全球份額不足0.3%,自主創(chuàng)新亟待加強(qiáng)疚膊。

“工業(yè)以太網(wǎng)”實(shí)現(xiàn)智慧互聯(lián):“工業(yè)以太網(wǎng)”作為工業(yè)4.0的基礎(chǔ)器件,實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備在工業(yè)條件下穩(wěn)定可靠的信息交流义辕。HMS統(tǒng)計(jì),“工業(yè)以太網(wǎng)”占據(jù)全球工業(yè)通信市場(chǎng)34%的市場(chǎng)份額,并以每年17%的速度增長(zhǎng),逐步成為控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向。作為核心設(shè)備的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)2015年銷售額達(dá)到16.07億美元,預(yù)計(jì)2016~2018年將保持8.6%的復(fù)合增長(zhǎng)率寓盗。

工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)方興未艾:2015年,我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到6.7萬(wàn)臺(tái),居全球第一,而機(jī)器人密度僅30,遠(yuǎn)低于世界平均水平62,工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)存在巨大增量空間」嘧現(xiàn)階段工業(yè)機(jī)器人的核心零部件主要依賴進(jìn)口,導(dǎo)致國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)成本壓力大,上游零部件國(guó)產(chǎn)化亟待突破。

傳感器是工業(yè)4.0實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和前提:2015年全球傳感器市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)1500億美元,未來(lái)5年將保持10%~20%的復(fù)合增長(zhǎng)速度傀蚌。其中RFID和機(jī)器視覺(jué)作為非接觸式晌叽、高精度的識(shí)別技術(shù),已成為工業(yè)4.0的標(biāo)配。

對(duì)標(biāo)德國(guó)和美國(guó),看中國(guó)工業(yè)4.0發(fā)展路徑:美國(guó)和德國(guó)實(shí)施路徑和邏輯相反,但是目標(biāo)一致互聪。美國(guó)是以GE囊砰、IBM這些公司為支持,側(cè)重于從軟件出發(fā)打通硬件;德國(guó)是以西門子、庫(kù)卡突棉、SAP這些公司為主導(dǎo),希望可以從硬件打通到軟件,兩者的目標(biāo)均是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)的融合为惧。中國(guó)制造業(yè)目前的狀況發(fā)展不平衡,因此要走軟硬兼重、工業(yè)2.0绒怯、3.0和4.0并行發(fā)展道路搬即。

“工業(yè)4.0”背景

據(jù)了解，“工業(yè)4.0” 研究項(xiàng)目由德國(guó)聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)手資助笑院，在德國(guó)工程院贿桃、弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)、西門子公司等德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動(dòng)下形成兵扭，并已上升為國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略哑立，德國(guó)聯(lián)邦政府為此投入達(dá)2億歐元∑“很顯然杰捂，德國(guó)非常重視此次智能化工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略。

根據(jù)最新調(diào)查研究報(bào)告顯示棋蚌，自2013年4月在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式推出以來(lái)嫁佳，工業(yè)4.0迅速成為德國(guó)的另一個(gè)標(biāo)簽，并在全球范圍內(nèi)引發(fā)了新一輪的工業(yè)轉(zhuǎn)型競(jìng)賽谷暮。

嚴(yán)格意義的講蒿往，工業(yè)四代(Industry4.0)是指利用物聯(lián)信息系統(tǒng)(Cyber—PhysicalSystem簡(jiǎn)稱CPS)將生產(chǎn)中的供應(yīng)盛垦，制造，銷售信息數(shù)據(jù)化瓤漏、智慧化腾夯，最后達(dá)到快速，有效蔬充，個(gè)人化的產(chǎn)品供應(yīng)蝶俱。

當(dāng)前，我國(guó)大力發(fā)展智能機(jī)器人饥漫，正在向工業(yè)4.0過(guò)渡發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期榨呆。傳統(tǒng)企業(yè)遭遇的用工荒、低端低效率的流水線將會(huì)被新一輪的智能制造設(shè)備所替代拍斜。

當(dāng)前行删，我國(guó)高端傳感器、智能儀器儀表惹炕、高檔數(shù)控系統(tǒng)偶嘁、工業(yè)應(yīng)用軟件等市場(chǎng)份額不到5%∈僖粒“針對(duì)這樣一個(gè)現(xiàn)狀撩怀，我國(guó)大力提倡人工智能告锅，并把人工智能列入發(fā)展規(guī)劃的提綱中揽此。

工業(yè)4.0把制造變成了物流

2008年全球金融危機(jī)后，由于產(chǎn)能增加但全球消費(fèi)市場(chǎng)有限守迫，各國(guó)為了保持國(guó)家的長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力艘赂，紛紛出臺(tái)各種引領(lǐng)制造業(yè)升級(jí)的國(guó)家戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)政策。

美國(guó)先后提出了《重振美國(guó)制造業(yè)政策框架》公悟、《美國(guó)先進(jìn)制造業(yè)的領(lǐng)先地位計(jì)劃》和《先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》等政策听誓，利用機(jī)器人、自動(dòng)化和3D打印等新興產(chǎn)業(yè)構(gòu)成美國(guó)的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略列林，這也是美國(guó)建國(guó)后的第五個(gè)國(guó)家戰(zhàn)略瑞你，其重要性可見(jiàn)一斑。

德國(guó)則針對(duì)美國(guó)和中國(guó)制造業(yè)的步步緊逼希痴，提出了《高新技術(shù)戰(zhàn)略2020》和《把握德國(guó)制造業(yè)的未來(lái)：實(shí)施工業(yè)4.0的建議》者甲，認(rèn)為將物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)引入制造業(yè)的趨勢(shì)將迎來(lái)第四次工業(yè)革命，明確把工業(yè)4.0定位為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略砌创，通過(guò)西門子虏缸、寶馬等大公司形成標(biāo)準(zhǔn)而推廣到國(guó)內(nèi)為數(shù)眾多的中小企業(yè)，以提高德國(guó)在生產(chǎn)和研發(fā)上的國(guó)際優(yōu)勢(shì)嫩实。

當(dāng)然日本刽辙、韓國(guó)窥岩、英國(guó)、印度等國(guó)也紛紛根據(jù)自身情況提出了相應(yīng)的先進(jìn)制造發(fā)展戰(zhàn)略宰缤。

中國(guó)在2013年短暫地成為全球第一制造大國(guó)颂翼，后迅速被美國(guó)的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略沖擊而在2014年讓出了這一位置。在實(shí)體經(jīng)濟(jì)遭遇下滑慨灭、制造企業(yè)大量倒閉的情況下疚鲤，中國(guó)政府也開始在制造業(yè)產(chǎn)業(yè)政策上發(fā)力，于2015年推出了“中國(guó)制造2025”挡医，計(jì)劃通過(guò)三步走溢扳，推進(jìn)信息化與工業(yè)化的融合，以實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國(guó)行列的遠(yuǎn)期目標(biāo)训癌。

《中國(guó)制造2025》發(fā)布之后祠乔，許多人將之解讀為中國(guó)版的工業(yè)4.0，一方面是由于德國(guó)政府主動(dòng)邀請(qǐng)中國(guó)加入工業(yè)4.0體系娶匠，另一方面則是因?yàn)閮蓢?guó)在制造業(yè)的數(shù)字化橱序、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向上有許多重合之處。

工業(yè)4.0隨之在中國(guó)升溫炭答，但基本上還是定位在智能生產(chǎn)疫橘、智能工廠、智能物流和智能服務(wù)四個(gè)領(lǐng)域的縱向集成匾颁、橫向集成和端到端集成等制造領(lǐng)域上癌玩。

幾年來(lái)，從西門子帮观、博世污益、寶馬、空客到弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)斯圖加特研究所先口、德國(guó)工業(yè)科學(xué)聯(lián)盟型奥，筆者多次到德國(guó)工業(yè)4.0的發(fā)起企業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)制定部門參觀訪問(wèn)，從中發(fā)現(xiàn)碉京，工業(yè)4.0中真正行之有效的革命并不是表現(xiàn)在制造環(huán)節(jié)的提升上厢汹，而在于全制造過(guò)程中各個(gè)物流環(huán)節(jié)的創(chuàng)新。

工業(yè)4.0是以賽博物理系統(tǒng)(Cyber-PhysicalSystem谐宙，CPS)來(lái)打通整個(gè)制造的數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)烫葬，通過(guò)完善供應(yīng)鏈條的待加工件(包括產(chǎn)品、零部件及原材料)卧惜，實(shí)現(xiàn)與設(shè)備厘灼、相關(guān)人的實(shí)時(shí)互聯(lián)。其在改型改性的加工或包裝的技術(shù)咽瓷、設(shè)備和工藝上并未有創(chuàng)新或本質(zhì)的改變设凹，生產(chǎn)管理中的生產(chǎn)計(jì)劃舰讹、實(shí)時(shí)調(diào)度、質(zhì)量控制闪朱、設(shè)備運(yùn)維和故障診斷也未因賽博物理系統(tǒng)CPS而有節(jié)點(diǎn)上的創(chuàng)新突破螟衍。因而，工業(yè)4.0并不比其他的生產(chǎn)管理模式(如福特的反U型生產(chǎn)線冕泡、大野耐一的JIT佩捎、沃馬克的精益生產(chǎn))更為有效，也不一定比企業(yè)資源規(guī)劃ERP刑评、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES哑辐、并行工程、虛擬制造等軟硬件系統(tǒng)在制造環(huán)節(jié)的效率提升上更為創(chuàng)新且恼。

但是妹髓，工業(yè)4.0卻在全供應(yīng)鏈的各個(gè)物流環(huán)節(jié)上取得了突飛猛進(jìn)的效率提升。其利用賽博物理系統(tǒng)CPS為核心捉寻，將原材料姜筋、零部件或最終產(chǎn)品賦予關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)屬性，通過(guò)自組織的智能規(guī)劃硼洁，主動(dòng)尋找同樣賦予關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)屬性的移動(dòng)載體伯板、分揀設(shè)備、加工設(shè)備等加工或包裝載體欢策、各環(huán)節(jié)的管理人員吆寨、操作人員或機(jī)器人，并可以通過(guò)自組織的協(xié)同猬腰、協(xié)調(diào)能力鸟废，有效準(zhǔn)時(shí)地完成需要的處理任務(wù)猜敢。簡(jiǎn)單地說(shuō)姑荷，就是零部件可以自己找車、找設(shè)備缩擂、找工人進(jìn)行符合最優(yōu)規(guī)劃的加工鼠冕，或者原材料、產(chǎn)品可以自己找車胯盯、找?guī)煨阜选⒄胰诉M(jìn)行符合最優(yōu)規(guī)劃的采購(gòu)、庫(kù)存博脑、包裝和交付憎乙。

賽博物理系統(tǒng)CPS是工業(yè)4.0的核心，它包含了計(jì)算叉趣、網(wǎng)絡(luò)和物理實(shí)體泞边，通過(guò)計(jì)算颖喧、通訊和控制技術(shù)的協(xié)同和融合，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互和物理進(jìn)程交互顾惹。

事實(shí)上铅坚，由于賽博物理系統(tǒng)CPS的存在，可以使得建立全產(chǎn)業(yè)鏈的供應(yīng)鏈管理仿真模型厉亥，利用物聯(lián)網(wǎng)將產(chǎn)品兰斑、AGV、叉車藏趁、貨架修暑、托盤、周轉(zhuǎn)箱谎雷、加工設(shè)備棋蒂、機(jī)器人、由人機(jī)交互設(shè)備輔助控制的操作人員和管理人員直接接入賽博物理系統(tǒng)CPS婚乌，通過(guò)完整供應(yīng)鏈供應(yīng)任務(wù)或終端市場(chǎng)真實(shí)而個(gè)性化的需求拗疯，綜合優(yōu)化供應(yīng)鏈資源，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的資源重組中姜，形成自組織協(xié)同能力消玄，完成最有效的物流保障任務(wù)。

因此丢胚，在工業(yè)4.0運(yùn)行環(huán)境中翩瓜，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)携龟、加工設(shè)備兔跌、加工技術(shù)、加工工藝峡蟋、生產(chǎn)線以及生產(chǎn)管理中的排產(chǎn)坟桅、調(diào)度、質(zhì)量控制和設(shè)備運(yùn)維并不需要改變蕊蝗，需要改變的是每一個(gè)智能化的保障系統(tǒng)或保障單元仅乓，如待加工件、AGV小車蓬戚、貨架及周轉(zhuǎn)箱夸楣、分揀系統(tǒng)、機(jī)器人等如麦，這些保障系統(tǒng)和保障單元通過(guò)主動(dòng)協(xié)同賽博物理系統(tǒng)的其他相關(guān)單元忱确，使得物流作業(yè)網(wǎng)絡(luò)更加高效、準(zhǔn)時(shí)和低成本聂挚，以完成供應(yīng)鏈的系統(tǒng)優(yōu)化唐耿。

在工業(yè)4.0中缓墅，人是極其重要的組成單元。一方面是因?yàn)槿吮旧砭途哂凶越M織的主動(dòng)協(xié)調(diào)和協(xié)同作業(yè)能力窘螃，另一方面則是可以通過(guò)人機(jī)交互接口實(shí)現(xiàn)對(duì)人操作的輔助支撐功能挑单，讓人發(fā)揮出更大的主動(dòng)能力。

中國(guó)制造業(yè)企業(yè)的信息化基礎(chǔ)還很差册向，但是互聯(lián)網(wǎng)唾莲、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)瘸卦、供應(yīng)鏈商業(yè)渠道優(yōu)化的基礎(chǔ)卻位居全球前列瘩此，完全有條件先在制造過(guò)程的物流保障體系、供應(yīng)鏈系統(tǒng)優(yōu)化方面實(shí)現(xiàn)信息化與工業(yè)化融合柳锣，提高制造過(guò)程的效率愧理，從而形成制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。(作者系清華大學(xué)工程管理碩士教育中心執(zhí)行主任折柠，博士生導(dǎo)師)

工業(yè)4.0時(shí)代如何撰寫中國(guó)名片

E·J·霍布斯鮑恩(Hobsbawm)在《革命的時(shí)代》中寫道宾娜，產(chǎn)業(yè)革命是既無(wú)開頭也無(wú)結(jié)尾的樂(lè)章，它仍在奏響扇售。事實(shí)也正如這句話所描述的一樣前塔，在社會(huì)不斷進(jìn)步的齒輪下，前三次工業(yè)革命的歷史光環(huán)逐漸被第四次工業(yè)革命所取代承冰，工業(yè)4.0時(shí)代正在逐漸拉開帷幕华弓，這對(duì)于中國(guó)的制造業(yè)是巨大的挑戰(zhàn)，同時(shí)也意味著前所未有的契機(jī)困乒。

在上一輪的國(guó)際分工中寂屏，中國(guó)被分到了產(chǎn)業(yè)鏈的最低端，兢兢業(yè)業(yè)娜搂，一干就是40年迁霎，并且憑借著強(qiáng)大的人力成本優(yōu)勢(shì)，成為了“世界工廠”涌攻，“中國(guó)制造”也一度成為了中國(guó)最響亮的名片欧引。

然而，隨著第四次工業(yè)革命的不斷深入鹊尤，傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型企業(yè)面臨著人力成本不斷上升、技術(shù)升級(jí)成本巨大等陣痛农泊，同時(shí)衣剂，印度等第三世界國(guó)家制造業(yè)的興起也對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)形成了挑戰(zhàn)。在這種挑戰(zhàn)下碰蚂，不少企業(yè)受到了巨大沖擊甚至倒閉惊派，其中不乏勝華科技這樣知名的企業(yè)誓胆。

數(shù)據(jù)顯示，2015年我國(guó)智能制造產(chǎn)值在1萬(wàn)億元左右送服，2020年有望超3萬(wàn)億元庸飘，年復(fù)合增長(zhǎng)率約20%。智能化將在第四次工業(yè)革命中成為中國(guó)制造業(yè)發(fā)展的最終目標(biāo)炼杉，也將成為中國(guó)從“制造大國(guó)”發(fā)展為“制造強(qiáng)國(guó)”的契機(jī)瞒帜。

鑒于此，在工信部的支持和指導(dǎo)下踢漏，一些知名的中國(guó)企業(yè)從去年開始加大產(chǎn)業(yè)智能化的腳步征绸。其中，以海爾和新日的產(chǎn)品智能化升級(jí)效果最為顯著俄占，而這兩家企業(yè)也為其他企業(yè)提供了產(chǎn)品智能升級(jí)的兩個(gè)思路管怠。

海爾從去年開始致力于對(duì)于家電智能生態(tài)圈的建立，希望形成完整產(chǎn)品鏈缸榄。而新日電動(dòng)車作為傳統(tǒng)制造業(yè)則將重心更多放在了智能系統(tǒng)和單品的研發(fā)渤弛，比如最新上市的智能車款——新日獵鷹，憑借著一鍵啟動(dòng)甚带、智能防盜暮芭、智能影音等讓人耳目一新的功能取得了驚人的銷量。

李克強(qiáng)總理曾盛贊中國(guó)高鐵是國(guó)家的“黃金名片”欲低，而工業(yè)4.0時(shí)代辕宏，制造業(yè)如何撰寫好“中國(guó)名片”，這仍然是一個(gè)值得不斷探索的問(wèn)題砾莱。

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