來(lái)源：《今日自動(dòng)化》，2013年4月

  “工業(yè)4.0”是2013漢諾威國際工業(yè)博覽會(huì )上的最大熱詞。這項由德國聯(lián)盟教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部聯(lián)手推動(dòng)的戰略性項目，被看作是提振德國制造業(yè)的有力催化劑，也被認為將是全球制造業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向。

  本篇文章來(lái)自于《今日自動(dòng)化》記者在2013漢諾威國際工業(yè)博覽會(huì )上獲取的一份資料，是關(guān)于工業(yè)4.0報告的概要部分。對于工業(yè)4.0的概念、特征進(jìn)行了一定闡述。

  國內對于工業(yè)4.0這一概念還鮮有報道，因此譯出，供對此感興趣的讀者參考。

  德國制造工業(yè)是世界上最具競爭力的制造工業(yè)之一，在全球制造裝備領(lǐng)域擁有領(lǐng)頭羊的地位。這在很大程度上源于德國專(zhuān)注于創(chuàng )新工業(yè)科技產(chǎn)品的科研和開(kāi)發(fā)，以及對復雜工業(yè)過(guò)程的管理。德國擁有強大的設備和車(chē)間制造工業(yè)，在世界信息技術(shù)領(lǐng)域擁有很高的能力水平，在嵌入式系統和自動(dòng)化工程方面也有很專(zhuān)業(yè)的技術(shù)，這些因素共同奠定了德國在制造工程工業(yè)上的領(lǐng)軍地位。在挖掘新型工業(yè)化的潛能方面，德國將獨一無(wú)二地開(kāi)啟一個(gè)新的工業(yè)時(shí)代：工業(yè)4.0。

  前三次工業(yè)革命的到來(lái)造就了機械、電氣和信息技術(shù)。如今，物聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)服務(wù)正宣告著(zhù)第四次工業(yè)革命——工業(yè)4.0的到來(lái)。在未來(lái)，廠(chǎng)商們將以“信息物理系統”（Cyber-Physical Systems：CPS）為框架建立包含其設備、倉儲系統和工業(yè)產(chǎn)品的全球性網(wǎng)絡(luò )。在制造業(yè)領(lǐng)域，CPS包含能夠獨立交換信息的小型智能機械、存儲系統和高效的產(chǎn)品設備，他們能夠獨立地完成運作和互相控制。隨著(zhù)CPS的設備基礎改進(jìn)到涉及制造、工程、材料使用和供應鏈以及生命周期管理的工業(yè)工序，智慧工廠(chǎng)似乎已經(jīng)開(kāi)始使用一種全新的途徑來(lái)生產(chǎn)產(chǎn)品了。智能產(chǎn)品的特征十分明顯，它們總是被投以關(guān)注的目光，我們都知曉它的發(fā)展歷程，也了解它的當前狀況，同時(shí)我們也了解它實(shí)現的方式。當指令經(jīng)過(guò)CPS系統時(shí)，縱向需要經(jīng)過(guò)工廠(chǎng)和公司的商業(yè)流程，橫向則連接了可以實(shí)時(shí)管理的衍生價(jià)值體系，這兩方面共同構建了嵌入式制造的系統網(wǎng)絡(luò )。此外，每一條指令都需要流經(jīng)過(guò)程鏈條中的每一個(gè)環(huán)節。

  工業(yè)4.0擁有巨大的潛力。智慧工廠(chǎng)讓用戶(hù)的個(gè)性定制化需求得以滿(mǎn)足，這就意味著(zhù)，即使是一次性的產(chǎn)品也可以通過(guò)頗具收益的方式制造出來(lái)。在工業(yè)4.0中，對供應商而言，動(dòng)態(tài)商業(yè)模式和工程流程使生產(chǎn)和交付變得更加靈活，而且對于生產(chǎn)中斷和故障可以靈活反應?，F在工業(yè)制造在制造流程中已經(jīng)能夠提供端到端的透明化，以促進(jìn)選擇決策的制定。工業(yè)4.0將會(huì )發(fā)掘出創(chuàng )造價(jià)值的新方法，開(kāi)發(fā)出商業(yè)新模型。特別需要說(shuō)明是，工業(yè)4.0還將給新興公司和小型投資者的發(fā)展帶來(lái)契機，下游的服務(wù)也將從中受益。

  此外，工業(yè)4.0將致力于解決當今世界遇到的一些挑戰，比如資源效率、城鎮化和人才結構調整等。工業(yè)4.0能夠持續帶來(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。同時(shí)能夠將人口結構變動(dòng)和社會(huì )因素考慮在內，并設定合適的方式來(lái)組織生產(chǎn)。智能輔助系統可以把工人從單調、程式化的工作中解放出來(lái)，使其能夠將精力集中在創(chuàng )新和增值業(yè)務(wù)上。在關(guān)于熟練工短缺的問(wèn)題上，工業(yè)4.0允許高齡的工人延長(cháng)他們的工作生涯，使他們能夠長(cháng)時(shí)間地保持生產(chǎn)力。靈活的工作組織形式使得工人們能夠更好地整合他們自己的工作，私人生活和持續的職業(yè)生涯發(fā)展將變得更有效率，可以說(shuō)，工業(yè)4.0為工作和生活找到了一個(gè)更好的平衡點(diǎn)。

   制造業(yè)工程領(lǐng)域的全球化競爭變得愈加激烈，德國并不是唯一一個(gè)在制造業(yè)部署物聯(lián)網(wǎng)和行業(yè)服務(wù)的國家。而且，并不是只有亞洲的很多競爭對手對德國造成了威脅，遠在大洋彼岸的美國也在通過(guò)程序提升“先進(jìn)制造業(yè)”來(lái)采取措施反對“限制工業(yè)化”。

   為了實(shí)現工業(yè)制造到工業(yè)4.0的轉變，德國需要實(shí)現一項雙重策略。不僅應該一如既往地把“信息和通訊科技”和“自身的傳統高科技策略”進(jìn)行整合，以努力成為智能制造科技的主要供應商，尋求穩固自身在全球市場(chǎng)的領(lǐng)導地位。同時(shí)，還應創(chuàng )造并服務(wù)于CPS科技和產(chǎn)品。

  為了達成這個(gè)雙重要求，以下幾個(gè)工業(yè)4.0的特征應該被執行：

⑴ 橫向集成需要通過(guò)價(jià)值網(wǎng)絡(luò )

⑵ 端到端的工程立體集成橫跨整個(gè)價(jià)值鏈

⑶ 垂直集成和網(wǎng)絡(luò )化的制造系統

   通向工業(yè)4.0之路將會(huì )要求德國在研發(fā)上投入巨大的精力，為了實(shí)現雙重策略，所進(jìn)行的研究首先必須實(shí)現“制造系統的水平和垂直集成”和“工程上端到端的集成”。此外，出于對工業(yè)4.0系統的要求和CPS科技持續發(fā)展的目的，在工作場(chǎng)所中新的社會(huì )基礎設施應該得到更多關(guān)注。

  如果工業(yè)4.0被成功實(shí)現，研發(fā)也需要與之適應的工業(yè)化政策的支持。為此，以下8個(gè)領(lǐng)域需要進(jìn)一步改進(jìn)：

標準化和參考架構

  工業(yè)4.0將會(huì )涉及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的設計并通過(guò)價(jià)值網(wǎng)絡(luò )集成幾家不同的公司。如果一攬子共同標準得以實(shí)現，這種合作伙伴關(guān)系將成為可能，而且需要一個(gè)參照架構來(lái)為這些標準提供描述并促進(jìn)標準的實(shí)現。

  復雜系統的管理

   制造系統正在日益變得復雜，適當的計劃、描述和說(shuō)明模型可以為這些復雜系統提供管理基礎。工程師們應該為了發(fā)展這些模型而進(jìn)行更多的方法創(chuàng )新和工具應用。

  一套綜合的工業(yè)基礎寬帶設施

   毋庸置疑，綜合并高質(zhì)量的通訊網(wǎng)絡(luò )是工業(yè)4.0的關(guān)鍵要求。無(wú)論是在德國國內，還是在德國與其他合作國家之間，寬帶網(wǎng)絡(luò )基礎設施也因此需要進(jìn)一步的、大規模的拓展。

  安全和安保

  安全和安保是智能制造系統成功的關(guān)鍵。保障設備和產(chǎn)品自身不會(huì )引起使用者的危險，也不會(huì )對環(huán)境造成污染十分重要。同時(shí)，設備和產(chǎn)品中包含的信息特別需要被保護，以防止這些信息被濫用或者在未被授權的情況下使用。這將對安全和安保的架構和特殊識別碼的集成調用產(chǎn)生更高的要求，同時(shí)相關(guān)的培訓和職業(yè)生涯的持續發(fā)展規劃也要得到加強。

  工作的組織和設計

  在智慧工廠(chǎng)里，雇員的角色將會(huì )發(fā)生引人注目的改變。越來(lái)越多的實(shí)時(shí)導向性控制將會(huì )讓工作內容、工作流程和工作環(huán)境發(fā)生轉變。針對組織工作的社會(huì )科技的實(shí)現將會(huì )給工人提供承擔重大責任和加強個(gè)人發(fā)展的機會(huì )。當上述內容成為現實(shí)，進(jìn)行合作的工作設計和職業(yè)生涯的學(xué)習途徑對于啟動(dòng)參照模型課題將變尤為必要。

  培訓和持續性的職業(yè)發(fā)展

  工業(yè)4.0將從根本上改變工人們的工作和職業(yè)訴求。實(shí)施適合的培訓策略并用培養學(xué)習的方式組織工作也因此而變得非常必要，可以借此實(shí)現“活到老學(xué)到老”和基于工作地點(diǎn)的廣泛的個(gè)人發(fā)展。為了達成這項目標，模型課題和“最好的實(shí)用網(wǎng)絡(luò )”應該被進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和提升，立體學(xué)習技術(shù)也應該投入研究。

  規章制度

  在工業(yè)4.0下建立新的制造流程和水平的商業(yè)網(wǎng)絡(luò )架構時(shí)必須遵守法律，而已存在的立法也同樣需要在必要時(shí)考慮創(chuàng )新對法律帶來(lái)的影響。面臨的挑戰包括合作信息的保護、責任議題、管理私人信息和貿易限制等。這將不僅對立法，也對其他代表商務(wù)行為的活動(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，其中的內容條款包括指導方針、標準合同和公司集體協(xié)議，或者如審計類(lèi)型的自律行為。

  資源效率

  除高花費以外，僅是制造工業(yè)在原材料和能源上的消費便已足夠引起一系列關(guān)于環(huán)境與安全的探討。工業(yè)4.0將會(huì )使得從原材料變?yōu)楫a(chǎn)品的過(guò)程更加多產(chǎn)和高效。企業(yè)將會(huì )權衡“投資在智慧工廠(chǎng)中的額外資源”與“帶來(lái)的潛在節約”之間的利弊，這對企業(yè)將非常必要。

  通向工業(yè)4.0的路將會(huì )是一段革命性的進(jìn)展?，F有的基礎科技和經(jīng)驗將不得不為了適應制造工業(yè)中的特殊設備而進(jìn)行改變和革新，而且對于新地域和新市場(chǎng)的創(chuàng )新解決方案將不得不重新探索。一旦這些革新被成功實(shí)現，工業(yè)4.0將會(huì )使德國在繼續保持國內制造工業(yè)發(fā)展的前提下再次提升它的全球競爭力。

   “工業(yè)4.0”的現實(shí)意義

  18世紀60年代，珍妮紡紗機的發(fā)明和應用奏響了工業(yè)革命的序曲。1968年，第一臺PLC誕生，以數控和PLC為代表的自動(dòng)化技術(shù)在接下來(lái)的40余年間取得了飛速的發(fā)展。若不是“工業(yè)4.0”概念的橫空出世，也許我們還不會(huì )切身地感受到一個(gè)新的工業(yè)時(shí)代正悄然到來(lái)。在剛剛結束的2013漢諾威國際工業(yè)博覽會(huì )上，最大的亮點(diǎn)莫過(guò)于此。本刊也在第一時(shí)間將展會(huì )上關(guān)于“工業(yè)4.0”的第一手資料進(jìn)行編譯，通過(guò)微博等網(wǎng)絡(luò )途徑進(jìn)行了首發(fā)，同時(shí)本期雜志的“變革與趨勢”欄目也對“工業(yè)4.0”這一國內鮮有報道的概念進(jìn)行了整理與解讀。

   有人說(shuō)，“工業(yè)4.0”的最大特征就是“實(shí)現智慧、綠色、城市化制造”，這在資源、效率等矛盾不斷凸顯與深化的新工業(yè)時(shí)期顯得更加突出。如何更好地挖掘新型工業(yè)化的潛能這一問(wèn)題不僅僅是歐美等工業(yè)發(fā)達強國需要思考的問(wèn)題，同樣也是迅速崛起的中國工業(yè)市場(chǎng)所必須面對的現實(shí)。

  正處于經(jīng)濟轉型期的中國制造業(yè)如今雖然握有城鎮化、工業(yè)化等長(cháng)期的發(fā)展良機，但是也在面臨著(zhù)諸多挑戰，如原材料與人工成本的逐年上升以及資源的制約。有專(zhuān)家指出，用戶(hù)的需求和工業(yè)的創(chuàng )新將引領(lǐng)制造業(yè)的升級，此外，IT、通信、自動(dòng)化技術(shù)將繼續推動(dòng)制造業(yè)的創(chuàng )新進(jìn)程。面對更加個(gè)性化、多品種、小批量、環(huán)保綠色、節能等市場(chǎng)需求，制造業(yè)勢必要通過(guò)更高的制造效率、更強的柔性、更低的生命周期成本來(lái)迎合市場(chǎng)的變化。

  在這樣的形勢下，曾經(jīng)彼此分離的工業(yè)工程、自動(dòng)化與IT技術(shù)正在相互融合，裝備全生命周期與企業(yè)價(jià)值鏈的結合程度更加緊密。中國科技自動(dòng)化聯(lián)盟曾在2012年首次定義了“智慧工廠(chǎng)1.0”的觀(guān)念，其中許多的觀(guān)點(diǎn)與“工業(yè)4.0”的諸多特征不謀而合，比如從機械剛性的慢節奏向電子軟件信息和互聯(lián)網(wǎng)的柔性快節奏轉變、從封閉自主和一體化向開(kāi)放協(xié)作和網(wǎng)絡(luò )化組織轉變等趨勢。

  因此，“工業(yè)4.0”的現實(shí)意義并不在于其概念本身，而是在于其帶來(lái)的技術(shù)與理念的變革。國內制造業(yè)從中汲取到的不僅僅是提升兩化融合、加速轉型升級的“養分”，更包含了強化管理、創(chuàng )造商機的“良方”。