從全球制造業變革看工業4.0的提出

王健

從全球制造業變革看工業4.0的提出

王健

王健，中國科技自動化聯盟秘書長

當下工業領域很熱的理念，不管是工業4.0，還是工業互聯網，或是智慧工廠，其實都是為了迎合整個制造業（包括裝備制造業、終端產品制造業）終端消費者需求的變化而推出的。

消費者需求的變化有很多層面，最重要的一個變化就是在移動互聯網時代，需求快速變化，需要多品種、不僅是小批量而且是變批量的生產來滿足。同時消費者對環保、對可持續發展等方面的訴求不斷增強，這是整個制造業面臨的問題。

制造業為了迎合這種變化，需要考慮的要素除了傳統的成本、效率、質量之外，還需要加上資源效率、安全、可持續這三種。我們認為制造業在21世紀面臨一系列的挑戰，這種挑戰帶有全球性，包括快速反應問題，包括打破組織疆界問題，包括怎么應對互聯網和移動互聯網給我們制造業所帶來沖擊的問題，包括全球化分布式的現代組織模式問題，還有創新生命周期越來越短的問題。

工業4.0是德國的應對之策

德國人在談第四次產業革命，一個焦點問題就是所謂的CPS，有人叫信息物理系統，有人則叫網絡物理系統。他們希望用CPS來構建下一代智慧工廠。我們可以這樣理解，無論裝備還是核心部件，包括整個工廠，不僅有其物理屬性和機械屬性，還有信息屬性和網絡屬性。就像我們人一樣，我們每個人都有自己的社會身份，同時有一個網絡身份。那么CPS的作用，就是利用傳感器、數據、模型和算法把這些屬性統一在一起。

智慧工廠下面是網絡化的智能控制系統，以及嵌入式系統。與智慧工廠并列的是智慧交通、智慧物流、智慧社區、智慧電網等，它們共同構成智慧城市，再上面則是全球互聯網。德國人強調物聯網和服務網（服務互聯網），它們是智慧工廠的基礎。

工業4.0強調三個方向的集成。第一個集成是所謂的價值網絡集成，我們可以理解成裝備的集成，生產線的集成，車間的集成，價值網絡也包括人的網絡，包括研發網絡，這些人的網絡通過互聯網，跟實體網絡進行集成。所以我們說智慧工廠是人、設備、環境、數據的互動。

第二個集成是橫跨價值鏈的端到端集成，我們可以把它理解成產品生命周期的集成。

第三個方向的集成是信息縱向集成，信息可以從企業ERP系統一直向下，穿透整個工廠網絡延伸到裝備的某一個具體的I/O節點，反之亦然。

工業4.0有一些重要的特征，或者是一些重要的啟示。其中最重要的一條是，制造業將來大部分的創新來自于ICT（信息通信技術）技術的驅動，也就是說作為制造業的一員，如果你不擁抱ICT技術，你可能會跟制造業大部分的創新失之交臂。

德國剛剛產生了一個工業4.0的平臺，是由幾個大的協會組織共同組建的。這個平臺的重要使命就是制定工業4.0的規范和標準。德國的創新網絡、大企業、中小企業、科研機構圍繞工業4.0定義的眾多項目組合在一起開展科研和開發工作。這些項目當中有一個關鍵項目，英文叫CPPS（Cyber Physical Production System,信息物理制造系統）。

在今年4月的漢諾威工業展覽會上，德國的一些組織和創新網絡推出了展示工業4.0特征的流水線。這些流水線是網絡化的、模塊化的，而且是自組織的，能夠跟附帶了智能標簽的原材料和半成品、產成品進行信息互動。

那么德國的企業在做什么？西門子在談數字化工廠，說數字化工廠就是未來制造的代名詞，他們想當工業4.0的代言人。一些傳統上是做端子、傳感器、甚至做氣動元件的公司，現在也擁抱控制，擁抱IT，比如Festo說我們做的是未來工廠，每次展會都展示他們的創新設計。Bosch Rexroth則定義思考型工廠，所謂思考型的工廠，就是裝備人工智能的產品，跟裝備、生產線、以及操作人員彼此的互動。

工業4.0圖景，來源：“工業4.0：歐洲如何在新工業革命中取勝”，羅蘭·貝格，2014

工業互聯網是美國先進制造業的一個范例

美國人領導了第二次工業革命以及后來的互聯網革命，GE在2012年提出一個概念，它說如果把互聯網和工業結合在一起可以帶來第三次產業革命，GE叫做工業互聯網。它的核心是人和大數據，人在大數據的支持下，進行更加智慧的決策。

從這里我們可以看到，為什么要談智慧工廠，為什么不說智能裝備，或者智能制造？因為智能更多是用硬件、用軟件、用裝備可以實現的東西，但是智慧的判斷和智慧的決策只有人能夠做得出來。而人要做好的決策，需要充分的信息和數據的支撐。

工業互聯網要表達的，就是從智能裝備上升到智能系統，最后實現人的智慧決策。以航空裝備和風電聞名的GE提出大數據發動機、大數據風電場，Intel則提出大數據工廠的概念。

GE提出，如果所有的工業系統，能夠有1%的提升，這1%的提升也許是效率的提升，也許是成本的下降，那么未來十年會創造19萬億美元的產值，相當于美國一年的產值。

德國人組建工業4.0平臺是三大協會共同組織的，這里面有很多公司的參與，而圍繞工業互聯網，美國人也剛剛組建了聯盟。工業互聯網聯盟由五個全球領先的公司創立，這里面包括GE這樣的以制造業為主的公司，還有IT、互聯網公司如IBM、Cisco、Intel和AT&T。剛剛中國的華為也加入了這個聯盟。工業互聯網聯盟的宗旨就是要領導和協調美國整個工業界、學術界和政府關于工業互聯網的努力。他們的目標首先也是定義架構，定義標準，然后開發一些最佳實踐，同時要做一些案例的研究。

工業互聯網只是美國先進制造發展的一個案例或縮影，奧巴馬總統上任以來頒布了一系列促進先進制造業發展、振興美國制造業的法案，成立了十幾個制造業創新研究中心如增材制造中心，美國國防部、能源部、國家科學基金委等支持了一大批該領域內的項目實施。而且像Rockwell Automation這樣的自動化公司并沒有加入工業互聯網聯盟，而是參與了其他的一些創新計劃，并提出了不同的價值主張，但都離不開網絡、離不開網絡環境下的企業和人，比如Rockwell Automation的互聯企業。

德國工業 4.0和美國工業互聯網都從一個側面說明，歐美國家在發展先進制造方面可謂不遺余力，它們的核心目標都是鞏固和確保各自在全球的領先地位，它們都強調ICT技術和制造業的結合，都強調標準的作用，強調人的作用，甚至在構建產業聯盟等做法上也是類似的。德國基于其極為出色的裝備制造業基礎和發達的信息化基礎，更加重視發展智能裝備和智能生產過程，和美國人的觀點相比偏中觀和微觀。美國則更加依賴其在ICT技術方面無與倫比的實力和創新力，更希望借助網絡和數據的力量提升整個工業的價值創造能力，相對而言更加偏宏觀。

[責任編輯：李 輝]

進行數字建模和可視化，并可以把裝備的實時制造數據同步抓取到MES系統里面呈現到電子看板上，做得非常專業，正在針對煙草和汽車行業進行推廣。在企業信息化層面，聯盟成員中科院計算所順德分所開發了智慧工廠信息化平臺，成立了PLCOpen培訓中心，為順德一批大中型裝備企業開發自動化和信息化集成解決方案，并正在籌建國內第一個以智慧工廠和智能裝備為主題的國際創新服務園。總之，聯盟成員企業都在積極調整優化自己的技術和產品組合，積極探索實踐智慧工廠理念，有些已經很有成效。

下一步行動

我們希望通過智慧工廠的實踐，有四個層面的輸出。第一個是針對具體企業做頂層設計，就是企業轉型升級做智慧工廠，它現在的基礎是怎樣的，它的1.0目標是什么，實現的路徑是什么？第二個是要跟某些行業領先客戶，不一定是大企業，共建示范樣本。第三個我們要跟這些企業客戶聯合研發一些標準、規范還有行動指南。第四個層面是圍繞智慧工廠創造一個價值鏈，我們要培養一批智慧工廠領域的標準化和技術專家，培養若干家咨詢服務、工程實施、系統集成、審計評價公司，形成若干個智慧工廠示范區，實實在在幫助企業來打造智慧工廠，幫助他們創造價值，從而開創一個全新的市場。

下一步我們將組織智慧工廠1.0的開源運動，將聯盟定義的智慧工廠1.0開放給全行業的專家、各領域的企業、以及全社會。我們將借鑒移動互聯網時代開放平等、眾包眾籌的思維，構建創新性的智慧工廠虛擬組織，探索成立管理委員會MC，戰略決策委員會SC、技術委員會TC和一批工作組WG，希望大家圍繞智慧工廠共同進言進策，逐步豐富和完善中國智慧工廠1.0的體系，并激發更多的實踐。這將是中國工業界第一個規模化的民間集智運動。我們期望能夠在這樣一個機制下，集成官產學研用、大中小企業、體制內外的各方智慧，讓智慧工廠在中國生根發芽，成為中國制造業兩化融合、工業轉型升級的卓越實踐。

[責任編輯：李 輝]