德國工業(yè)4.0本質(zhì)

王喜文

工業(yè)4.0在德國被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命，是德國政府2011年11月公布的《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》中的一項戰(zhàn)略，旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，保持德國的國際競爭力。

2013年4月，德國機械及制造商協(xié)會、德國信息技術(shù)、通信與新媒體協(xié)會、德國電子電氣制造商協(xié)會合作設(shè)立了“工業(yè)4.0平臺”，并向德國政府提交了平臺工作組的最終報告——《保障德國制造業(yè)的未來——關(guān)于實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》。報告提出，德國向工業(yè)4.0轉(zhuǎn)變需要采取雙重策略，即德國要成為智能制造技術(shù)的主要供應(yīng)商和CPS（信息物理系統(tǒng)）技術(shù)及產(chǎn)品的領(lǐng)先市場。報告還展望了德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的發(fā)展前景。

工業(yè)4.0本質(zhì)是基于“信息物理系統(tǒng)”實現(xiàn)“智能工廠”

工業(yè)4.0，其實就是實現(xiàn)“智能工廠”。第一次工業(yè)革命始于18世紀(jì)后半期由蒸汽機實現(xiàn)工廠的機械化；第二次工業(yè)革命始于19世紀(jì)后半期用電力來實現(xiàn)大規(guī)模化批量生產(chǎn)；第三次工業(yè)革命始于20世紀(jì)后半期通過電氣和信息技術(shù)實現(xiàn)制造業(yè)的自動化。

工業(yè)4.0將在前三次工業(yè)革命的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)化，基于信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System）實現(xiàn)新的制造方式。信息物理系統(tǒng)是指通過傳感網(wǎng)緊密連接現(xiàn)實世界，將網(wǎng)絡(luò)空間的高級計算能力有效運用于現(xiàn)實世界中，從而在生產(chǎn)制造過程中，與設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)將通過傳感器采集并進(jìn)行分析，形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。

工業(yè)4.0核心是動態(tài)配置的生產(chǎn)方式

工業(yè)4.0報告中描述的動態(tài)配置的生產(chǎn)方式主要是指從事作業(yè)的機器人（工作站）能夠通過網(wǎng)絡(luò)實時訪問所有有關(guān)信息，并根據(jù)信息內(nèi)容，自主切換生產(chǎn)方式以及更換生產(chǎn)材料，從而調(diào)整成為最匹配模式的生產(chǎn)作業(yè)。動態(tài)配置的生產(chǎn)方式能夠?qū)崿F(xiàn)為每個客戶、每個產(chǎn)品進(jìn)行不同的設(shè)計、零部件構(gòu)成、產(chǎn)品訂單、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)制造、物流配送，杜絕整個鏈條中的浪費環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式不同，動態(tài)配置的生產(chǎn)方式在生產(chǎn)之前或者生產(chǎn)過程中，都能夠隨時變更最初的設(shè)計方案。

例如，目前的汽車生產(chǎn)主要是按照事先設(shè)計好的工藝流程進(jìn)行的生產(chǎn)線生產(chǎn)方式。盡管也存在一些混流生產(chǎn)方式，但是生產(chǎn)過程中，一定要在由眾多機械組成的生產(chǎn)線上進(jìn)行，所以不會實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計的多樣化。管理這些生產(chǎn)線的MES（制造執(zhí)行管理系統(tǒng)）原本應(yīng)該帶給生產(chǎn)線更多的靈活性，但是受到構(gòu)成生產(chǎn)線的眾多機械的硬件制約，無法發(fā)揮出更多的功能，作用極為有限。

同時，在不同生產(chǎn)線上操作的工人分布于各個車間，他們都不會掌握整個生產(chǎn)流程，所以也只能發(fā)揮出在某項固定工作上的作用。這樣一來，很難實時滿足客戶的需求。

工業(yè)4.0描繪的智能工廠中，固定的生產(chǎn)線概念消失了，采取了可以動態(tài)、有機地重新構(gòu)成的模塊化生產(chǎn)方式。

例如，生產(chǎn)模塊可以視為一個“信息物理系統(tǒng)”，正在進(jìn)行裝配的汽車能夠自律在生產(chǎn)模塊間穿梭，接受所需的裝配作業(yè)。其中，如果生產(chǎn)、零部件供給環(huán)節(jié)出現(xiàn)瓶頸，能夠及時調(diào)度其他車型的生產(chǎn)資源或者零部件，繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)。也就是為每個車型自律性選擇適合的生產(chǎn)模塊，進(jìn)行動態(tài)的裝配作業(yè)。在這種動態(tài)配置的生產(chǎn)方式下，可以發(fā)揮出MES原本的綜合管理功能，能夠動態(tài)管理設(shè)計、裝配、測試等整個生產(chǎn)流程，既保證了生產(chǎn)設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率，又可以使生產(chǎn)種類實現(xiàn)多樣化。

工業(yè)4.0首要目標(biāo)是工廠標(biāo)準(zhǔn)化

德國工業(yè)影響力的一個側(cè)面就是“標(biāo)準(zhǔn)化”。PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3（PLCopen）主要是來自德國企業(yè)；通信領(lǐng)域普及的CAN、Profibus以及EtherCAT也全都誕生于德國。

工業(yè)4.0工作組認(rèn)為，推行工業(yè)4.0需要在8個關(guān)鍵領(lǐng)域采取行動。其中第一個領(lǐng)域就是“標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)”。標(biāo)準(zhǔn)化工作主要圍繞智能工廠生態(tài)鏈上各個環(huán)節(jié)制定合作機制，確定哪些信息可被用來交換。為此，工業(yè)4.0將制定一攬子共同標(biāo)準(zhǔn)，使合作機制成為可能，并通過一系列標(biāo)準(zhǔn)（如成本、可用性和資源消耗）對生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化。

以往，我們聽到的大多是“產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化”，而德國工業(yè)4.0將推廣“工廠的標(biāo)準(zhǔn)化”，借助智能工廠的標(biāo)準(zhǔn)化將制造業(yè)生產(chǎn)模式推廣到國際市場，以標(biāo)準(zhǔn)化提高技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新的市場化效率，繼續(xù)保持德國工業(yè)的世界領(lǐng)先地位。

目前，工信部等部委也正在借鑒德國經(jīng)驗，編制《中國制造2025》，力求促使中國成為工業(yè)強國。筆者認(rèn)為，德國工業(yè)4.0受到了空前的重視，但是如何借鑒工業(yè)4.0尤其是工業(yè)4.0中的標(biāo)準(zhǔn)化問題，值得我們深入思考。endprint