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(xiàng)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(jìng)爭力。

2013年4月，德國機(jī)械及制造商協(xié)會(huì)、德國信息技術(shù)、通信與新媒體協(xié)會(huì)、德國電子電氣制造商協(xié)會(huì)合作設(shè)立了“工業(yè)4.0平臺(tái)”，并向德國政府提交了平臺(tái)工作組的最終報(bào)告——《保障德國制造業(yè)的未來——關(guān)于實(shí)施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》。報(bào)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(chǎng)。報(bào)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(shí)現(xiàn)“智能工廠”

工業(yè)4.0，其實(shí)就是實(shí)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(jī)實(shí)現(xiàn)工廠的機(jī)械化；第二次工業(yè)革命始于19世紀(jì)后半期用電力來實(shí)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(shí)現(xiàn)制造業(yè)的自動(dòng)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(shí)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(shí)世界，將網(wǎng)絡(luò)空間的高級(jí)計(jì)算能力有效運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)世界中，從而在生產(chǎn)制造過程中，與設(shè)計(jì)、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(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式

工業(yè)4.0報(bào)告中描述的動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式主要是指從事作業(yè)的機(jī)器人（工作站）能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式能夠?qū)崿F(xiàn)為每個(gè)客戶、每個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)、零部件構(gòu)成、產(chǎn)品訂單、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)制造、物流配送，杜絕整個(gè)鏈條中的浪費(fèi)環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式不同，動(dòng)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(shí)變更最初的設(shè)計(jì)方案。

例如，目前的汽車生產(chǎn)主要是按照事先設(shè)計(jì)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(jī)械組成的生產(chǎn)線上進(jìn)行，所以不會(huì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)，在不同生產(chǎn)線上操作的工人分布于各個(gè)車間，他們都不會(huì)掌握整個(gè)生產(chǎn)流程，所以也只能發(fā)揮出在某項(xiàng)固定工作上的作用。這樣一來，很難實(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)、有機(jī)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(gè)“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(shí)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(gè)車型自律性選擇適合的生產(chǎn)模塊，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的裝配作業(yè)。在這種動(dòng)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(dòng)態(tài)管理設(shè)計(jì)、裝配、測(cè)試等整個(gè)生產(chǎn)流程，既保證了生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，又可以使生產(chǎn)種類實(shí)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(gè)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(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域采取行動(dòng)。其中第一個(gè)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(gè)環(huán)節(jié)制定合作機(jī)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(jī)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(duì)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(chǎng)，以標(biāo)準(zhǔn)化提高技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新的市場(chǎng)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(yàn)，編制《中國制造2025》，力求促使中國成為工業(yè)強(qiáng)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