德國工業4.0與我國國防科技工業信息化建設

□ 宋大曉 龍 舟

德國工業4.0與我國國防科技工業信息化建設

□ 宋大曉 龍 舟

德國在歐洲乃至全球都具有強大的工業基礎，不僅在機械和裝備制造業領域占據領導地位，在工業自動化、工業信息感知與處理、通信等領域也擁有較高技術水平。德國歷來重視制造業發展，制造業也是德國的支柱型產業，為何德國會產生如此危機感并著力推動工業4.0戰略的發展？

全球金融危機爆發以來，德國很多專家意識到，金融危機的根源在于近十年來歐美經濟的“去工業化”，導致了地產泡沫、產業結構空洞化等一系列問題，新的經濟增長必須依靠實體創新而非金融創新。德國本身具有在先進制造技術、自動控制技術、復雜制造體系管理等方面的領先優勢，著力發展制造業順理成章。

同時，作為傳統制造強國的德國對美國的競爭優勢逐漸減弱，以高質量著稱的德國制造面臨低成本高質量的美國制造的強力沖擊。對于投資者而言，美國是低成本制造的新全球標準，在勞動力價格、能源價格、以及物流與運輸成本都有著顯著的優勢。另一方面，信息技術作為第四次產業革命的核心推動因素，美國在這一領域具有無可撼動的壟斷地位。對于德國而言，能不能在新一輪技術變革中搶占先機找到工業發展方向并引領全球工業發展，是德國制造業乃至整個大工業能否與美國展開競爭的決定因素。

除了來自發達國家的競爭壓力，中國等發展中國家依靠自身勞動力和資源成本優勢，占領了中低端甚至部分高端領域制造業市場，這進一步限制了德國制造企業在國際市場的競爭。與此同時，德國受到低出生率、高人力及資源成本等內在因素的嚴重制約，在中低端制造領域缺乏天然競爭力。

在此情況下，為適應信息化時代去人工化、大規模定制生產、全球化資源配置等新發展趨勢，在未來制造業競爭中占據制高點，工業4.0戰略被作為德國國家戰略提出。

德國工業4.0的三大重點

工業4.0的基礎是信息-物理融合系統（Cyber physical system，CPS）。CPS是一個綜合計算、網絡和物理環境的多維復雜系統，采用3C（Computation、Communication、Control）技術的有機融合與深度協作，與物理環境進行感知和交互。工業4.0利用CPS技術把產品、機器、資源和人有機結合在一起，通過虛擬和現實的互聯，建立以智能工廠和智能制造為主題的新的生產模式。它的核心在于實現兩個轉化：一是生產制造從基于產品分析到基于數據分析的轉化，通過數據分析優化生產決策過程，提高產品資源配置效率；二是從單純產品型產銷到基于工業物聯網的服務型產銷的轉化，滿足個性化生產需求，通過開辟新服務提升產品的附加價值。

為實現從工業生產到工業4.0的轉變，戰略實施建議（以下簡稱“戰略”）敦促德國采用雙重策略：一方面，通過不斷整合信息和通訊技術將其融入傳統的高科技戰略使德國成為領先的智能制造技術供應商，以保持其在全球市場的領導地位；另一方面，著力于創建并推廣CPS技術及產品的新興市場，服務于新時代制造業智能化需求，占領技術和標準的雙重制高點。

基于上述考慮，戰略提出了工業4.0三大部署重點，分別是：實現價值網絡的橫向整合，建立跨公司的價值鏈和價值網絡，在CPS框架體系內解決不同商業策略、商業模式、企業結構下的跨企業協同；實現端到端跨越價值鏈的生產流程整合，建立跨越價值鏈的、從產品到生產制造的數字化流程，并部署能夠適應和完成跨越企業、跨越流程的端到端數字化集成任務的IT系統；實現網絡化制造系統的縱向整合，建立靈活高效、可重構的制造系統網絡，為保證縱向整合，需確保底層執行器及傳感器與ERP系統的跨層次集成，并適當采用模塊化、可重用策略確保制造網絡的自組織性以及可重構性。

另外，針對工業4.0具體實施細節，戰略還提出了八個關鍵建設領域：

標準化和參考架構。工業4.0將價值網絡中的不同公司進行整合，這種企業間協同合作只有在統一的共同標準框架下才能有效部署實施，并通過參考框架為這一標準提供詳細的技術說明，敦促實施。

復雜系統管理。日益復雜的產品和制造系統需要適當的規劃以及解釋性的模型作為系統管理的基礎，工程師需具備開發此類模型的方法和工具。

工業綜合寬帶基礎設施建設。全面、可靠、優質的通信網絡是智能化工業網絡的關鍵要素。因此，在德國國內及德國與各國間建設大規模、可擴展的寬帶互聯網基礎設施具有必要性。

安全性和保密性。安全性和保密性都是智能制造系統得以成功部署的關鍵，確保生產設施和產品本身對人或者環境不構成危險十分重要。同時，無論是生產設施還是產品，特別是數據和數據所包含的信息作為商業機密需要被保護，以防止不正確的使用和未經授權的訪問。這將需要開發部署一套應用于生產制造的安全體系結構和訪問規則，并在專業培養中增強有關安全的培訓內容。

生產組織和設計。在智能工廠中，員工的角色將發生變化顯著，越來越多的實時定向控制將改變人的工作內容、工作流程和工作環境。通過部署基于社會技術方法的生產組織形式，為工人提供更高程度的參與感并注重其個人職業發展，從而提高工人的生產積極性，將人力從枯燥的重復流程向基于模型的工程解放。

培訓和可持續職業發展。工業4.0將會從根本上改變工人的工作和能力的配置。采取適當的培訓戰略和工作組織方式來鼓勵終身學習和個人的綜合、全面發展。為了實現以上目標，需要部署開展數字化學習平臺、樣板工程和“最佳實踐”等一系列優化人力資源結構的系統及措施。

監管框架。工業4.0中產生的新的制造體系和價值網絡需要遵循相應的法律法規，現行法律也需要針對這些創新所產生的新挑戰進行調整。這些挑戰包括企業數據保護，企業責任問題，個人數據處理和貿易限制。這些問題不僅需要立法還需要其他企業層級的措施：包括規范、指南、協議及自律（如審計）。

資源效率。工業4.0通過提高資源利用率為企業和社會帶來隱性收益。這些隱形收益將幫助企業在對智能工廠進行投入以及由于節約資源所產生的新的利潤空間之間進行權衡。

我國制造業目前“大而不強”

歷經20年發展，盡管中國已成為世界制造工廠、全球制造業大國，卻仍處于“大而不強”的局面。

我國研發投入占GDP比重約為2%，與發達工業國家相比仍有較大差距，我國人均研發投入則更低，分別只占美國、德國、日本的22%、18%和36%。較低的研發投入一方面是由于我國市場長期形成的只注重短線利益的投資習慣和投機心理，另一方面則由于與發達國家相比，我國在立法方面缺乏對企業研發投入以及知識產品保護方面的強制性措施。

同時，現階段我國核心技術受制于人，制造業對外依存度高。高端裝備的迅猛發展與配套的基礎零部件、基礎工藝及基礎材料等“三基”產品供應不足的矛盾，已成為制約產業發展的瓶頸，是制造業由大變強的最大短板。

還要注意的是，我國制造業企業生產模式基本是粗放型生產，單位能耗是世界平均能耗的2.6倍，CO2排放總量正在超越歐美的總和，占世界總排放量的近三分之一，面臨嚴重的大氣污染問題和強大的國際國內輿論壓力。

我國的制造業的發展戰略

針對制造行業存在的突出問題，為應對全球信息化技術迅猛發展帶來的新工業變革和挑戰，我國針對未來十年的制造業發展制訂了《中國制造2025》規劃。此外，我國還針對信息化與工業化提出了兩化深度融合戰略，促進工業技術和信息技術相融合，務求以信息化帶動工業化、以工業化促進信息化。我國的《中國制造2025》、兩化深度融合與工業4.0的既有聯系又有區別。二者都強調將信息技術廣泛應用到整個產品的價值鏈和業務鏈，并將信息技術作為工業重要的支撐力量。前者傾向發展以產業集群為主導以政策和市場共同作用的信息化集成制造，后者強調以人為本、以標準為主導、以自由市場為配置手段的智能化企業協同制造。這是由于中德兩國國情以及制造業、信息技術發展現狀的差異性所決定的。

國防科技工業需認真學習智能制造的先進理念和先進技術，但由于發展基礎與需求不同，也不能照搬硬套，要結合發展現狀和需要，推進符合我國國防科技工業特色的兩化深度融合。工業4.0戰略對我們啟示有以下幾個方面。

在國家頂層開展標準化和體系框架研究。德國政府把標準化作為實現工業4.0最重要的一環，我們也需要在政府有關部門的主導下，發展既符合智能化工業體系建設需要又符合軍工特點和安全可控要求的信息化標準、協議、規范以及體系框架，掌握技術和標準的主動權。

要分類、分階段推進。一方面，要充分研究不同軍工行業及其產品的特性，分類推進；另一方面，要分階段推進，大部分單位仍應把“十三五”工作重點放在深化信息技術在研發設計、制造、服務保障等環節的應用，可選取一批基礎比較好的單位進行智能化制造示范。

提高軍工能力建設用軟硬件的自主可控水平。針對目前國防科技工業面臨的自主可控問題，國防科技工業不但要重視對武器裝備科研生產能力建設用軟硬件自主化的投資力度，更重要的是亟需出臺相關政策，一方面鼓勵自主知識產權產品采購，另一方面在政策層面主導自主產品研發。

加強人才隊伍建設。數字化武器裝備科研生產體系建設離不開人才的支持，需要加強對高端領軍人才的培養和引進，同時著力建設終身學習和持續職業發展計劃幫助產業工人應對工作和技能的新要求。

（作者單位：中國國際工程咨詢公司）