工業4.0 發展研究概述

張艷秀

（天津商業大學管理學院， 天津 300134）

1 工業4.0 的概念

工業4.0 是一個概念，代表工業企業采用數字化、云計算、物聯網和大數據等技術，以在國內和全球市場獲得競爭優勢。

數字轉型已經影響到商業模式、生產流程和公司治理。信息和通訊技術（ICT）等基礎設施以及在分析功能方面的改善已經引發了各級一連串的創新商業模式，企業組織以及公司掌握它們并從中提取價值的能力已經成為幾乎所有經濟部門競爭優勢的一個元素[1-3]。數字化在企業界的日益廣泛應用所提供的各種可能性正在改變公司的競爭地位、它們如何與員工和客戶進行互動以及它們如何在市場中定位自己。一些公司提供的產品和服務明顯超出了它們原來的商業模式，但這是可能的，因為這種模式已經適應了數字化[4]。然而，數字化轉型的發生是企業的信息系統資源、行業環境和公共政策這幾個要素結合的結果[5-7]。在數字化轉型的各個方面，決策者、學者和管理者都在關注：數字化應用于制造過程的可能性，也就是現在通常所說的工業4.0[8]。工業4.0 這個術語正在被廣泛用于描述數字化工廠的概念，全自動化的制造過程最終集成到一個供應鏈中，在這個供應鏈中，人類的干預被降到最低。即使工業和是一個比較新的概念（誕生于2011年），也有越來越多的學術研究涉及它。

2 工業4.0 的理論背景

工業4.0 這一概念是由德國工業和學術界在德國政府的支持下創立和發展起來的，其目的是構建和發展國家的工業競爭力，這些競爭力是由幾個工業部門的生產過程的數字化所推動的。它的名字來自于這樣一種認識：將網絡物理系統納入生產過程正在改變著整個生產和商業模式，標志著第四次工業革命的到來。因此，工業4.0 是一個沒有完全完成的結果。在這一基本原理下，第一次工業革命的標志是過程的機械化，第二次是基于勞動分工的電力大規模生產的引入，第三次是通過電子和計算機力量的結合實現某些過程的自動化，而第四次工業革命意味著在制造過程中，機器設備具備了和價值鏈上互聯的數字設備相互通信的能力。然而,超出原來的意義,術語“4.0”還體現了一個更廣泛的工業革命的概念, 即使所有的技術發展所允許的數字化生產流程還沒有準備廣泛使用，卻可以提前采用與它相關的技術。其他概念如“智能工廠”“工業物聯網”或簡單的“工業互聯網”也有類似的含義。然而，工業4.0的概念在更廣闊的工業環境中包含了縱向和橫向的集成，它涵蓋個性化生產、協作網絡的橫向集成和端到端數字集成這幾個主題，每個主題包含了關于生產和生產過程、供應鏈、協作網絡、工程和生產系統的幾個子主題。而且，工業4.0 具有互操作性、虛擬化、分散化、實時功能、面向服務和模塊化等技術要求。

此外，工業4.0 作為一種易于識別的表達方式，促進了公共政策和工業本身認知的交流，即較不成熟的中小型企業（SME）認識到正在發生的變化對其競爭格局的潛在影響，還促進了決策者、企業和學術界之間關于創新和現代化的交流，為大學、咨詢機構和公共機構提供了廣泛的分析領域。這些利益相關者的不同觀點也解釋了廣泛的學術研究的存在，這些學術研究涵蓋了具體方面的實施，如信息的處理或網絡物理系統的實施或預先確定的主題維度，如物流，使用具體的實際案例，收集行業專家的實踐經驗。

3 工業4.0 存在的可能性

工業4.0 優勢可以從兩方面來解釋，即數字化如何影響制造業企業創新的兩個基本要素：工業4.0基礎設施和大數據成熟度。第一個維度代表一種基礎設施，它超越了傳統的硬件和電纜概念，包含了信息、通信和連接技術，在數字范式下，這些技術正在改變公司制定其商業戰略的方式。第二個維度代表大數據成熟度，它對基礎設施生成信息的處理能力，提取數據并解釋在制造過程和供應鏈過程中產生的信息的能力具有很大的附加價值，因為它增加了預測能力并有助于錯誤管理。這兩個維度表明：有強有力證據的理論建設工業4.0 網絡和平臺的組合,可以維持生產和供應鏈流程處理這些設備產生的數據的能力,使流程更有效率。系統的互聯性、互操作性和虛擬化特性允許在過程中產生和存儲大量的粒狀數據，在大數據技術下將數據處理轉化為有價值的信息。因此，工業4.0 是基礎設施和處理基礎設施產生的信息的能力的組合：不能單獨考慮這些元素，因為正是它們融合的可能性產生了與流程數字化相關的所有優勢。很大一部分企業結合使用通信網絡平臺和機器連接，顯示了一個國家有高價值工業4.0 基礎設施的制造業。在一個特定的國家，大數據成熟度的高值表明其制造業部門存在分析能力。這兩個維度的高水平本身并不意味著一個國家存在工業4.0，但至少應該指出它存在的可能性。

4 工業4.0 技術的實施模式

工業4.0 已經被認為是一個新的工業階段，在這個階段，一些新興技術匯聚在一起，提供數字解決方案。然而，人們對公司如何實現這些技術缺乏了解。因此，了解制造業企業采用工業4.0 技術的模式非常重要。

工業4.0 技術可以根據其主要目標分為兩個不同的層次。在該概念框架的中心，為工業4.0 的“前端技術”，它考慮了基于新興技術的制造活動的轉型（智能制造）和產品提供的方式（智能產品），它還考慮了原材料和產品的交付方式（智能供應鏈）和基于新興技術支持的工人執行活動的新方式（智能工作）。將此技術層稱為“前端技術”，因為這四個“智能”維度涉及到操作和市場需求。因此，它們對企業價值鏈具有最終應用目的。值得注意的是，前端技術層的核心維度是智能制造，而其他維度與這個維度相互關聯。前端層依賴于另一層：“基礎技術”，它包括為前端技術提供連接和智能的技術。這最后一層使工業4.0 概念區別于以往的工業階段的概念。這是因為基礎技術允許將前端技術連接在一個完整的集成制造系統中。而且，基礎技術的實施對公司來說是一個挑戰，因為在樣本研究中大數據和分析仍然很少實施。

5 工業4.0 的應用實例

供應鏈作為工業4.0 的一個重要子主題，在制造業企業的發展過程中具有舉足輕重的作用，而工業4.0 的快速發展為供應鏈的發展提供了新的動力。在2020年新冠疫情的影響下，全球供應鏈遭受重創，但是在疫情發生之前已積極實施工業4.0 的企業將損失降到了最小。以中國某包裝消費品公司為例，由于提前在供應鏈上應用了數字孿生技術，該公司得以在疫情期間模擬各種預案，積極應對工廠突然關閉或原材料供應中斷等突發狀況；為了擴大產能，位于地球另一端的一家北美個人防疫物資制造商安裝了一條新產線，疫情期間，他們借助增強現實技術，以遠程輔助的方式成功實現了新產線的投產。同時，這次疫情也使許多企業意識到，薄弱的底層信息技術基礎框架已經不能保證企業應對突如其來的危機，而這種形勢下的長久發展更是一個巨大的挑戰。因此，在企業生產及運營環節等各個方面積極推進工業4.0，采用適合本企業的數字技術等高端技術勢在必行。

6 未來研究方向

此外，考慮工業4.0 技術對工業性能的影響，這可能是未來研究的一個非常有趣的問題。工業4.0的真正益處仍然是實踐者關注的問題，這樣的研究對理論和實踐都有一定的幫助。而且未來可以在研究這些技術如何影響企業層面的工業績效方面取得進展。