一、引言

　　保障德國制造業(yè)的未來

　　德國的制造業(yè)是世界上最具競爭力的產(chǎn)業(yè)部門之一。這歸功于德國制造業(yè)能夠管理復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程,不同任務(wù)由位于不同地點的合作伙伴完成。近二三十年來,德國制造業(yè)已成功地利用信息通信技術(shù)(ICT)實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的管理——如今,大約90%的工業(yè)生產(chǎn)過程已應(yīng)用ICT技術(shù)。在過去三十年甚至更早以前,IT革命使我們生活和工作的世界發(fā)生了徹底改變,其影響力可媲美分別成就前兩次工業(yè)革命的機械和電力。 

　　隨著個人電腦向智能設(shè)備演變,一種新的趨勢開始顯現(xiàn):越來越多的IT基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)通過智能網(wǎng)絡(luò)(云計算)來提供。伴隨微型化和互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展,這一趨勢宣告了人們期盼的普適計算已成為現(xiàn)實。 

　　通過無線,越來越多功能強大的、自主的微型電腦(嵌入式系統(tǒng))實現(xiàn)了與其他微型電腦和互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)。這意味著物理世界和虛擬世界(網(wǎng)絡(luò)空間)以信息-物理系統(tǒng)(CPS)的形式實現(xiàn)了融合。 

　　新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6于2012年推出后,目前已經(jīng)有足夠多的IP地址可供智能設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)直接聯(lián)網(wǎng)。于是,網(wǎng)絡(luò)資源、信息、物體和人之間能實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)。這也將擴展至工業(yè)領(lǐng)域:在制造業(yè)中,這種技術(shù)演化可以描述為“第四階段的工業(yè)化”或“工業(yè)4.0”。 

　　圖1 工業(yè)革命的四個階段 

　　18世紀工業(yè)化的進程,始于機械制造設(shè)備的出現(xiàn)。那時候,紡織機一類的機器大大改變了生產(chǎn)產(chǎn)品的方式。第一次工業(yè)革命之后,在勞動分工的基礎(chǔ)上,20世紀的第二次工業(yè)革命實現(xiàn)了電力驅(qū)動的規(guī)模化生產(chǎn)。之后,便是從20世紀70年代初直到現(xiàn)在的第三次工業(yè)革命。第三次工業(yè)革命利用電子和信息技術(shù)(IT)提高了制造過程的自動化程度,機器取代了相當一大部分的“體力勞動”和一部分“腦力勞動”。 

　　德國應(yīng)充分利用其作為世界領(lǐng)先的制造設(shè)備供應(yīng)商及在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的優(yōu)勢,通過利用物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)向制造領(lǐng)域擴展這一趨勢,在向第四階段工業(yè)化邁進的過程中先發(fā)制人。

　　工業(yè)4.0的部署不僅將增強德國的競爭地位,而且有助于應(yīng)對全球挑戰(zhàn)(如資源和能效)和國內(nèi)挑戰(zhàn)(如人口結(jié)構(gòu)的變化)。 

　　然而,在對技術(shù)創(chuàng)新進行考慮時,結(jié)合社會文化語境是至關(guān)重要的,因為文化和社會的變化同樣也是在他們各自領(lǐng)域中創(chuàng)新的主要動力。

　　比如,人口結(jié)構(gòu)的變化擁有改變我們社會所有關(guān)鍵領(lǐng)域的潛力,如組織學習的方式、工作的性質(zhì)、健康(隨著人們活的越來越長)和社區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施。這又將反過來對德國生產(chǎn)力造成顯著的影響。通過優(yōu)化技術(shù)和社會創(chuàng)新過程的關(guān)系,我們能夠為提升德國經(jīng)濟的競爭力和生產(chǎn)力做出重要貢獻。

　　在制造業(yè)中利用物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)

　　物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)能夠創(chuàng)造一個包含全部生產(chǎn)過程的網(wǎng)絡(luò),將工廠轉(zhuǎn)變成為一個智能環(huán)境。信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)由智能機器、倉儲系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備組成。該生產(chǎn)系統(tǒng)是數(shù)字化的,基于ICT技術(shù)實現(xiàn)了端到端的整合——從運入物流到生產(chǎn),再到營銷、運出物流和服務(wù)(維修)。信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)不僅使生產(chǎn)能夠得到更加靈活的配置,也能夠充分利用差異化管理和流程控制所提供的機會。 

　　除了優(yōu)化現(xiàn)有基于IT的流程,工業(yè)4.0還將釋放對具體流程和全球范圍內(nèi)整體效應(yīng)進行更多差異化跟蹤的潛力。這些都是目前難以實現(xiàn)的。工業(yè)4.0還將使商業(yè)伙伴(如供應(yīng)商和客戶)、員工之間的關(guān)系更加緊密,并提供更多互惠互利的新機遇。 

　　作為世界領(lǐng)先的制造設(shè)備供應(yīng)商,德國需要發(fā)掘新形式工業(yè)化的潛力,以與其獨特的地位相匹配。德國的全球市場領(lǐng)導(dǎo)者包括許多提供專業(yè)解決方案的“隱形冠軍”(即小而強的公司)——德國前100名中小企業(yè)中有22家是機械和設(shè)備制造商,其中3家排名在前10位之內(nèi)。許多德國機械和設(shè)備制造領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物都認為,他們的主要競爭對手是國內(nèi)廠商。機械設(shè)備與汽車、化學品同為德國主要的出口產(chǎn)品之一。 

　　此外,德國的機械和設(shè)備制造商都希望保持其在未來的領(lǐng)先地位:60%的德國機械設(shè)備制造商都相信,他們的技術(shù)競爭優(yōu)勢在未來五年內(nèi)會得到提高,只有不到40%的制造商希望維持當前的競爭地位。 

　　然而,機械制造領(lǐng)域的全球競爭正在日趨激烈。在亞洲同行日益威脅著德國制造商的同時,美國的對手也在采取措施,通過一系列方案對抗工業(yè)退化,大力推進“先進制造業(yè)”。 

　　此外,制造業(yè)也在變得更加具有活力、也更加復(fù)雜。比如,激光燒結(jié)技術(shù)的進步意味著目前在幾小時內(nèi)已經(jīng)能夠“打印”出高質(zhì)量的、復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)。這引起了全新商業(yè)模型和服務(wù)的產(chǎn)生,終端消費者變得更為密切相關(guān)——消費者能夠創(chuàng)造自己的設(shè)計,之后發(fā)送電子郵件到一家“復(fù)印店”,他們也可以讓一些物品被掃描和“復(fù)印”。 

　　“工業(yè)4.0為德國提供了進一步加強和鞏固其作為制造中心、制造設(shè)備供應(yīng)商和IT解決方案提供商這一地位的機會。看到德國所有的利益相關(guān)者目前都在通過工業(yè)4.0平臺緊密合作,推動其實現(xiàn),是十分令人鼓舞的。” 

　　——Henning Kagermann博士(德國國家科學和工程院教授、工業(yè)-科學研究聯(lián)盟(FU)通信推動工作組發(fā)言人、工業(yè)4.0工作組聯(lián)合主席) 

　　根據(jù)工業(yè)-科學研究聯(lián)盟的倡議,工業(yè)4.0平臺的參與者制定了其工作目標——實施政府確保德國工業(yè)競爭力的戰(zhàn)略舉措。 

　　工業(yè)4.0擁有巨大的潛力: 

　　(1)滿足用戶的個性化需求 

　　工業(yè)4.0能夠在設(shè)計、配置、排序、規(guī)劃、制造和運行等階段中納入個性化的、用戶特定的標準,并能夠合并最后的修改。通過工業(yè)4.0,即使生產(chǎn)一次性項目和極小的生產(chǎn)量(批量大小為一)也可以實現(xiàn)獲利。 

　　(2)靈活性 

　　基于CPS的特別網(wǎng)絡(luò),使業(yè)務(wù)流程的不同方面(如質(zhì)量、時間、任務(wù)、穩(wěn)健性、價格和生態(tài)友好性)實現(xiàn)動態(tài)配置。這有助于材料和供應(yīng)鏈的持續(xù)“調(diào)整”。這也意味著工程流程能夠變得更加靈活,制造流程可以被改變,暫時性短缺(比如由于供應(yīng)問題)能夠被彌補,并且在短時間內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)量的大幅提高。 

　　(3)優(yōu)化決策 

　　為了在全球市場獲得成功,采取正確的決策(往往在沒有事先通知的情況下)變得越來越重要。工業(yè)4.0能夠提供實時的、端到端的透明度,使工程領(lǐng)域的設(shè)計決策得到提早驗證,并且能夠?qū)�損壞做出更加靈活的反應(yīng),同時對生產(chǎn)領(lǐng)域中一家公司的所有工廠進行全局優(yōu)化。 

　　(4)資源生產(chǎn)率和效率 

　　工業(yè)生產(chǎn)流程的首要戰(zhàn)略目標仍然適用于工業(yè)4.0:用定量的資源實現(xiàn)最高的產(chǎn)量(資源生產(chǎn)率)和用最少的資源實現(xiàn)特定的產(chǎn)量(資源效率)。CPS使制造流程在個案基礎(chǔ)上實現(xiàn)整個價值網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。此外,無需停止生產(chǎn),系統(tǒng)能夠在生產(chǎn)期間對資源和能源消耗進行持續(xù)優(yōu)化,減少其排放量。 

　　(5)通過新服務(wù)創(chuàng)造價值機遇 

　　工業(yè)4.0為價值創(chuàng)造提供了新途徑,也促成了就業(yè)的新形式。比如,智能算法能通過智能設(shè)備用于大量的不同數(shù)據(jù)(即大數(shù)據(jù)),從而產(chǎn)生新型的服務(wù)。這對于為工業(yè)4.0開發(fā)B2B服務(wù)的中小企業(yè)和初創(chuàng)型企業(yè)而言,是個巨大的機遇。 

　　(6)應(yīng)對勞動力的人口結(jié)構(gòu)變化 

　　連同工作組織和能力發(fā)展計劃,人類和技術(shù)系統(tǒng)的交互合作將為企業(yè)提供將人口結(jié)構(gòu)變化轉(zhuǎn)變?yōu)槠鋬?yōu)勢的新途徑。面對技術(shù)勞動力的短缺和日益多元化(年齡、性別、文化背景),工業(yè)4.0將促成多樣的、靈活的職業(yè)道路,使人們能夠持續(xù)工作,并在更長的一段時間內(nèi)保持生產(chǎn)力。 

　　(7)生活和工作的平衡 

　　應(yīng)用CPS將使公司的工作組織形式變得更加靈活,這意味著公司能夠更好的滿足員工對于平衡工作和個人生活、個人發(fā)展和持續(xù)職業(yè)發(fā)展的需求。比如,智能輔助系統(tǒng)提供了一個靈活性的新標準,在滿足公司要求的同時也能夠滿足員工的個人需求,從而為工作的組織提供了新機遇。隨著勞動力規(guī)模的下降,該系統(tǒng)將在招募最佳員工的時候使CPS公司獲得更多優(yōu)勢。 

　　(8)高工資經(jīng)濟仍擁有競爭力 

　　工業(yè)4.0的雙重策略將使德國增強其作為領(lǐng)先供應(yīng)商的地位,并使其成為工業(yè)4.0解決方案的領(lǐng)先市場。 

　　然而,工業(yè)4.0對于相關(guān)行業(yè)而言,并不會構(gòu)成一個專業(yè)的技術(shù)或IT相關(guān)的挑戰(zhàn)。不斷變化的技術(shù)將引起深遠的、廣泛的影響,為開發(fā)新的業(yè)務(wù)和企業(yè)模型、促進更大規(guī)模的就業(yè)提供新的機會。 

　　在二十世紀80年代,德國通過將可編程序控制器(PLS)整合到制造技術(shù),實現(xiàn)了更加靈活的自動制造,同時通過一種基于社會伙伴關(guān)系的措施對勞動力的影響進行管理,從而成功地實施了第三次工業(yè)革命(工業(yè)3.0)。德國雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)、成功的軟件工業(yè)和語義技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)技能,都意味著德國處于實施工業(yè)4.0的極其有利地位。當前的障礙是可以克服的,比如技術(shù)接受問題、勞動力市場中技術(shù)工人的短缺問題等。 

　　然而,只有所有利益相關(guān)者密切合作起來,釋放物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)對于制造業(yè)的潛力,才能確保德國工業(yè)的未來。

　　自2006年以來,德國政府就一直通過高技術(shù)戰(zhàn)略推動物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)。目前已經(jīng)成功推出一些技術(shù)項目。工業(yè)-科學研究聯(lián)盟目前在跨行業(yè)的層面上,推動工業(yè)4.0項目的進展。該項目實施的下一步是工業(yè)4.0平臺的建立。 

　　該平臺的秘書處由專業(yè)協(xié)會德國信息技術(shù)、電信和新媒體協(xié)會(BITCOM)、德國機械設(shè)備制造商聯(lián)合會(VDMA)和德國電子電氣制造商協(xié)會(ZVEI)組成。下一步任務(wù)將是為關(guān)鍵主題確定研發(fā)路線圖。 

　　保障德國制造業(yè)的未來——這是工業(yè)4.0平臺所有參與者為他們自己設(shè)定的目標。該平臺邀請所有利益相關(guān)者繼續(xù)探索工業(yè)4.0提供的機遇,這樣我們可以一起推動并確保其革命愿景的成功實現(xiàn)。(未完待續(xù))

    編譯:工業(yè)和信息化部國際經(jīng)濟技術(shù)合作中心