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德国:工业4.0
发布时间: 2018-7-19
  德国所谓的“工业4.0”(Industry4.0)是指利用物联信息系统(Cyber Physical System,简称CPS)将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化,最后达到快速、有效、个人化的产品供应。
  工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划。该项目由德国联邦教育及研究部和联邦经济技术部联合资助,投资预计达2亿欧元,旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂,在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴,其技术基础是网络实体系统及物联网。
  工业4.0在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成,并已上升为国家级战略。
  德国政府提出工业4.0战略,并在2013年4月的汉诺威工业液压机博览会上正式推出,其目的是提高德国工业的竞争力,在新一轮工业革命中占领先机。该战略已经得到德国科研机构和产业界的广泛认同,弗劳恩霍夫协会将在其下属六七个生产领域的研究所引入工业4.0概念,西门子公司已经开始将这一概念引入其工业软件开发和生产控制系统。
  根据德国政府的报告《未来图景“工业4.0”》(Zukunftsbild“Industrie4.0”),工业4.0提出的外部原因有两个,一是美国等发达国家的“再工业化”带来的刺激,二是以中国为首的新兴国家的崛起使得德国产品在国际市场上的地位受到挑战。因此工业4.0的提出并不完全是德国制造业领先的体现,也是被竞争对手逼出来的应对计划。其内部原因是,德国本来就是制造业强国,需要保持并提高自己的优势。这种优势体现在两个方面,一个是技术水平处在较高的水平,二是高效率的创新体系。
  工业4.0并不是孤立提出的,它是德国“国家高科技战略”的一部分,2006年和2010年德国政府分别提出《高科技战略200612009》和《高科技战略2020》两个全国性的高科技政策,旨在提高高科技领域的竞争力,工业4.0是《高科技战略2020》的重要组成部分。这一措施提出的前提就是,德国的制造业已经进入工业3.0时代并处于领先地位,自动化和信息化在生产制造过程中已广泛应用。工业4.0是制造业与信息技术结合发展的必然趋势,说它是“革命性”有点言过其实,它的意义比不上第一次工业革命中蒸汽机带来的颠覆性影响。
  工业4.0概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变,目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中,传统的行业界限将消失,并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变,产业链分工将被重组。
  德国学术界和产业界认为,工业4.0的概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命,或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统—信息物理系统相结合的手段,将制造业向智能化转型。
  工业4.0项目主要分为三大主题:
一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现。
二是“智能生产”,主要涉及整个液压机企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划特别注重吸引中小企业参与,力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者,同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。
三是“智能物流”,主要通过互联网、物联网、物流网,整合物流资源,充分发挥现有物流资源供应方的效率,而需求方则能够快速获得服务匹配,得到物流支持。
德国制造业是世界上最具竞争力的制造业之一,在全球制造装备领域拥有领头羊的地位。这在很大程度上源于德国专注于创新工业科技产品的科研和开发,以及对复杂工业过程的管理。德国拥有强大的设备和车间制造工业,在世界信息技术领域拥有很高的能力水平,在嵌入式系统和自动化工程方面也有很专业的技术,这些因素共同奠定了德国在制造工程工业上的领军地位。工业4.0战略的实施,将使德国成为新一代工业生产技术(即信息物理系统)的供应国和主导市场,在继续保持国内制造业发展的前提下再次提升它的全球竞争力。
  工业4.0有一个关键点,就是“原材料(物质)”=“信息”。具体来讲,就是工厂内采购来的原材料,被“贴上”一个标签:这是给A客户生产的 XX产品,XX项工艺中的原材料。准确来说,是智能工厂中使用了含有信息的“原材料”,实现了“原材料(物质)”=“信息”,制造业终将成为信息产业的一部分,所以工业4.0将成为最后一次工业革命。
  商业模式对制造业来说至关重要。那么,在工业4.0时代,未来制造业的商业模式是什么?就是以解决顾客问题为主。所以说,未来制造企业将不仅仅进行硬件的销售,而是通过提供售后服务和其他后续服务,来获取更多的附加价值,这就是软性制造。而带有“信息”功能的系统成为硬件产品新的核心,意味着个性化需求、批量定制制造将成为潮流。制造业的企业家们要在制造过程中尽可能多地增加产品附加价值,拓展更多、更丰富的服务,提出更好、更完善的解决方案,满足消费者的个性化需求,走软性制造+个性化定制道路。
  2014年11月,在李克强总理访问德国期间,中德双方发表了《中德合作行动纲要:共塑创新》,宣布两国将开展工业4.0合作,工业4.0进入中德合作新时代。中德双方签署的《中德合作行动纲要:共塑创新》中,有关工业4.0合作的内容共有4条,第一条就明确提出工业生产的数字化,即工业4.0对于未来中德经济发展具有重大意义。双方认为,两国政府应为企业参与该进程提供政策支持。
  由德国工业4.0研究机构、中国相关院所和中德两国企业组成的青岛中德工业4.0推动联盟,2015年2月9日在中国第十一个国家级经济新区——青岛西海岸新区成立,成为中国首个工业4.0联盟。
  2014年11月4日,中国首套工业4.0流水线在第十六届中国国际工业博览会上亮相。
中德工业4.0合作的成果之一是青岛中德生态园。青岛中德生态园是中德两国共同建设的生态型、智能型、开放型利益共同体,中德工业4.0推动联盟在这里成立十分有意义。中德工业4.0联盟成立后,青岛西海岸新区将投入1亿元人民币对区域内部分企业进行试点,未来将逐步实现企业工业4.0升级。
  中德两国同为制造业大国,德国的经验对中国有借鉴意义,但是还是要更加谨慎地看待工业4.0计划。具体来说有以下几点:
  1)工业4.0在德国还处于初始阶段,工业4.0的实现还存在诸多障碍,还只能被称作一个“未来愿景”。
  一些大型跨国企业可能已经部分实现了智能化生产,但对于中小企业来说还有些距离。这不是仅仅靠国家支持就能解决的,工业4.0是个系统性工程,创新体系中的各个主体以及各种配套都要跟上,还要有运用智能化数字化生产的意识。
  2)不要过于夸大工业4.0的意义,也不要低估中国的制造业水平。
  中国之前已经对智能化、信息化的工业生产方式有所准备,以前提出的“两化融合”就有工业4.0的影子。中国的制造业近年来发展迅速,早已跨过了只会生产衬衣、袜子的时代。虽然在中高端制造业上与德国、日本横向比较还有差距,但纵向来看,中国制造业的水平比前些年已经有了质的飞跃。中国中端机电产品在世界上占有重要地位,这两年在中国对德国的出口产品中,机电产品占比已经超过40%。在通信技术的发展上,中国至少已经不逊色于德国;在移动互联网领域,中国已经超过德国。
  3)对于进入新的制造业生产阶段也不可有过高的期望。
  虽说中国制造业近年来取得了不错的成绩,但也要认清现实,即中国现在是否有进入工业4.0的条件。国务院副总理马凯在2105年德国汉诺威消费电子、信息及通信博览会(Cebit)上指出,德国已完成工业3.0,而中国工业化发展历史不长,大部分还没有自动化和数字化,尚处在工业2.0阶段。只有部分达到3.0水平。
  工业4.0是德国制造业经过多年积累提出的计划,是根据德国自身的发展水平、发展阶段和软硬件条件量身打造的。它对中国有借鉴意义,但我们还是要谨慎面对,认清自身所处的发展阶段对症下药才是上策。
  工业自动化是德国得以启动工业4.0的重要前提之一,主要是在机械制造和电气工程领域。目前在德国和国际制造业中广泛采用的“嵌入式系统”,是将机械或电气部件完全嵌入受控器件内部,是一种特定应用设计的专用计算机系统。数据显示,这种“嵌入式系统”每年获得的市场效益高达200亿欧元,而这含数字到2020年将增加至400亿欧元。
  有专家预计,不断推广的工业4.0将为德国的西门子、ABB、通快(Trumpf)等机械和电气设备生产商,以及菲尼克斯电气(Phoenix Contact)、浩亭(Harting)和魏德米勒(Weidmuller)等中小企业带来大量订单。
  德国联邦贸易与投资署专家Jerome Hull表示,工业4.0是运用智能去创建更灵活的生产程序、支持制造业的革新以及更好地服务消费者,它代表着集中生产模式的转变。
  Jerome Hull介绍,所谓的系统应用、智能生产工艺和工业制造,并不是一种简单的生产过程,而是产品和机器的沟通交流,产品告诉机器该怎么做。生产智能化在未来是可行的,将工厂、产品和智能服务连通起来,在新的制造业时代将是一件非常正常的事情。
  工业4.0是涉及诸多不同企业、部门和领域,以不同速度发展的渐进性过程,跨行业、跨部门的协作成为必然。同样是在2013年汉诺威工业博览会上,由德国机械设备制造业联合会(VDMA)、德国电气和电子工业联合会(ZVEI)以及德国信息技术、通信、新媒体协会(BITKOM)3个专业协会共同建立的工业4.0平台正式成立。
  德N T-业4.0项目推进过程中所遇到的第一个困难是安全问题,根据德国DE杂志对该问题的解释,“安全”在这里有两层含义:一方面,人们所获取的数据必须可信;另一方面它们必须具有安全防盗功能,可以免遭外部的窃取或损害,如黑客攻击、间谍。
  标准化的缺失实际上是德国工业4.0项目推行过程中所遭遇的另一个困难。设备不仅必须会说话,而且必须讲同一种语言,即通向数据终端的“接口”。
  德国正致力于成为这个标准的制定者和推广者。德国总理默克尔认为,德国可成为工业4.0标准的推动者,并在欧洲甚至全球推行这些标准。
  德国官方并没有透露这些标准的相关内容,但据悉,标准的制定工作正在紧锣密鼓地进行当中。通过工业4.0平台发布的工业数据空间,访问者可以获取世界上所有工业的信息。这个空间有着统一的“接口”标准,并且允许所有人对其进行访问。
   探索标准化的还有他人。事实是,为了应对去工业化,将物联网和智能服务引入制造业的国家并不止德国一个。尽管提法不同,但内容却类似,如美国的“先进制造业国家战略计划”、日本的“科技工业联盟”、英国的“工业2050战略”等。而中国制造业顶层设计——“中国制造2025”也已经在2015年上半年推出。
  德国联邦贸易与投资署中国事务专家Christina Otte认为,中国工业转型在中国转变经济增长模式的过程中扮演着重要角色。中国政府试图重新平衡经济发展,即减少以投资和出口为基础的增长,寻求更多的来自内需驱动的增长。为了实现这一目标,中国需要实现工业现代化。为了保持GDP在一个稳定的增长水平上,它需要从劳动密集型生产模式切换至高效的高科技生产模式。劳动力成本急剧上涨,并且在将来仍会继续扩大。中国将在不久的将来面临合格人才的短缺问题。从长期来看,只有那些进入高端制造业的企业才有机会留在市场里。这种由现代化所带来的压力将影响中国几乎所有的行业,而工业自动化和新一代信息技术的集成是关键。
  “德国的工业4.0可以为中国提供一种未来工业发展的模式,帮助中国解决眼下所面临的一些挑战,如资源和能源效益、城市生产和人口变化等。”Christina Otte说。
  随着中国的加入,德国对工业4.0标准的制定或将加速。
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