德國制造業向“工業4.0”轉變
成功實現工業4.0 需要在8個關鍵領域采取行動
http://www.debgrams.com 2014-05-08 10:58 來源：中國電子報
圖為德國瓦克集團博格豪森生產基地
德國制造業是世界最具競爭力的制造業之一，尤其是裝備制造業在全球處于領先地位。這在很大程度上源于德國在創新性制造技術方面的研究、開發和生產，以及復雜工業過程管理的專業性。德國擁有強大的機器和設備制造業，在信息技術領域表現出很高的水平和能力，在嵌入式系統和自動化工程方面也頗有建樹，這些因素共同奠定了德國在制造工程行業中的領軍地位。因此，德國能以其得天獨厚的優勢，開拓新型工業化的潛能——“工業4.0”。
第四次工業革命
前三次工業革命的發生，分別源于機械化、電力和信息技術。如今，隨著物聯網及服務的引入，制造業正迎來第四次工業革命。不久的將來，企業能以CPS（Cyber Physical Systems，信息物理系統）的形式建立全球網絡，整合其機器、倉儲系統和生產設施。
在制造業領域，這些CPS包括能自主交換信息的智能機器、存儲系統和生產設施，它們能獨立運行和相互控制。這有利于從根本上改善工業過程，包括制造、工程、材料使用、供應鏈和生命周期管理。
智能工廠現在似乎已開始采用一種全新的方式來生產產品。智能產品通過唯一的特征被識別，在任何時候都能被定位，我們知道它的發展歷程，了解它當前的狀況，以及實現其目標狀態的方式。從通過物流下訂單的那一刻起，縱向可與工廠和公司業務流程聯網，橫向連接則可實時管理衍生價值體系，這二者共同構建了嵌入式制造系統。
“工業4.0”擁有巨大的潛力。智能工廠讓客戶個性化的定制需求得以滿足，這也意味著，即使產品只生產一次，也能通過頗具收益的方式制造出來。在“工業4.0”中，以供應商為例，動態業務和工程流程能幫他們根據生產需要最終做出相應改變，并靈活應對生產中斷和故障。
現在，在制造過程中已經能夠提供端到端的透明化，以促進決策優化。工業4.0將會開發出創造價值的新方法和新的商業模式。特別是，它將給初創公司和小企業的發展帶來機會，下游服務也能從中受益。
采取雙重策略
工業4.0將正視和解決某些當今世界面臨的挑戰，如資源能源利用效率、城鎮化、人口結構變化等。工業4.0能持續帶來覆蓋整個價值網絡的資源生產率和效率的增益。它能將人口結構變化和社會因素考慮在內，以適合的方式組織生產。智能輔助系統讓工人從單調、程序化的工作中解放出來，能把精力集中在創新和增值業務上。
鑒于熟練工短缺的問題，工業4.0允許老工人延長職業生涯，從而長久地保持生產力。靈活的工作組織形式使工人們能夠更好地整合自己的工作，使私人生活和持續的職業生涯發展變得更有效率，在工作和生活之間找到了更好的平衡點。
制造工程領域的全球競爭變得愈加激烈，德國不是唯一一個認識到在制造業部署物聯網及服務是大勢所趨的國家。而且，并非只有亞洲的競爭對手對德國工業造成威脅，美國也在采取措施，通過推進“高端制造業計劃”來反對“去工業化”。
為了實現工業生產向工業4.0的轉變，德國需要采取雙重策略。德國裝備制造業應尋求穩固在全球市場的領導地位，一如既往地把信息通信技術與其傳統的高科技戰略進行整合，使自己成為智能制造技術的主要供應商；與此同時，還有必要為CPS技術和產品創建新的領先市場，并為之服務。要實現上述CPS雙重策略的目標，以下工業4.0的基本特征應該得到落實：通過價值網絡實現橫向集成；工程端到端數字集成橫跨整個價值鏈；垂直集成和網絡化的制造系統。
邁向工業4.0之路，德國要在研發上投入巨大的精力。為實施雙重策略，所進行的研究應實現“制造系統的橫向、縱向集成”和“工程端到端的集成”。此外，出于對工業4.0系統的要求和著眼于CPS技術的持續發展，工作場所中新的社會基礎設施應該得到更多關注。
涉及8個關鍵領域
如果工業4.0得以成功實現，研發活動將需要與之適應的工業政策的支持。德國工業4.0工作組認為，需要在以下8個關鍵領域采取行動：
（1）標準化和參考架構：工業4.0會涉及聯網，并通過“價值網絡”集成幾家不同的公司。由此，需要開發出一攬子共同標準，并需要一個參考架構來描述這些標準。
（2）復雜系統的管理：生產和制造系統正日益變得復雜，適當的計劃和解釋性模型能為管理這些復雜的系統打下基礎。因此，工程師們應該備有開發出這些模型的方法和工具。
（3）一套綜合的工業寬帶基礎設施：毋庸置疑，高質量的綜合通訊網絡是工業4.0的關鍵要求。無論是在德國國內，還是在德國與其他伙伴國之間，寬帶網絡基礎設施也因此需要進一步大規模拓展。
（4）安全和安保：安全和安保對智能制造系統的成功至關重要。確保生產設施和產品本身對人或者環境不造成任何危險，這點非常重要。同時，生產設施和產品，尤其是它們所包含的數據和信息，都需要加以保護，防止被濫用和未經授權的訪問。
（5）工作的組織和設計：在智能工廠，雇員的角色將發生引人注目的改變。越來越多的實時導向的控制，將改變工作內容、工作流程和工作環境。工作組織以一種“社會-技術”的方法實現，將為員工提供承擔重大責任和促進個人發展的機會。這一旦成為現實，合作工作的設計、終身學習的措施以及啟動參考模型課題，將變得尤為重要。
（6）培訓和持續的職業發展：工業4.0將從根本上改變人們的工作和專業能力。實施適當的培訓并以學習的方式組織工作因此變得尤為必要，可借此實現終身學習和基于工作地點的個人發展。為達成這一目標，示范項目和“最佳實踐網絡”應該推廣，數字化學習技術也應投入研究。
（7）監管框架：在工業4.0下建立新的制造流程和橫向業務網絡架構時，必須遵守法律；而現有法律也同樣應考慮到創新的影響而進行調整。面臨的挑戰包括保護企業數據、責任問題、處理個人數據和貿易限制。這將不僅對立法，也對其他有商業性質的活動提出了要求。制度將作為一個涵蓋面廣泛的適用工具而存在，其內容包括指導方針、合同范本和公司集體協議，或者自我監管的舉措如審計。
（8）資源效率：撇開成本高不說，僅制造業在原材料和能源上的大量消耗就給環境和安全供應帶來諸多風險。工業4.0將帶來資源生產力和效率的提高。對企業來說，權衡“需要投資在智能工廠中的額外資源”與“帶來的潛在節約”之間的利弊非常必要。
邁向工業4.0，將是一個漸進的過程。為了適應制造工程的特殊需求，現有的基本技術和經驗必須加以改變，還必須探索針對新地點和新市場的創新解決方案。如果成功，工業4.0將提升德國的全球競爭力，并保持其國內制造業繼續發展。
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