從全球制造業變革看工業4.0的提出
http://www.debgrams.com 2014-07-14 11:39 來源：北京易能立方董事總經理王健
當下工業領域很熱的理念，不管是工業4.0，還是工業互聯網，或是智慧工廠，其實都是為了迎合整個制造業（包括裝備制造業、終端產品制造業）終端消費者需求的變化而推出的。
消費者需求的變化有很多層面，最重要的一個變化就是在移動互聯網時代，需求快速變化，需要多品種、不僅是小批量而且是變批量的生產來滿足。同時消費者對環保、對可持續發展等方面的訴求不斷增強，這是整個制造業面臨的問題。
制造業為了迎合這種變化，需要考慮的要素除了傳統的成本、效率、質量之外，還需要加上資源效率、安全、可持續這三種。我們認為制造業在21世紀面臨一系列的挑戰，這種挑戰帶有全球性，包括快速反應問題，包括打破組織疆界問題，包括怎么應對互聯網和移動互聯網給我們制造業所帶來沖擊的問題，包括全球化分布式的現代組織模式問題，還有創新生命周期越來越短的問題。
工業4.0是德國的應對之策
德國人在談第四次產業革命，一個焦點問題就是所謂的CPS，有人叫信息物理系統，有人則叫網絡物理系統。他們希望用CPS來構建下一代智慧工廠。我們可以這樣理解，無論裝備還是核心部件，包括整個工廠，不僅有其物理屬性和機械屬性，還有信息屬性和網絡屬性。就像我們人一樣，我們每個人都有自己的社會身份，同時有一個網絡身份。那么CPS的作用，就是利用傳感器、數據、模型和算法把這些屬性統一在一起。
智慧工廠下面是網絡化的智能控制系統，以及嵌入式系統。與智慧工廠并列的是智慧交通、智慧物流、智慧社區、智慧電網等，它們共同構成智慧城市，再上面則是全球互聯網。德國人強調物聯網和服務網（服務互聯網），它們是智慧工廠的基礎。
工業4.0強調三個方向的集成。
第一個集成是所謂的價值網絡集成，我們可以理解成裝備的集成，生產線的集成，車間的集成，價值網絡也包括人的網絡，包括研發網絡，這些人的網絡通過互聯網，跟實體網絡進行集成。所以我們說智慧工廠是人、設備、環境、數據的互動。
第二個集成是橫跨價值鏈的端到端集成，我們可以把它理解成產品生命周期的集成。
第三個方向的集成是信息縱向集成，信息可以從企業ERP系統一直向下，穿透整個工廠網絡延伸到裝備的某一個具體的I/O節點，反之亦然。
工業4.0有一些重要的特征，或者是一些重要的啟示。其中最重要的一條是，制造業將來大部分的創新來自于ICT（信息通信技術）技術的驅動，也就是說作為制造業的一員，如果你不擁抱ICT技術，你可能會跟制造業大部分的創新失之交臂。
德國剛剛產生了一個工業4.0的平臺，是由幾個大的協會組織共同組建的。這個平臺的重要使命就是制定工業4.0的規范和標準。德國的創新網絡、大企業、中小企業、科研機構圍繞工業4.0定義的眾多項目組合在一起開展科研和開發工作。這些項目當中有一個關鍵項目，英文叫CPPS（Cyber Physical Production System, 信息物理制造系統）。
工業4.0圖景，來源：“工業4.0：歐洲如何在新工業革命中取勝”，羅蘭·貝格，2014
在今年4月的漢諾威工業展覽會上，德國的一些組織和創新網絡推出了展示工業4.0特征的流水線。這些流水線是網絡化的、模塊化的，而且是自組織的，能夠跟附帶了智能標簽的原材料和半成品、產成品進行信息互動。
那么德國的企業在做什么？西門子在談數字化工廠，說數字化工廠就是未來制造的代名詞，他們想當工業4.0的代言人。一些傳統上是做端子、傳感器、甚至做氣動元件的公司，現在也擁抱控制，擁抱IT，比如Festo說我們做的是未來工廠，每次展會都展示他們的創新設計。Bosch Rexroth則定義思考型工廠，所謂思考型的工廠，就是裝備人工智能的產品，跟裝備、生產線、以及操作人員彼此的互動。
工業互聯網是美國先進制造業的一個范例
美國人領導了第二次工業革命以及后來的互聯網革命，GE在2012年提出一個概念，它說如果把互聯網和工業結合在一起可以帶來第三次產業革命，GE叫做工業互聯網。它的核心是人和大數據，人在大數據的支持下，進行更加智慧的決策。
從這里我們可以看到，為什么要談智慧工廠，為什么不說智能裝備，或者智能制造？因為智能更多是用硬件、用軟件、用裝備可以實現的東西，但是智慧的判斷和智慧的決策只有人能夠做得出來。而人要做好的決策，需要充分的信息和數據的支撐。
工業互聯網要表達的，就是從智能裝備上升到智能系統，最后實現人的智慧決策。以航空裝備和風電聞名的GE提出大數據發動機、大數據風電場，Intel則提出大數據工廠的概念。
GE提出，如果所有的工業系統，能夠有1%的提升，這1%的提升也許是效率的提升，也許是成本的下降，那么未來十年會創造19萬億美元的產值，相當于美國一年的產值。
德國人組建工業4.0平臺是三大協會共同組織的，這里面有很多公司的參與，而圍繞工業互聯網，美國人也剛剛組建了聯盟。工業互聯網聯盟由五個全球領先的公司創立，這里面包括GE這樣的以制造業為主的公司，還有IT、互聯網公司如IBM、Cisco、Intel和AT&T。剛剛中國的華為也加入了這個聯盟。工業互聯網聯盟的宗旨就是要領導和協調美國整個工業界、學術界和政府關于工業互聯網的努力。他們的目標首先也是定義架構，定義標準，然后開發一些最佳實踐，同時要做一些案例的研究。
工業互聯網只是美國先進制造發展的一個案例或縮影，奧巴馬總統上任以來頒布了一系列促進先進制造業發展、振興美國制造業的法案，成立了十幾個制造業創新研究中心如增材制造中心，美國國防部、能源部、國家科學基金委等支持了一大批該領域內的項目實施。而且像Rockwell Automation這樣的自動化公司并沒有加入工業互聯網聯盟，而是參與了其他的一些創新計劃，并提出了不同的價值主張，但都離不開網絡、離不開網絡環境下的企業和人，比如Rockwell Automation的互聯企業。
德國工業4.0和美國工業互聯網都從一個側面說明，歐美國家在發展先進制造方面可謂不遺余力，它們的核心目標都是鞏固和確保各自在全球的領先地位，它們都強調ICT技術和制造業的結合，都強調標準的作用，強調人的作用，甚至在構建產業聯盟等做法上也是類似的。德國基于其極為出色的裝備制造業基礎和發達的信息化基礎，更加重視發展智能裝備和智能生產過程，和美國人的觀點相比偏中觀和微觀。美國則更加依賴其在ICT技術方面無與倫比的實力和創新力，更希望借助網絡和數據的力量提升整個工業的價值創造能力，相對而言更加偏宏觀。
本文刊登在《世界科學》2014年6月刊
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