德國(guó)是全球制造業(yè)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)家之一,其裝備制造行業(yè)全球領(lǐng)先。這是由于德國(guó)在創(chuàng)新制造技術(shù)方面的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn),以及在復(fù)雜工業(yè)過(guò)程管理方面高度專(zhuān)業(yè)化使然。德國(guó)擁有強(qiáng)大的機(jī)械和裝備制造業(yè)、占據(jù)全球信息技術(shù)能力的顯著地位,在嵌入式系統(tǒng)和自動(dòng)化工程領(lǐng)域具有很高的技術(shù)水平,這些都意味著德國(guó)確立了其在制造工程行業(yè)中的領(lǐng)導(dǎo)地位。作為全球工業(yè)實(shí)力最為強(qiáng)勁的國(guó)家之一,德國(guó)在新時(shí)代發(fā)展壓力下,為進(jìn)一步增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,從而提出了工業(yè)4.0(Industry4.0)概念。羅百輝認(rèn)為,“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命,或革命性的生產(chǎn)方法,旨在通過(guò)充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)等手段,將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。“工業(yè)4.0”想連接的是生產(chǎn)設(shè)備。這就是生產(chǎn)的“一體化”。把不同的設(shè)備通過(guò)數(shù)據(jù)交互連接到一起,讓工廠內(nèi)部,甚至工廠之間都能成為一個(gè)整體，中國(guó)完全有可能成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化革命的贏家。

德國(guó)“工業(yè)4.0”及其影響

制造業(yè)的數(shù)字化、虛擬化正在徹底改變?nèi)藗冎圃飚a(chǎn)品的方式。為此,以德國(guó)為代表的歐洲,以及美國(guó)都打算大幅提升工業(yè)產(chǎn)值。美國(guó)的通用電氣(GE)于2012年秋季提出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”(IndustrialInternet)概念,這是一個(gè)將產(chǎn)業(yè)設(shè)備與IT融合的概念,目標(biāo)是通過(guò)高功能設(shè)備、低成本傳感器、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)收集及分析技術(shù)等的組合,大幅提高現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)的效率并創(chuàng)造新產(chǎn)業(yè)。而日本的各企業(yè)也在推進(jìn)M2M和大數(shù)據(jù)應(yīng)用。

德國(guó)“工業(yè)4.0”的大體概念是在2011年于德國(guó)舉行的“漢諾威工業(yè)博覽會(huì)”(HannoverMesse2011)上提出的。當(dāng)時(shí),德國(guó)人工智能研究中心董事兼行政總裁沃爾夫?qū)?middot;瓦爾斯特爾教授在開(kāi)幕式中提到,要通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)等媒介來(lái)推動(dòng)第四次工業(yè)革命,提高制造業(yè)水平。在德國(guó)政府推出的《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》中,工業(yè)4.0作為十大未來(lái)項(xiàng)目之一,聯(lián)盟政府投入2億歐元,其目的在于奠定德國(guó)在關(guān)鍵技術(shù)上的國(guó)際領(lǐng)先地位,夯實(shí)德國(guó)作為技術(shù)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。2年后,在2013年4月舉辦的“HannoverMesse2013”上,由產(chǎn)官學(xué)專(zhuān)家組成的德國(guó)“工業(yè)4.0工作組”發(fā)表了最終報(bào)告——《保障德國(guó)制造業(yè)的未來(lái):關(guān)于實(shí)施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略的建議》(包括德語(yǔ)版和英文版)。與美國(guó)流行的第三次工業(yè)革命的說(shuō)法不同,德國(guó)將18世紀(jì)引入機(jī)械制造設(shè)備定義為工業(yè)1.0,20世紀(jì)初的電氣化為2.0,始于20世紀(jì)70年代的信息化定義為3.0,而物聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)服務(wù)化宣告著第四次工業(yè)革命到來(lái)。

“工業(yè)4.0”概念中的關(guān)鍵是將軟件、傳感器和通信系統(tǒng)集成于所謂的物理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在這個(gè)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的交匯之處,人們?cè)絹?lái)越多地構(gòu)思、優(yōu)化、測(cè)試和設(shè)計(jì)產(chǎn)品。“工業(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變,目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式中,傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失,并會(huì)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式。創(chuàng)造新價(jià)值的過(guò)程正在發(fā)生改變,產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。

“工業(yè)4.0”的關(guān)鍵技術(shù)是信息通信技術(shù)(ICT),具體包括聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間自動(dòng)協(xié)調(diào)工作的M2M(MachinetoMachine)、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得的大數(shù)據(jù)的運(yùn)用、與生產(chǎn)系統(tǒng)以外的開(kāi)發(fā)/銷(xiāo)售/ERP(企業(yè)資源計(jì)劃)/PLM(產(chǎn)品生命周期管理)/SCM(供應(yīng)鏈管理)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等等。而第三次工業(yè)革命的自動(dòng)化只是在生產(chǎn)工藝中運(yùn)用ICT,“工業(yè)4.0”將大幅擴(kuò)大應(yīng)用對(duì)象。

2013年12月19日,德國(guó)電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)布德國(guó)“工業(yè)4.0”標(biāo)準(zhǔn)化路線圖。德國(guó)“工業(yè)4.0”是德國(guó)政府確定的面向2020年的國(guó)家戰(zhàn)略,在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上首次發(fā)布《實(shí)施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略建議書(shū)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“建議書(shū)”)。與美國(guó)流行的第三次工業(yè)革命的說(shuō)法不同,建議書(shū)將18世紀(jì)引入機(jī)械制造設(shè)備定義為工業(yè)1.0,20世紀(jì)初的電氣化為2.0,始于20世紀(jì)70年代的信息化定義為3.0。鑒于技術(shù)正將實(shí)體物理世界和虛擬網(wǎng)絡(luò)世界融合,建議書(shū)稱(chēng),在制造領(lǐng)域,這種資源、信息、物品和人相互關(guān)聯(lián)的“虛擬網(wǎng)絡(luò)——實(shí)體物理系統(tǒng)(Cyber-PhysicalSystem,CPS)”可以被定義為工業(yè)4.0。CPS包括智能機(jī)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施,從入廠到出廠,整合整個(gè)制造和物流過(guò)程,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和基于信息技術(shù)的端對(duì)端集成。

不過(guò),對(duì)于這個(gè)“第四次工業(yè)革命”的提法,世界范圍內(nèi)的認(rèn)識(shí)并不一致。回憶起來(lái),現(xiàn)在市面上還有人在說(shuō)著“第三次工業(yè)革命”,也有人提出了“第六次工業(yè)革命”。段心鑫在《21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道》發(fā)文認(rèn)為,工業(yè)革命之所以配得上“革命”一詞,并不是說(shuō)其能對(duì)生產(chǎn)效率有多大的提高,而在于其通過(guò)對(duì)生產(chǎn)方式的顛覆性變革實(shí)現(xiàn)了人的解放,從而推動(dòng)了人類(lèi)社會(huì)的巨大變革。從這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看,蒸汽機(jī)、電與內(nèi)燃機(jī)、信息技術(shù)的出現(xiàn)都做到了這一點(diǎn)。而原子能技術(shù)、航天技術(shù)、生物科學(xué)以及五花八門(mén)的新能源技術(shù),至少現(xiàn)在還沒(méi)有。

如果把信息技術(shù)列為第三次工業(yè)革命的核心內(nèi)容,德國(guó)的“工業(yè)4.0”實(shí)際上還未能跳脫出這個(gè)范疇。因?yàn)?font color="red">,通過(guò)信息技術(shù)使得工業(yè)生產(chǎn)智能化、個(gè)性化只是信息技術(shù)在工業(yè)上的發(fā)展和延續(xù)。人類(lèi)先是用互聯(lián)網(wǎng)連接起電子產(chǎn)品,接著就想把更多東西聯(lián)網(wǎng),比如IBM公司在2008年提出的“智慧地球”。亞洲制造業(yè)冠軍聯(lián)盟總干事、國(guó)際協(xié)秘書(shū)長(zhǎng)羅百輝在《無(wú)人工廠與東莞智造》文章里表示，“工業(yè)4.0”項(xiàng)目主要分為兩大主題,一是“智能工廠”,重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程,以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn);二是“智能生產(chǎn)”,主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用等。該計(jì)劃將特別注重吸引中小企業(yè)參與,力圖使中小企業(yè)成為新一代智能化生產(chǎn)技術(shù)的使用者和受益者,同時(shí)也成為先進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)造者和供應(yīng)者。未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)形式的主要內(nèi)容包括:在生產(chǎn)要素高度靈活配置條件下大規(guī)模生產(chǎn)高度個(gè)性化產(chǎn)品,顧客與業(yè)務(wù)伙伴對(duì)業(yè)務(wù)過(guò)程和價(jià)值創(chuàng)造過(guò)程廣泛參與,以及生產(chǎn)和高質(zhì)量服務(wù)的集成等。物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)網(wǎng)以及數(shù)據(jù)網(wǎng)將取代傳統(tǒng)封閉性的制造系統(tǒng)成為未來(lái)工業(yè)的基礎(chǔ)。

羅百輝認(rèn)為,“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命,或革命性的生產(chǎn)方法,旨在通過(guò)充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)等手段,將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。“工業(yè)4.0”想連接的是生產(chǎn)設(shè)備。這就是生產(chǎn)的“一體化”。把不同的設(shè)備通過(guò)數(shù)據(jù)交互連接到一起,讓工廠內(nèi)部,甚至工廠之間都能成為一個(gè)整體。這種工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)的交互在德國(guó)正在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。蔡司集團(tuán)2013年在歐洲機(jī)床展上展出的一套名為PiWeb的系統(tǒng),通過(guò)PiWeb能夠把跨國(guó)公司分布在不同地區(qū)工廠的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)共享,生產(chǎn)經(jīng)理在辦公室里即可看到每一個(gè)工廠的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)全球數(shù)據(jù)的同步監(jiān)測(cè)。德國(guó)的奔馳公司和大眾汽車(chē)已經(jīng)開(kāi)始使用了這套系統(tǒng)。

“一體化”其實(shí)是為了“分散化”。也就是“工業(yè)4.0”提出的工業(yè)生產(chǎn)“由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變”,這與“Web2.0”時(shí)代的“去中心化”殊途同歸。“分散化”后的生產(chǎn)將變得更加靈活。這樣,不同的生產(chǎn)設(shè)備既能夠協(xié)作生產(chǎn),又可以各自快速地對(duì)外部變化做出反應(yīng)。這完全是信息時(shí)代產(chǎn)生的大量個(gè)性化需求反映到生產(chǎn)端的結(jié)果,它要求工業(yè)生產(chǎn)告別上一個(gè)時(shí)代的標(biāo)準(zhǔn)化。而由此產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)流必然也要求各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)一定的智能化,即智能的控制系統(tǒng)。

西門(mén)子驅(qū)動(dòng)技術(shù)集團(tuán)機(jī)床事業(yè)部主管JoachimZoll認(rèn)為,這種“智能化”要求數(shù)控系統(tǒng)做到操作簡(jiǎn)單、功能多樣、讓設(shè)備與工廠結(jié)合、出色地完成數(shù)據(jù)的采集和分析。在漢諾威歐洲機(jī)床展上,西門(mén)子與庫(kù)卡機(jī)器人公司簽訂了排他性的合作協(xié)議,旨在通過(guò)智能數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)化,使機(jī)器人與生產(chǎn)線無(wú)縫集成,其中數(shù)據(jù)交互也是重要的前提條件。

凱文·凱利在他的著作《失控》中提出的“涌現(xiàn)”:大量遵循簡(jiǎn)單規(guī)則的個(gè)體的交互會(huì)導(dǎo)致整體出現(xiàn)復(fù)雜度極高的狀態(tài)。而這種復(fù)雜的程度是任何單獨(dú)個(gè)體都不具備的。比如,由神經(jīng)元構(gòu)成大腦。這個(gè)概念也可以用來(lái)理解“工業(yè)4.0”中提出的“智能工廠”。分散的、具備一定智能化的生產(chǎn)設(shè)備,在實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互之后,就形成了高度智能化的有機(jī)體。

發(fā)達(dá)國(guó)家的“再工業(yè)化”浪潮

雖然對(duì)于現(xiàn)在處于第幾次產(chǎn)業(yè)革命,以及德國(guó)工業(yè)4.0算不算工業(yè)革命存在不同的理解,但是各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始重新重視先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展確實(shí)是個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。美國(guó)也在通過(guò)各種計(jì)劃,促進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展,有人稱(chēng)之為“再工業(yè)化”。據(jù)《經(jīng)濟(jì)參考報(bào)》報(bào)道,美國(guó)波士頓咨詢公司不久前一份研究報(bào)告說(shuō),由于競(jìng)爭(zhēng)力上升,美國(guó)在未來(lái)六年內(nèi)每年將從歐洲、日本和中國(guó)等出口大國(guó)奪取700億到1150億美元的制造業(yè)出口額。最近,中國(guó)美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)會(huì)在復(fù)旦大學(xué)舉行“美國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展問(wèn)題”研討會(huì),美國(guó)“再工業(yè)化”成為與會(huì)教授和專(zhuān)家熱門(mén)議題之一。