德国为何3年前就急着提出“工业4.0”

2008年一场席卷全球的金融危机,使欧美国家尝到了忽视实体经济的“苦果”。

自上世纪60年代以后,欧美国家掀起“去工业化”或者全球化浪潮,制造业外移,重点发展金融、房地产和服务业,虚拟经济迅速膨胀,结构性矛盾凸显。到2008年金融危机爆发时,欧美国家虚拟经济的脆弱性被暴露的一览无遗。为了解决产业“空心化”和失业率攀升的问题,欧美国家相继开始加速“再工业化”,推动制造业“回归”。

但是,回顾历史不难发现,欧美国家制造业外移有其必然性。受制于土地、人力成本的上升,以及随着资源渐趋枯竭和环境意识的增强,一些传统产业如钢铁、工程机械等逐步走向衰退。将生产过程中的某些环节,例如劳动密集型的加工装配等外移至国外成本相对低廉的地区,成为工业发达国家企业的最佳选择,而发展中国家提供的各种优惠政策也加剧了这种趋势。

从“去工业化”向 “再工业化”的趋势过度,成本偏高和资源枯竭的问题依然无法回避,而单靠政策扶持显然无法驱使以营利为目的、追求效益最大化的企业重回制造业。所以,在欧美国家制造业复苏、外移企业回归本土背后有着更深层次的原因。

技术主导下一个新工业时代的到来

工业发展最大机遇期往往出现在历次工业革命开始初期。第一次工业革命发生在18世纪末, 主要特征是以蒸汽机为动力实现机械化生产,它使人类第一次以机械设备代替手工,从而使经济以农业,手工业为基础转型到以机械制造为基础的发展模式;第二次工业革命发生在19世纪初,以电力推动的规模化生产,通过零配件和装配线成功分离而实现规模化生产;第三次工业革命以电子与信息技术结合为标志,使工业生产高度自动化.这三次工业革命给予欧美国家经济领先世界的工业基础。

几十年来,随着产品的丰富,工业生产结构也变得更复杂、更精细。生产线和生产设备内部的信息流量,以及管理工作的信息量剧增,自动化制造系统在信息处理能力、效率和规模上都已经难以满足工业制造的需求。对信息通信技术(ICT)的应用一定程度上解决了这一难题。当今,ICT大约支撑了绝大部分的工业制造过程。

伴随着个人计算机到多样化智能设备的演进,以及云计算服务和互联网技术的发展,越来越多功能强大、自主的智能设备以无线方式实现了与互联网或设备之间的直接互联。由此衍生出物联网、服务网和数据网,推动着物理世界和虚拟网络世界以虚拟网络-实体物理网络系统(CPS)的方式相融合。这种技术进步直接反映到工业领域,通过一个囊括所有生产过程的全球性网络,工业领域将有史以来第一次实现资源、信息、物品、设备和人的互通互联。

在这种变化中,并没有涉及到新技术,而是强调对信息通讯技术和与信息物理生产系统(CPS)的结合来改变当前的工业生产与服务模式,德国将这种渐进性的技术进步描述为工业的第四个阶段,即工业4.0。

“工业4.0”概念的产生

德国是最早提出工业4.0概念的国家,在德国政府推出的《高技术战略2020》中,工业4.0被列为十大未来项目之一。“工业4.0”一词最早出现在2011年德国举行的汉诺威工业博览会上,在2013年汉诺威工业博览会上,“工业4.0”概念正式由德国“工业4.0小组”提出。

德国学术界和产业界对“工业4.0”概念的一个比较统一的阐释是继机械化、电气化和信息技术之后,以智能制造为主导的第四次工业革命。主要是指通过信息通讯技术和虚拟网络-实体物理网络系统(CPS)的结合,将制造业向智能化转型,实现集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变,最终建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务生产模式。

虚拟网络-实体物理网络系统(CPS)包括智能机器、储存系统和生产设施,各个部分能够相互独立地自动交换信息、触发动作和控制。而物联网、服务网以及数据网是“工业4.0”的基础。

未来工业蓝图

生产效率是制造企业首先会考虑的问题。在具体生产流程方面,工业4.0对企业的意义在于,它能够将各种生产资源,包括生产设备、机器人、仓储系统和生产设施形成一个循环网络,进而通过物联网和服务应用,实现贯穿整个智能产品和系统的价值链网络的横向、纵向的链接和端对端的数字化集成,提高生产效率, 从而实现智能工厂。通过智能工厂制造系统在分散价值网络上的横向连接,就可以在产品开发、生产、销售、物流、服务的过程中,借助软件和网络的监控、交流,根据最新情况灵活, 实时地调整生产工艺,而不再是完全遵照几个月或者几年前的计划。

通过智能工厂制造系统在工厂和企业之间业务流程上的纵向连接,产品与生产设备之间就可以实时交换信息和指示,端到端的透明度有利于决策优化。简单来讲,工业4.0能够使日益复杂的制造流程变得可控,将以往不可记录的生产细节变得可以追踪,并能在环境、需求变动中实现可持续性的盈利。

另外,工业4.0将发展出全新的商业模式和合作模式,这些模式可以满足那些个性化的、随时变化的顾客需求。新生产出来的智能产品将会有一个IP址,通过IP地址连到物联网上去,从而可以在任何时候定位、识别智能产品,并能知道它们自己的历史、当前状态和为了实现其目标状态的替代路线。

而从终端消费者消费所产生的需求信号,通过一个全球性网络传递给制造商,借助大数据分析,制造商就可以预测市场需求,甚至根据需求来定制化的生产。过去传统的生产,包括第三工业革命之后的生产,仍然是大批量的生产,现在可以通过软件跟智能生产设备的结合,灵活地调整生产工序,并以一个比较合适的经济的成本来制造出最终的用户所需求的产品。

实现“工业4.0”并不是短期内可以一蹴而就的,这是一个长期、渐进的过程。在这一过程中,软件是重中之重,可以说起到赋予智慧工厂”灵魂”的中心作用,包括设备制造、物联网、数据网等都需要通过软件将这几大板块联结起来。目前,基本的技术和现有制造体系的核心价值等均需要调整才能适应“工业4.0”的具体要求,而软件的开发、应用可以缩短期间所需要消耗的时间。

“工业4.0”的全球意义

“工业4.0”对于应对和解决当今世界所面临的一些挑战,例如资源和能源利用效率、人口结构变化等方面也具有积极意义。

通过对全价值网络的把控、调整,“工业4.0”可以有效提升资源生产率和效益。欧美国家制造业回归本土依旧具有竞争力一个很重要的原因,就在于这些国家具有较高水平的劳动生产率和资源使用率,一定程度上中和了人力成本所带来的压力。另外,相对传统制造业大量的原材料和能源消耗,智能化生产能降低制造业对环境和安全供给带来的威胁。

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