工業(yè)4.0與制造業(yè)的未來

安筱鵬

工業(yè)4.0與制造業(yè)的未來

安筱鵬

近年來，德國將工業(yè)4.0上升為國家戰(zhàn)略，美國提出重返制造業(yè)，在這樣的國際背景下，中國如何繼續(xù)保持制造業(yè)大國的地位，如何實現(xiàn)制造業(yè)強國的目標(biāo)？

“工業(yè)4.0”是什么？

“工業(yè)4.0”（Industry 4.0）是德國政府《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來項目之一，并已上升為國家戰(zhàn)略，旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。德國政府提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，并在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出，其目的是為了提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機。德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對工業(yè)發(fā)展歷程進行了概括：與國際社會關(guān)于第三次工業(yè)革命的說法不同，前三次工業(yè)革命的發(fā)生，分別源于機械化、電力和信息技術(shù)。他們將18世紀引入機械制造設(shè)備定義為工業(yè)1.0，20世紀初以電力為代表的電氣化為2.0，始于20世紀70年代的以信息技術(shù)為代表的生產(chǎn)工藝自動化定義為3.0，而物聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)服務(wù)化迎來了以智能制造為主導(dǎo)第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法，即“工業(yè)4.0”。德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和信息物理系統(tǒng)（CPS）相結(jié)合的手段，推動制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。

——工業(yè)4.0是互聯(lián)。工業(yè)4.0是生產(chǎn)設(shè)備之間、生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品間、虛擬與現(xiàn)實間、萬物間的互聯(lián)。西門子、博世和蒂森克虜伯的專家在交流時都提到，工業(yè)4.0的核心是連接，要把設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品、客戶緊密地連接在一起?！肮I(yè)4.0”適應(yīng)了萬物互聯(lián)的發(fā)展趨勢，將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過信息物理系統(tǒng)（CPS）形成一個智能網(wǎng)絡(luò)，使得產(chǎn)品與生產(chǎn)設(shè)備之間、不同的生產(chǎn)設(shè)備之間以及數(shù)字世界和物理世界之間能夠互聯(lián)，使得機器、工作部件、系統(tǒng)以及人類會通過網(wǎng)絡(luò)持續(xù)地保持數(shù)字信息的交流。

——“工業(yè)4.0”是集成?！肮I(yè)4.0”將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過CPS形成一個智能網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機器、機器與機器以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實現(xiàn)橫向、縱向和端對端的高度集成。集成是德國工業(yè)4.0的關(guān)鍵詞，也是長期以來中國推動兩化融合的關(guān)鍵詞。在兩化融合評估體系中，將兩化融合分為起步階段、單項應(yīng)用階段、綜合集成階段、協(xié)同創(chuàng)新階段等四個階段，綜合集成是信息化和工業(yè)化融合走向縱向重要標(biāo)志，中國兩化融合主要強調(diào)了企業(yè)間的橫向集成和企業(yè)內(nèi)部的縱向集成，而德國工業(yè)4.0增加了端到端的集成。

——“工業(yè)4.0”是數(shù)據(jù)。德國機械設(shè)備制造業(yè)協(xié)會及SAP的專家在交流時都提出，工業(yè)4.0的核心就是數(shù)據(jù)。SAP高級副總裁柯曼說,企業(yè)數(shù)據(jù)分析就像汽車的后視鏡，開車沒有后視鏡就沒有安全感，但更重要的是車的前檔風(fēng)玻璃——對實時數(shù)據(jù)的精準分析。從工業(yè)1.0、2.0、3.0演進的角度來看，這一認識不無道理，數(shù)據(jù)是區(qū)別于傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)體系的本質(zhì)特征。在“工業(yè)4.0”時代，制造企業(yè)的數(shù)據(jù)將會呈現(xiàn)爆炸式增長態(tài)勢。隨著信息物理系統(tǒng)（CPS）的推廣、智能裝備和終端的普及以及各種各樣傳感器的使用，將會帶來無所不在的感知和無所不在的連接，所有的生產(chǎn)裝備、感知設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)終端，包括生產(chǎn)者本身都在源源不斷地產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將會滲透到企業(yè)運營、價值鏈乃至產(chǎn)品的整個生命周期，是工業(yè)4.0和制造革命的基石。“工業(yè)4.0”的實施過程實際上就是制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的過程，制造技術(shù)、產(chǎn)品、模式、業(yè)態(tài)、組織等方面的創(chuàng)新將會層出不窮。

——工業(yè)4.0是轉(zhuǎn)型。在“工業(yè)4.0”時代，物聯(lián)網(wǎng)和（服）務(wù)聯(lián)網(wǎng)將滲透到工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，形成高度靈活、個性化、智能化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，推動生產(chǎn)方式向大規(guī)模定制、服務(wù)型制造、創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)變。工業(yè)4.0是的一個發(fā)展、動態(tài)的概念，工業(yè)4.0是一個理解未來信息技術(shù)與工業(yè)融合發(fā)展的多棱鏡，站在不同的角度會有不同的理解，工業(yè)4.0是互聯(lián)，是集成，是數(shù)據(jù)，是創(chuàng)新，是服務(wù)，是轉(zhuǎn)型；工業(yè)4.0是CPS，是智能工廠，是智能制造；工業(yè)4.0是國家戰(zhàn)略，也是企業(yè)行為。

但從根本上來講，“工業(yè)4.0”是一種在信息技術(shù)發(fā)展到新階段產(chǎn)生的新的工業(yè)發(fā)展模式。從終極目標(biāo)來看，工業(yè)4.0不能為技術(shù)而技術(shù)，核心在于提高企業(yè)、行業(yè)乃至國家的整體競爭力。從企業(yè)來看，通過“工業(yè)4.0”可以實現(xiàn)勞動生產(chǎn)率大幅提高，產(chǎn)品創(chuàng)新速度加快，滿足個性化需求，減少能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量和大幅提升附加值，顯著增強企業(yè)核心競爭力；從行業(yè)來看，通過“工業(yè)4.0”可以建立起高度協(xié)作的創(chuàng)新服務(wù)體系，提高整個行業(yè)的資源配置和運行效率；從政府來看，通過“工業(yè)4.0”進一步鞏固德國制造業(yè)優(yōu)勢，搶占新一輪產(chǎn)業(yè)競爭的制高點。

當(dāng)今中國實施“工業(yè)4.0“落腳點在哪里？

德國工業(yè)4.0的一位權(quán)威專家說，當(dāng)前在全球新一輪產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命的主戰(zhàn)場是德國、美國和中國。德國提出了“工業(yè)4.0”，美國提出了產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，中國提出了兩化深度融合戰(zhàn)略。

2014年11月8號，中國工業(yè)與信息化部部長苗圩在接受《人民日報》專訪時指出，中國兩化深度融合與德國工業(yè)4.0如出一轍、異曲同工、殊途同歸。從目標(biāo)、理念、路徑、方法的角度來看，中國企業(yè)整體的信息化與德國還是有較大的差距。德國工業(yè)企業(yè)整體上處于工業(yè)3.0階段，而中國企業(yè)整體上處于2.0階段，中國面臨更加復(fù)雜而艱巨的任務(wù)，面臨兩步并作一步走的挑戰(zhàn)。

我們也要看到自己的優(yōu)勢，尤其是不要低估了中國的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在這一輪產(chǎn)業(yè)變革中的引領(lǐng)作用。2014年11月19日，習(xí)近平總書記給世界互聯(lián)網(wǎng)大會的賀詞中說，互聯(lián)網(wǎng)日益成為創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的先導(dǎo)力量。李克強總理在會見大會中外代表時指出，互聯(lián)網(wǎng)是大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的新工具。在互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟方面中國已經(jīng)走出一條不同于歐美國家的新路，這些業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的方向，也是工業(yè)4.0所倡導(dǎo)的方向。

借鑒德國“工業(yè)4.0”是為了更好地認識我國工業(yè)發(fā)展面臨的國際環(huán)境和精準地對本國工業(yè)化進行定位，從而找到本國未來工業(yè)化的出路和政策走向。從這個角度來看，認識和理解工業(yè)4.0就是認識和理解兩化融合。因此，看待工業(yè)4.0，既要有國際視角，更要有中國視角；既要有技術(shù)視角，更要有轉(zhuǎn)型視角；既要有理論視角，也要有實踐視角；既要政府視角，也要企業(yè)視角。只有這樣，我們的觀察才有針對性、指導(dǎo)性和現(xiàn)實性。

“工業(yè)4.0”和兩化融合概念的核心和本質(zhì)都是智能制造。智能制造涵蓋了產(chǎn)品智能化、裝備智能化、生產(chǎn)智能化、管理智能化和服務(wù)智能化。各省市圍繞中共中央十七大和十八大兩化融合的文件精神，并根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況已經(jīng)在智能制造專項工程、行業(yè)區(qū)域試點、新業(yè)態(tài)培育、綜合標(biāo)準體系、管理體系推廣等方面邁出了探索的步伐。比如，上海“四新”戰(zhàn)略：新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式。浙江“四換三名”戰(zhàn)略：四換即騰籠換鳥、機器換人、空間換地、電商換市，三名即名企、名品、名家?？v觀全國，李克強總理預(yù)示萬眾創(chuàng)業(yè)、大眾創(chuàng)新的時代將要到來。所以，中國學(xué)習(xí)和借鑒德國“工業(yè)4.0”，歸根結(jié)底是要繼續(xù)深化兩化融合，繼續(xù)推進工業(yè)領(lǐng)域的智能制造。

未來制造業(yè)角逐的焦點是什么？

產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)主導(dǎo)權(quán)之爭。第一次之爭，美國通過其在操作系統(tǒng)、芯片、產(chǎn)業(yè)鏈整合能力上的優(yōu)勢，從歐洲奪回通信產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)權(quán)。第二次之爭，20世紀70年代中期-90年代初，美國和日本在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中展開了博弈：日本崛起，美國衰落。而美國在全面了解在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)所處的危險境地后，通過立法和實施行政措施等手段使美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)再一次走在了世界的前列。20世紀90年代中期以后，美國重奪半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)權(quán)。第三次之爭，進入新世紀，美國確立了在集成電路、傳感器、操作系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)、計算機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的優(yōu)勢地位，并通過構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)鞏固領(lǐng)導(dǎo)廠商的地位。

新一輪產(chǎn)業(yè)革命中，美國戰(zhàn)略是把ICT領(lǐng)域的優(yōu)勢向制造業(yè)領(lǐng)域拓展，或者叫競爭優(yōu)勢的移植戰(zhàn)略。由此，各國在產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)主導(dǎo)權(quán)上展開了爭奪，爭奪經(jīng)歷五個階段，（1）計算機階段——（2）移動智能終端階段——（3）智能電視、可穿戴設(shè)備——（4）智能產(chǎn)品階段（智能汽車、智能機器人）——（5）智能制造生態(tài)系統(tǒng)。

從以上發(fā)達國家經(jīng)歷的五個階段來看，智能制造是一個高層級的階段，它可以表述為系統(tǒng)的系統(tǒng)。它是一個漸進和持續(xù)的過程，遵循著事物發(fā)展的自然規(guī)律。那為什么說智能制造是系統(tǒng)的系統(tǒng)呢？智能制造是一個復(fù)雜巨系統(tǒng)的形成。譬如，車間里的機器一部智能手機，通過更新操作系統(tǒng)實現(xiàn)功能升級，通過工業(yè)App實現(xiàn)各種功能即插即用，通過API不斷擴展制造生態(tài)系統(tǒng)，所有的機器、產(chǎn)品、零部件、能源、原材料，所有的研發(fā)工具、測試驗證平臺、虛擬產(chǎn)品和工廠，所有的產(chǎn)品管理、生產(chǎn)管理、運營管理流程，所有的研發(fā)生產(chǎn)管理銷售員工、各級供應(yīng)商、銷售商以及成千上萬個客戶，都將是這一系統(tǒng)的重要組成部分——一個基于“云—管—端”新型復(fù)雜制造體系正在形成。智能制造的本質(zhì)是在重組客戶、供應(yīng)商、銷售商以及企業(yè)內(nèi)部組織的關(guān)系，重構(gòu)生產(chǎn)體系中信息流、產(chǎn)品流、資金流的運行模式，重建新的產(chǎn)業(yè)價值鏈、生態(tài)系統(tǒng)和競爭格局。從這個意義上來看，智能制造必將帶來新的競爭格局。

▲兩化融合的主攻方向應(yīng)該定位為智能制造。工作的重點應(yīng)落實在產(chǎn)品的智能化，新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、新模式（云計算、大數(shù)據(jù)），產(chǎn)業(yè)支撐，創(chuàng)客機制等方面。圖為海康威視的智能產(chǎn)品升級展示屏。

中國在這輪競爭中，如何搶占先機和主導(dǎo)權(quán)？

首先，需要有政策保障。中共中央在十六大、十七大、十八大中不斷地強調(diào)兩化融合，并突出了兩化融合的重要性。圍繞智能制造專項工程、行業(yè)區(qū)域試點、新業(yè)態(tài)培育、綜合標(biāo)準體系、管理體系推廣等方面各級政府需要優(yōu)先布局和考慮。

其次，若要打造中國在智能制造上的優(yōu)勢，需在以下四方面上下功夫。制度上，需鼓勵創(chuàng)新與加強監(jiān)管間的平衡；市場上，需把龐大、復(fù)雜、多元化市場優(yōu)勢轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢；產(chǎn)業(yè)上，需組建互聯(lián)網(wǎng)+ICT（先遣隊）+傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的聯(lián)合艦隊；人才上，需打造大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的外部環(huán)境。

此外，兩化融合的主攻方向應(yīng)該定位為智能制造。工作的重點應(yīng)落實在產(chǎn)品的智能化—智能汽車、智能機器人，從單機智能化——智能生產(chǎn)線——智能車間——智能工廠，新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、新模式（云計算、大數(shù)據(jù)），產(chǎn)業(yè)支撐，創(chuàng)客機制等方面。

最后，要培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力。要明確制造業(yè)發(fā)展理念（工業(yè)4.0、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)）的背后是技術(shù)體系、標(biāo)準體系、產(chǎn)業(yè)體系，這些體系背后是智能制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)權(quán)，要掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán)，就要培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的能力。如何圍繞產(chǎn)品、生產(chǎn)裝備、設(shè)計工具、客戶資源、供應(yīng)鏈、第三方應(yīng)用等智能制造系統(tǒng)各種要素資源進行精準配置調(diào)用，提升及構(gòu)建跨平臺操作系統(tǒng)、芯片解決方案、網(wǎng)絡(luò)解決方案能力。面對智能工廠快速普及，如何提升智能工廠系統(tǒng)解決方案、智能裝備創(chuàng)新能力、基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)（材料、工藝、器件）創(chuàng)新能力。

圍繞各種制造資源的碎片化、在線化、再重組、再封裝的機遇，如何培育新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)以及新的商業(yè)模式創(chuàng)新能力。如何圍繞市場需求的個性化及快速變化的趨勢，構(gòu)建企業(yè)需求鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈、創(chuàng)新鏈的快速響應(yīng)與傳導(dǎo)能力，以及如何構(gòu)建與之上述智能制造趨勢相適應(yīng)的政策法律環(huán)境和體系。諸如此類的問題，都是我國從上到下需要深刻思考的課題。

“工業(yè)4.0”是一種在信息技術(shù)發(fā)展到新階段產(chǎn)生的新的工業(yè)發(fā)展模式。從終極目標(biāo)來看，工業(yè)4.0不能為技術(shù)而技術(shù)，核心在于提高企業(yè)、行業(yè)乃至國家的整體競爭力

作者為工業(yè)和信息化部電子信息司副司長