實(shí)體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界的相互融合，意味著有工業(yè)化以來，第一次有可能將資源、信息、物品和人進(jìn)行互聯(lián)。

德國的工業(yè)4.0概念將給中國帶來啟示和借鑒

一場(chǎng)國際金融危機(jī)，讓實(shí)體經(jīng)濟(jì)的重要性得以凸顯。美國、德國、英國等發(fā)達(dá)國家紛紛提出以重振制造業(yè)為核心的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略。不過，發(fā)達(dá)國家的再工業(yè)化并非簡(jiǎn)單回歸，而是以信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)應(yīng)用為重點(diǎn)，旨在依靠科技創(chuàng)新，搶占制造業(yè)新的制高點(diǎn)。

上述信息技術(shù)與制造業(yè)深入融合的浪潮，被視為一場(chǎng)新的工業(yè)革命。不過，各方對(duì)這場(chǎng)革命的理解不盡相同。《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志提出，“第三次工業(yè)革命”的核心技術(shù)是制造業(yè)數(shù)字化。美國《連線》雜志前主編、《創(chuàng)客》一書的作者克里斯·安德森認(rèn)為，將互聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)，將掀起新一輪工業(yè)革命。德國則將這場(chǎng)變革視為繼機(jī)械化、電氣化和信息技術(shù)之后，工業(yè)化的第四個(gè)階段，因此將之命名為“工業(yè)4.0”。

上個(gè)月，西門子股份公司工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域首席執(zhí)行官魯思沃帶隊(duì)走進(jìn)中國工程院，將德國工業(yè)4.0理論與實(shí)踐在此宣講。相關(guān)專家近日接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，德國的工業(yè)4.0概念與我國強(qiáng)調(diào)的工業(yè)化和信息化深度融合的理念不謀而合，將給中國帶來啟示和借鑒。

新革命

工業(yè)4.0概念在今年4月舉行的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上被提出。10月以來，德國老牌制造企業(yè)西門子相繼在中國工程院舉辦的交流會(huì)議及2013中國國際工業(yè)博覽會(huì)上對(duì)這一概念進(jìn)行了闡釋，工業(yè)4.0概念也由此吸引了更多人的興趣和關(guān)注。

對(duì)于工業(yè)4.0的革命性意義，西門子（中國）有限公司執(zhí)行副總裁兼工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域總裁吳和樂在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)指出，在過去的30年左右的時(shí)間里，功能強(qiáng)大的、自主的微型計(jì)算機(jī)（嵌入式系統(tǒng)）越來越多地相互間或與互聯(lián)網(wǎng)以無線方式互聯(lián)，促使實(shí)體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界相互融合。

“這意味著有工業(yè)化以來，第一次有可能將資源、信息、物品和人進(jìn)行互聯(lián)。在制造領(lǐng)域，這種技術(shù)的漸進(jìn)性進(jìn)步被描述為工業(yè)4.0。”吳和樂說。

根據(jù)德國電子電氣工業(yè)協(xié)會(huì)的預(yù)測(cè)，工業(yè)4.0將使工業(yè)生產(chǎn)效率提高30%。

在今年10月由中國工程院和國資委舉辦的一次交流會(huì)議上，魯思沃介紹稱，工業(yè)4.0的基礎(chǔ)是分布式、自發(fā)式的生產(chǎn)流程，與大規(guī)模、單一部件生產(chǎn)的日益趨同。產(chǎn)品、運(yùn)輸方式或工具構(gòu)成了信息物理融合系統(tǒng)（CPS）。這些互聯(lián)互通的智能體，通過基于互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)進(jìn)行通信，自行決定可行的最佳生產(chǎn)路徑。

“未來制造業(yè)的支柱就是我們目前正在經(jīng)歷的工業(yè)范式的轉(zhuǎn)變：真實(shí)制造與數(shù)字化虛擬制造的融合。”魯思沃說。

據(jù)了解，在德國，工業(yè)4.0的發(fā)展得到了政府的大力支持，作為德國高科技戰(zhàn)略的一部分，德國政府對(duì)該項(xiàng)目的投資高達(dá)2億歐元。

如何實(shí)現(xiàn)

據(jù)了解，工業(yè)4.0主要分為兩大主題，一個(gè)是“智能工廠”，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)。第二個(gè)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)過程中的應(yīng)用等。

吳和樂告訴記者，在工業(yè)4.0的具體實(shí)踐中，如何以集成的方式，將虛擬世界和真實(shí)世界更加緊密地聯(lián)系起來，是應(yīng)該關(guān)注的重點(diǎn)。

以汽車生產(chǎn)為例。在過去，如果想生產(chǎn)一輛汽車，我們需要經(jīng)歷五個(gè)階段：設(shè)計(jì)汽車的模型，規(guī)劃何時(shí)何處生產(chǎn)零件以及組裝零件，告訴機(jī)器我們的規(guī)劃，開動(dòng)機(jī)器生產(chǎn)汽車，以及保證機(jī)器在生產(chǎn)過程中沒有錯(cuò)誤和故障。

“汽車的生產(chǎn)非常好地詮釋了生產(chǎn)周期所需要的五個(gè)步驟：產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)執(zhí)行和服務(wù)。”吳和樂說。

在傳統(tǒng)的生產(chǎn)中，這些階段是按順序進(jìn)行的。前一階段結(jié)束了，下一個(gè)階段才開始。同時(shí)，我們?cè)噲D提高的是每個(gè)階段的生產(chǎn)力。

而在吳和樂看來，在每個(gè)階段做到最優(yōu)，并不代表整個(gè)生產(chǎn)過程能夠有最大的產(chǎn)出。“因此，我們需要用整體的眼光看待生產(chǎn)。只有將各個(gè)階段集成，我們才能達(dá)到生產(chǎn)的最大優(yōu)化。”吳和樂說。

正是秉承著“集成”的理念，西門子為制造企業(yè)提供了數(shù)字化企業(yè)平臺(tái)解決方案。通過該方案，制造企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程到生產(chǎn)執(zhí)行和服務(wù)的全生命周期的高效運(yùn)行，以最小的資源消耗獲取最高的生產(chǎn)效率。

此外，有對(duì)工業(yè)4.0持懷疑態(tài)度的人士聲稱，無人化生產(chǎn)將令廠房空無一人，并由此給社會(huì)帶來負(fù)面影響。但在魯思沃看來，實(shí)際情況恰恰相反。他在上述交流會(huì)議中強(qiáng)調(diào)，在工業(yè)4.0中，人的作用將更為重要。

“在制造業(yè)的創(chuàng)新領(lǐng)域，例如產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)規(guī)劃階段，人的聰明才智仍是不可或缺的。同樣，在操作層面，人類還將繼續(xù)發(fā)揮核心作用。他們將不再從事體力勞動(dòng)，而主要從事創(chuàng)新設(shè)計(jì)、控制和檢測(cè)等工作。”魯思沃說。

中國啟示

當(dāng)前，作為“世界工廠”的中國，正受到雙重的挑戰(zhàn)：發(fā)達(dá)國家正在進(jìn)行“再工業(yè)化”運(yùn)動(dòng)，東盟國家、印度和拉美國家則擁有更低的勞動(dòng)力和資源成本。在這樣的形勢(shì)之下，如何在保持增長的同時(shí)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，是中國制造業(yè)不得不思考的問題。

2013年9月5日，工信部針對(duì)當(dāng)前制約工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的突出矛盾和問題，制定了《信息化和工業(yè)化深度融合專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃（2013-2018年）》。

“何謂兩化的深度融合？我們從德國提出的工業(yè)4.0概念中，是可以得到一些啟示的。”中國社科院信息化研究中心秘書長姜奇平對(duì)記者說。他進(jìn)一步解釋說，中國制造業(yè)未來如何適應(yīng)市場(chǎng)的變化，有各種不同的意見。一種是強(qiáng)調(diào)更迅速、靈活地適應(yīng)市場(chǎng)，用“貿(mào)工技”的方法跟上時(shí)代，還有一種則是“技工貿(mào)”的方法。比如，同樣是家用電器，海爾走的是貿(mào)工技的路子，格力則是技工貿(mào)。

“我們從德國的工業(yè)4.0概念得到的啟示是，格力這條路子也是可行的路子。我們和德國相比，研發(fā)投入不足。而格力強(qiáng)調(diào)核心技術(shù)在創(chuàng)新中所發(fā)揮的作用，這對(duì)于我們從制造業(yè)大國到強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，是有意義的。因此，德國的工業(yè)4.0，可以作為兩化深度融合的一個(gè)可選的方向。”姜奇平說。

同時(shí)，以工業(yè)4.0為代表的新一輪工業(yè)革命，也是中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要契機(jī)。今年1月，中國工程院?jiǎn)?dòng)并開展了《制造強(qiáng)國戰(zhàn)略研究》重大咨詢項(xiàng)目，提出了在2020年進(jìn)入制造強(qiáng)國行業(yè)的指導(dǎo)方針和優(yōu)先行動(dòng)。相關(guān)專家指出，新一輪的工業(yè)革命，對(duì)于當(dāng)今中國，尤其是對(duì)于中國的制造業(yè)，既是極為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，更是一個(gè)技術(shù)上趕超發(fā)展、結(jié)構(gòu)上加快升級(jí)的重大機(jī)遇。對(duì)此，必須高度重視、密切跟蹤、迎頭趕上。

鏈接

歷史上的工業(yè)革命

第一次工業(yè)革命于18世紀(jì)60年代發(fā)生在英國，這次工業(yè)革命以蒸汽機(jī)作為動(dòng)力機(jī)被廣泛使用為標(biāo)志，它徹底改變了產(chǎn)品的生產(chǎn)方式，開創(chuàng)了以機(jī)器代替手工勞動(dòng)的時(shí)代。

到了19世紀(jì)上半葉，機(jī)器本身也使用機(jī)器來生產(chǎn)，標(biāo)志著工業(yè)革命的完成。繼英國之后，法國、美國等國家也相繼進(jìn)行了第一次工業(yè)革命。

第二次工業(yè)革命始于20世紀(jì)之交，這次工業(yè)革命在勞動(dòng)分工的基礎(chǔ)上，采用電力驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)，從而將人類帶入了大批量生產(chǎn)的“電氣時(shí)代”。

20世紀(jì)70年代初，第三次工業(yè)革命取代了第二次工業(yè)革命，并延續(xù)到現(xiàn)在。第三次工業(yè)革命引入了電子和信息技術(shù)，從而使制造過程不斷實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，機(jī)器不僅接管了相當(dāng)比例的“體力勞動(dòng)”，而且還接管了一些“腦力勞動(dòng)”。

而隨著信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界走向融合，人們通過信息物理融合系統(tǒng)（CPS），將資源、信息、物品和人進(jìn)行互聯(lián)，建立高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。這種技術(shù)的漸進(jìn)性進(jìn)步被描述為工業(yè)化的第四個(gè)階段，即工業(yè)4.0。在工業(yè)4.0時(shí)代，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)值的過程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。