德國工業4.0考察報告

06-19

上海前灘新興產業研究中心何萬篷

（全文刊於2015.11.10《聯合時報》）

德國大眾最近被尾氣檢測醜聞困擾，但是即便如此，旗下大眾和奧迪兩個品牌9月份在美國共銷售43,481輛，同比增長6.3%，優於此前預測。消費者對「德國製造」的信心可見一斑。德國經濟持續穩健增長，抗風險能力強，和製造業實力密不可分。德國近年來製造業增加值佔GDP的比重，始終保持在20%以上。製造業營業額的27%以上來自產品創新，研發投入佔GDP的比重在發達國家中僅次於日本。德國對製造業的重視和扶持，是其一以貫之的強國之基。

2015年9月，筆者以同濟大學上海校友會理事身份，跟隨校友總會組織的專家團，專程赴德考察工業4.0。這是一次深度參訪的震撼之旅，最大的感受是，德國STYLE= 智慧思維工匠精神秩序社會 = 質量 = 和諧。

考察是從同濟大學工業4.0智能工廠實驗室主任陳明教授的大巴課堂開始的。他提出，工業4.0的要義就是3C：通信、計算和控制。在後面的考察中，德方專家多次有類似表達。2014年10月我國首家工業4.0智能工廠實驗室宣告成立，由同濟大學與德國Phoenix Contact 共同研發完成。實驗室將實現智能工廠式的橫向集成，納入工業生產領域主要的生產元素與資源，能適應高度變化環境下的高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式，成為生產製造業構建數字化智能工廠的應用示範工程。以實驗室為基礎，同濟大學還成立了跨學科的工業4.0協作組、全國首個工業4.0導論課程。

第一部分調研紀實

第一站：KUKA公司

位於奧格斯堡的德國庫卡機器人公司（KUKA Robotics），是全球領先的機器人及自動化生產設備和解決方案的供應商之一。準確地講，是全球工業機器人的四巨頭之一，另外三個分別是瑞士ABB、日本發那科、日本安川電機。其客戶主要分布於汽車工業領域，在其他領域（如儀器儀錶、航天、消費產品、物流、食品、製藥、醫學、鑄造、塑料等）中也具備增長勢頭。庫卡公司的工業機器人年產量超過1 萬台，至今已在全球安裝了15 萬台工業機器人，廣泛地應用於材料處理、機床裝料、裝配、包裝、堆垛、焊接、表面修整等作業。庫卡公司2014年的營收是21億歐元，2020年的目標翻一番，達到40-45億歐元。庫卡公司在中國有2家全資子公司，都在上海。

庫卡公司重視我們的訪問，CMO（首席營銷官）親自接待。他說，庫卡公司可以提供負載量從3kg至1000kg的標準工業6軸機器人以及一些特殊應用機器人。機械臂的工作半徑從635mm到3900mm，全部由一個基於工業PC平台的控制器控制，操作系統採用Windows XP系統。他認為，人創造了機器人People made robots，機器人也在創造人類robots aremaking people，機器人將有求必應we are there when you need us。

根據CMO演示的PPT，目前各國的機器人密度（density：robots per 10,000 employees）分別為：日本1520（汽車領域，下同），214（通用領域，下同）；德國1140，154；美國1111，82；英國682，28；中國281，14；巴西91，4；印度48，1。中國的差距是顯而易見的。他將機器人的技術創新分為四個階段：工業自動化industrial automation（物體搬運movementof objects）、靈敏和安全sensitive and safe、移動mobile、智能和感知intelligent and perceptive（大數據的高效率應用efficient use of big data）。

CMO介紹，中國是最大的機器人市場。2009年中國市場銷售了4,360台機器人，2010年11,775台，2011年18,196台，2012年22,987台，2013年36,560台，2017年可能銷售100,000台。

CMO特意引用通用電氣GE公司CEO伊梅爾特，強調工業4.0的80%是軟體，而且，大數據是關鍵big data is the key。

第二站：EMAG公司

德國埃馬克公司（EMAG）成立於1867年，總部在斯圖加特市附近的薩拉赫市，是典型的德國機床業「隱形冠軍」，全球領銜的機床製造公司。業務分布在汽車製造、機械製造、航空航天、可再生能源、電力石油等行業。該公司去年營收5億歐元，在歐盟排第四。公司面向高端客戶，不提供通用機床。產品的出口比例佔58%，其中60%出口到中國。在江蘇太倉設有工廠。

年邁的創始人、董事長Norbert先生親自講解。他反覆強調中國是最大市場，日本和德國競爭第二大市場。但是，他非常尖銳地指出：中國最大，德國最強。他以機床價格為例，如果中國大陸製造的機床價格是100的話，中國台灣機床是1000，德國機床是10000。

老董事長坦誠地提出：在中國，工人處於生產過程末端；在日本，工人是生產線一部分；在德國，工人是核心。正是基於這個看法，他對工業4.0持保留態度，認為這可能不是一個健康的發展模式。

埃馬克薩拉赫市工廠的廠長補充，為了幫助客戶降低成本，他們的基礎架構儘可能標準化。

第三站：SEW公司

德國賽威公司（SEW）是一家專業生產電機、減速機、變頻電子設備的跨國企業，技術水平和市場佔有率均居世界領先地位。1931年成立，經過80多年的發展，目前在全球已擁有15個製造中心、67個組裝中心和200 多個辦事處，產品遍布世界五大洲和所有的工業國家，在國際動力傳輸領域首屈一指，去年的銷售額是27億歐元。該公司在中國有3家製造廠，7家裝配及技術服務中心、50餘個辦事處，並提出精品、服務、本地化的戰略發展主線。

我們去參觀的EURODRIVE工廠有1800 多位員工，主要生產變速箱、引擎和推進系統等。工廠採用精益生產策略lean strategy，注重客戶服務和供貨時間，優化生產流程和標準化工藝，通過操作手冊team board 使目標可視化，採用看板Kanban方法優化物流，用工業4.0 的思路設計生產流程，使工廠更加智能。

該公司除了中央生產-分散裝配之外，智慧工廠smart factory-智慧單元smart unit-智慧細胞smart cell也給人留下極其深刻的印象。據陪同者介紹，德國賽威公司以前搞過無人工廠的試驗，沒有成功。但是他們目前在「工作島」上取得了巨大進展，人和機器智能化連接，機器設備作為抽象物體在模型中優化，生產單元網路化。他們強調，這是工業4.0的前期基礎。但是不管怎麼樣，人還是生產的中心。

德國賽威公司的合作夥伴詩道芬集團（STAUFEN），向我們介紹了該公司在全球特別是在中國提供的諮詢和資格認證服務。詩道芬集團的觀點值得我們思考：工業4.0在德國也是有分歧的；未來每個企業都是軟體公司（同樣引用通用電氣GE的CEO伊梅爾特的話）；寶馬更害怕蘋果，而不是賓士；中國企業無法越過精益生產而直奔工業4.0。

第四站：Chemnitz工業大學工廠設計與工廠管理系

Chemnitz工業大學位於曾經的馬克思城，工廠設計與工廠管理系由埃貢·穆勒教授領導，致力於提升工廠與生產系統從概念設計到運行管理的核心競爭力。核心的研究領域有：發展與實現一個構成部件可替換的工廠，無層級或鬆散層級的區域生產網路等。具體分為三個方向：工廠規劃與數字化工廠、工廠管理與工廠組織、工廠物流與高效能工廠。

Chemnitz工業大學工廠設計與工廠管理系的專家，花了整整一個下午，向我們詳細介紹了試驗與數字化工廠EDF（包括三維視頻、組成模塊和EDF的延伸——工業4.0研究與應用中心），自動化技術及硬體設置（包括AGV自動導引運輸車、雙臂機器人、安全控制眼、自動導引運輸車-機器人混合技術、AIRMOVE技術、現實增強技術、工廠設施管理項目FMSTAR、工業4.0-能源高效化項目實例等），應用軟體（包括通過STETCHUP軟體與IFC工廠設計軟體構建三維模型、VISTABLE的使用、工廠運行/物流模擬等）。內容充實，互動熱烈。

我向穆勒教授請教：工業4.0是否會犧牲工廠柔性？工業4.0是否有標準？穆勒教授回答：工業4.0將增進工廠柔性；就整體而言，工業4.0很難有標準，過去是標準化，現在要數據化、個性化。他認為，找出決策支持數據非常重要，數據安全是最大挑戰。他提醒中國同行：工業4.0絕不意味著完全自動化（Do not mean fullyautomatization）。

在參觀中，感受到工業4.0的精髓，可能是虛擬世界cyber和物理世界physical之間的強大聯繫、自由切換，取於虛擬，用於現實，提升效率和效能。

第五站：大眾透明工廠

大眾汽車透明工廠，坐落於「易北河畔的佛羅倫薩」——德累斯頓。該市以文化藝術、科技創新和手工業著稱，被譽為「歐洲矽谷」。整座大眾汽車透明工廠是一座充滿現代感、通體透明的玻璃大廈。設計別出心裁，自然完美。在這裡，大眾汽車將現代工業化汽車製造技術和傳統手工藝完美結合，並全部展現在訪客面前。這裡生產的輝騰車型，有60%出口到中國。

據介紹，德累斯頓的歷代管理者為保證城市高貴的藝術氣質和純凈的生活環境，均沿襲了不在市區建工廠的傳統。但是由君特·赫恩堅守設計、2001年落成的大眾透明工廠，不但環保意識先進，並且具備人文關懷和藝術氣質，還符合市民的審美觀，實現了「工業與城市的和解」。

——大樓結構輕盈，滲水面積充足，保證了地下水的平衡；

——大樓三面環水，室外區域是5萬多平方米的蔥蘢森林；

——大樓四周的6台擴音器不斷播放9種鳥的鳴叫聲，提醒鳥類不要誤撞玻璃；

——玻璃幕牆和屋頂經特殊鍍膜處理，吸收熱量和紫外線，還具有自凈功能；

——室外安裝特質的鈉氣燈，使用黃色系的燈光，避免夜間作業驚擾昆蟲。市內照明通過天花板反射，達到無影燈的效果；

——以有軌電車CARGOTRAM解決貨物運輸，減輕城市交通壓力；

——物流內院設置成下沉式，位於地下3米，杜絕噪音擾民；

——底樓燈光音響設備是歌劇院級的，並經常在柑橘樹大廳，以生產車間為背景，邀請頂級樂團過來演出；

——有些工位被設計成傾斜式，以保護工人頸椎。只有在那些可以減輕工人勞動負荷的地方，才使用機器人。工人每天工作8小時，其中有3小時的喝茶時間……

可以說，大眾透明工廠將「和諧」體現得淋漓盡致。這個和諧包括了供需和諧、工序和諧、軟硬體和諧、人機和諧、人和自然和諧等。「德累斯頓大眾汽車廠能夠坐落在市中心，這簡直是一個創舉」，被讚譽為「特殊汽車製造的主教堂，一項城市化的實驗」。

在大眾透明工廠，我們還看到無人駕駛運輸系統的廣泛應用。鱗次櫛比的輸送帶，悄無聲息地經過各個生產製造工段。依靠電動懸掛傳送帶的機械臂，零部件可以輕鬆移動到所需的位置。

第二部分調研感想和政策建議

調研感想

德國工業4.0考察，在獲得豐富資訊和現場體驗的同時，有一種深深的緊迫感。

1.關於工業4.0。

工業4.0在德國，還是有爭議的，並不見得有完全的共識。有些企業家和專家擔心，過於強調硬體、機械、機器，可能會忽視人類的能動性。但是也有人提出，人類努力工作的目標，就是把自己從勞動崗位上解放出來。

對中國企業而言，有個跟跑、並跑、領跑的過程。但在高端製造領域，現在中國企業可能連跟跑都很困難，差距進一步拉大，還存在不少誤區。有些中國企業急於求成，好高騖遠，不願意腳踏實地當「工匠」，想直接跨過「精益生產」的階段，直接實現工業4.0。

在宏觀層面，中國市場巨大，但是「換技術」進展不大。德國企業在中國成立的多數是全資子公司。他們口口聲聲說new technology will openup to new market，但是並沒有開放給中國的合作夥伴。我們在國際生產體系和價值網路當中，尚未掌握競爭主動權。

2.關於工業4.0的核心技術——以數控機床為例。

《中國製造2025》強調：製造業是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。而數控機床，正是先進位造之技術載體、基礎設備和基本生產手段。《中國製造「2025」》將數控機床列為「加快突破的戰略必爭領域」。目前，我國已經超過德國，成為世界第一大機床市場。據統計，在世界機床消費市場上，2014年我國機床出口額33億美元，僅佔世界機床消費總額不足5%；而日本和德國均佔比10%以上。與此同時，國內急需的高中檔數控機床有相當部分依賴進口，譬如在汽車領域，進口裝備的佔比就超過40%。高檔數控機床越來越成為消費主流，未來市場巨大，也是主要國家和領先企業重要的戰略布局點。

精密、高速、高效、柔性的高檔數控機床，因具有深度感知、智慧決策、自動執行等功能，被列入戰略物資或戰略性高技術產業範疇。西方國家對我國嚴格限制高檔數控機床的技術轉讓，甚至還實施設備禁運。必須看到，政治是主因，技術控制是手段，限制發展是目的。西方國家的這個做法，不但違背自由貿易精神，壓制技術交流和創新，阻礙生產管理方式變革，而且傷及自身商業利益，擴大貿易逆差，也不利於增加就業崗位。

西方國家對我國的限制招數，不外乎：

——利用《瓦納森協議》、1334號法令等，對華構築包括高檔數控機床在內的高技術封鎖體系，阻礙中國加入全球生產體系。

——積極實施對華的高檔數控機床專利壁壘戰略，控制知識產權，壟斷技術協議和標準，擠壓中方技術創新空間，形成「低端鎖定」。

——國外供應商對出口中國的基礎零部件，在供給、價格、供貨期、規格等多方面嚴加限制，導致我國機床行業的大部分利潤被進口零部件「吃」掉。

對策建議

——明確對等貿易地位。從WTO的互惠、透明度、市場准入、公平競爭、經濟發展以及非歧視性原則出發，並結合WTO的相關貿易條款，要求西方國家開放高檔數控機床技術的輸出和轉讓。在與相關國家的貿易合作中，要在條款中明確雙方貿易地位對等、透明等原則，杜絕針對高檔數控機床技術的單方面限制轉讓以及禁運行為。

——發展知識產權規則。我國應逐步著手對高檔數控機床知識產權的轉讓規則進行細化、完善，提高其規範性和流動性。同時，積極地通過我國在WTO、東盟、APEC等國際性組織中的影響力，打破西方國家的壟斷格局。

——儘早啟動加入TPP（跨太平洋夥伴關係協議）談判，以免日後更加被動。

——利用西方國家經濟疲軟、需求萎縮的機會，加大國際併購力度，研究並出台相應的財稅金融優惠政策。

——與俄羅斯製造商合作生產。

——推動優勢資源聚焦發展，打造完整機床配套產業鏈。