德國工業4.0戰略對我國推進工業轉型升級的啟示

工業革命的四個階段

物聯網和務聯網—網路中的人、物和系統

CPS平台參考架構實例「工業4.0」的概念源於2011年德國漢諾威工業博覽會，其初衷是通過應用物聯網等新技術提高德國製造業水平。在德國工程院、弗勞恩霍夫協會、西門子公司等學術界和產業界的大力推動下，德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部於2013年將「工業4.0」項目納入了《高技術戰略2020》的十大未來項目中，計劃投入2億歐元資金，支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新。隨後，德國機械及製造商協會(VDMA)等設立了「工業4.0平台」，德國電氣電子和信息技術協會發表了德國首個工業4.0標準化路線圖。德國政府認為，儘管德國擁有強大的機械和裝備製造業，但中國對德國工業構成了競爭威脅，美國也在通過各種計劃促進先進位造業發展，因此，制定「工業4.0」戰略的目的就是為了「確保德國製造的未來」。當前，正值我國大力推動兩化深度融合、促進工業轉型升級的關鍵時期，德國推行「工業4.0」戰略的理念、內容和做法等諸多方面，都值得我們認真關注、學習並給出積極回應。「工業4.0」戰略願景與要點與美國流行的第三次工業革命的說法不同，德國將製造業領域技術的漸進性進步描述為工業革命的四個階段，即工業4.0的進化歷程。工業1.0。18世紀60年代至19世紀中期，通過水力和蒸汽機實現的工廠機械化可稱為工業1.0。這次工業革命的結果是機械生產代替了手工勞動，經濟社會從以農業、手工業為基礎轉型到了以工業以及機械製造帶動經濟發展的模式。工業2.0。19世紀後半期至20世紀初，在勞動分工的基礎上採用電力驅動產品的大規模生產可稱為工業2.0。這次工業革命，通過零部件生產與產品裝配的成功分離，開創了產品批量生產的新模式。工業3.0。始於20世紀70年代並一直延續到現在，電子與信息技術的廣泛應用，使得製造過程不斷實現自動化，可稱為工業3.0。自此，機器能夠逐步替代人類作業，不僅接管了相當比例的「體力勞動」，還接管了一些「腦力勞動」。工業4.0。德國學術界和產業界認為，未來10年，基於信息物理系統(Cyber-Physical System，CPS)的智能化，將使人類步入以智能製造為主導的第四次工業革命。產品全生命周期和全製造流程的數字化以及基於信息通信技術的模塊集成，將形成一個高度靈活、個性化、數字化的產品與服務的生產模式。「工業4.0」為我們展現了一幅全新的工業藍圖：在一個「智能、網路化的世界」里，物聯網和務聯網(服務互聯網技術)將滲透到所有的關鍵領域，創造新價值的過程逐步發生改變，產業鏈分工將重組，傳統的行業界限將消失，並會產生各種新的活動領域和合作形式。首先，工業4.0將使工業生產過程更加靈活、堅強。將使動態的、適時優化的和自我組織的價值鏈成為現實，並帶來諸如成本、可利用性和資源消耗等不同標準的最優化選擇。包括在製造領域的所有因素和資源間形成全新的循環網路、智能產品獨特的可識別性、個性化產品定製以及高度靈活的工作環境等。其次，工業4.0將發展出全新的商業模式和合作模式。這些模式將力爭確保潛在的商業利潤在整個價值鏈所有利益相關人之間公平地共享，包括那些新進入的利益相關人。同時，工業4.0「網路化製造」、「自我組織適應性強的物流」和「集成客戶的製造工程」等特徵，也使得它追求新的商業模式以率先滿足動態的商業網路而非單個公司，這將引發一系列諸如融資、發展、可靠性、風險、責任和知識產權以及技術安全等問題。再次，工業4.0將帶來工作方式和環境的全新變化。全新的協作工作方式使得工作可以脫離工廠，通過虛擬的、移動的方式開展。員工將擁有高度的管理自主權，可以更加積極地投入和調節自己的工作。同時，隨著工作環境和工作方式的巨大改變，可以大幅度提升老年人和婦女的就業比例，確保人口結構的變化不會影響當前的生活水平。最後，工業4.0將促進形成全新的信息物理系統平台。全新的信息物理系統平台能夠聯繫到所有參與的人員、物體和系統，將提供全面、快捷、安全可靠的服務和應用業務流程，支持移動終端設備和業務網路中的協同製造、服務、分析和預測流程等。德國「工業4.0」戰略的要點可以概括為：建設一個網路、研究兩大主題、實現三項集成、實施八項計劃。建設一個網路：信息物理系統網路。信息物理系統就是將物理設備連接到互聯網上，讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協調和自治等五大功能，從而實現虛擬網路世界與現實物理世界的融合。CPS可以將資源、信息、物體以及人緊密聯繫在一起，從而創造物聯網及相關服務，並將生產工廠轉變為一個智能環境。這是實現工業4.0的基礎。研究兩大主題：智能工廠和智能生產。「智能工廠」是未來智能基礎設施的關鍵組成部分，重點研究智能化生產系統及過程以及網路化分布生產設施的實現。「智能生產」的側重點在於將人機互動、智能物流管理、3D列印等先進技術應用於整個工業生產過程，從而形成高度靈活、個性化、網路化的產業鏈。生產流程智能化是實現工業4.0的關鍵。實現三項集成：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。「工業4.0」將感測器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通信設施通過CPS形成一個智能網路，使人與人、人與機器、機器與機器以及服務與服務之間能夠互聯，從而實現橫向、縱向和端對端的高度集成。「橫向集成」是企業間通過價值鏈以及信息網路所實現的一種資源整合，是為了實現各企業間的無縫合作，提供實時產品與服務;「縱向集成」是基於未來智能工廠中網路化的製造體系，實現個性化定製生產，替代傳統的固定式生產流程;「端對端集成」是指貫穿整個價值鏈的工程化數字集成，是在所有終端數字化的前提下實現的基於價值鏈與不同公司之間的一種整合，最大限度地實現個性化定製。實施八項計劃：「工業4.0」得以實現的基本保障。一是標準化和參考架構。需要開發出單一的共同標準，不同公司間的網路連接和集成才會成為可能。二是管理複雜系統。適當的計劃和解釋性模型可以為管理日趨複雜的產品和製造系統提供基礎。三是綜合的工業寬頻基礎設施。可靠、全面、高品質的通信網路是「工業4.0」的一個關鍵要求。四是安全和保障。在確保生產設施和產品本身不能對人和環境構成威脅的同時，要防止生產設施和產品濫用及未經授權的獲取。五是工作的組織和設計。隨著工作內容、流程和環境的變化，對管理工作提出了新的要求。六是培訓和持續的職業發展。有必要通過建立終身學習和持續職業發展計劃，幫助工人應對來自工作和技能的新要求。七是監管框架。創新帶來的諸如企業數據、責任、個人數據以及貿易限制等新問題，需要包括準則、示範合同、協議、審計等適當手段加以監管。八是資源利用效率。需要考慮和權衡在原材料和能源上的大量消耗給環境和安全供應帶來的諸多風險。總的來看，「工業4.0」戰略的核心就是通過CPS網路實現人、設備與產品的實時連通、相互識別和有效交流，從而構建一個高度靈活的個性化和數字化的智能製造模式。在這種模式下，生產由集中向分散轉變，規模效應不再是工業生產的關鍵因素;產品由趨同向個性轉變，未來產品都將完全按照個人意願進行生產，極端情況下將成為自動化、個性化的單件製造;用戶由部分參與向全程參與轉變，用戶不僅出現在生產流程的兩端，而且廣泛、實時參與生產和價值創造的全過程。文章來源於網路，僅代表作者觀點。歡迎關注獨家網（www.dooo.cc） 責任編輯：馬新齋 關鍵詞：德國工業4.0工業轉型升級分享到10猜你喜歡德國向工業社會轉型時期的社會問題治理及其對策德與英美漸行漸遠，期與中國建亞歐大陸新秩序劍指工業強國 工信部編製中國製造2025房寧：城市化率是國外「民主化」的門檻新生代農民工恐遭轉型淘汰 技能跟不上經濟升級德國製造的童話：從厚顏無恥到卓越保衛領土要敢於動武：動武就會破壞戰略機遇期？【獨家】中國職業教育迎來春天美媒稱中國在東海「小步推進戰略」很高明德國的未來不在大西洋，而在中國
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