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工业4.0是未来工业社会关系的总和

2014年11月18日 16:55中国机床商务网点击:4889

  【中国机床商务网 投稿专栏】德国在工业4.0的理念思考和创新实践方面已经走在了世界的最前列,中国作为世界第一制造大国与德国在这个领域建立对话和合作,能使我们直面工业4.0的机遇与挑战,跟上制造业转型升级的步伐,继而确保我国在未来全球制造业更高水准的竞争格局中能占据有利地位。
  
  “工业4.0”是指以蒸汽机、大规模流水线生产和电气自动化为标志的前三次工业革命之后的第四次工业革命。其特点是通过充分利用嵌入式控制系统,即物理信息融合系统,实现制造业向智能化转型。
  
  德国学术界和产业界积极推动“工业4.0”。他们认为,全球经济正处於第四次工业革命的开端,“工业1.0”是蒸汽机时代,“工业2.0”是电气化时代,“工业3.0”是信息化时代,“工业4.0”则是利用基於信息物理融合系统的智能化来促进产业变革的时代。
  
  智能制造时代的新思维
  
  为了使德国成为智能化生产系统领先国家,引领新工业革命,德国政府在德国高技术战略2020中把“工业4.0”确定为十大未来项目之一。该项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手投入2亿欧元。其研发主题包括:“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。
  
  由德国三大工业协会起草的《“工业4.0”白皮书》提出了关於“工业4.0”中人、技术及组织的17个重要命题,展现了一幅全新的工业蓝图。
  
  从人的角度来看,工作组织设计将以人为本,体现了自组织性和自主性;“工业4.0”将为工人扩大工作范围、增强自身技能、学习更多知识、扩大行动空间创造机会;工作工具可辅助学习,实践社群将大大提高教学效率,信息技术技能培训份额日益增加;学习工具不仅适用,而且能自动向使用者发挥功用。
  
  从技术角度看,“工业4.0”系统简单易用,安全可靠,并能辅助学习;简单易用、普遍适用的问题解决方案范本使其他人也能参与工业4.0系统的设计和运行;产品和经营过程网络化、个性化会导致复杂性增加,同时解决问题的可能性更大,分析所有可能性并找到解决办法的速度会更快;资源利用效率受到持续规划、落实、监督和自动优化;智能产品在整个产品生命周期内可寻址、可识别;系统组件可寻址、可识别,支持对生产过程和生产系统虚拟规划;新的系统组件能够完全替代旧的系统组件,并且功能兼容;各系统组件发挥功用,为其他系统组件服务;新的安全文化要求“工业4.0”系统可信赖、有弹性且社会可接受。
  
  从组织角度来看,新的价值创造网融合产品、生产和服务,使劳动分工更加灵活;合作和竞争会导致产生新的经济和法律组织;系统构架和业务流程符合可适用的法律框架,且新的法律解决方案会促成新的合同模式;在新兴市场将存在调节地域附加值的机会。
  
  从生产手段看,数字化、智能化技术和装备将贯穿产品的全生命周期。随着信息技术的发展以及信息化普及水平的提高,数字技术、网络技术和智能技术日益渗透融入到产品研发、设计、制造的全过程,推动产品的生产过程产生了重大变革。
  
  从发展模式看,绿色化、服务化日渐成为制造业转型发展新趋势。生态环境与生产制造的矛盾日益激化,推动了全球工业设计理念的革新和传统技术的改造升级,以实现资源能源的高效利用和对生态环境破坏的最小化。欧美的“绿色供应链”、“低碳革命”、日本的“零排放”等新的产品设计理念不断兴起,“绿色制造”等清洁生产过程日益普及,节能环保产业、再制造产业等静脉产业链不断完善,都表明制造业的绿色化发展目标已经成为制造业的共识。
  
  从组织方式看,内部组织扁平化和资源配置全球化已成为制造业培育竞争优势的新途径。在企业内部管理方面,传统的工业化思维以层级结构管理企业的内部运行,以串联结构与上下游企业共同形成产业链条,强调管理组织等级分明,强调企业业务“大而全”,难于适应市场和产品的多样化需求。而当前的互联网思维强调开放、协作与分享,要求减少企业管理的内部层级结构,在产业分工中注重专业化与精细化,企业的生产组织更富有柔性和创造性。
  
  从发展格局看,比较优势动态变化将重塑全球制造业版图。以往通常认为,全球制造业发达国家掌握着世界制造业的发展方向和最核心的技术,是世界制造业技术发展方向的引领者;中国、印度、巴西等新兴国家生产成本相对较低,拥有巨大的消费市场,成为生产基地;拉美等处于工业化初期的国家,原材料丰富、工业基础薄弱、缺少技能工人,是原材料和能源的供应者。然而,随着新兴国家劳动力工资的提升、土地价格的上涨等因素的不断影响,制造业生产成本的地区分布发生了明显变化。
  
  从国家层面上看,应把信息化和网络化作为推动制造业企业转型升级的主攻方向。当前全球制造业发展越来越呈现数字化、网络化和智能化的新特征,美国提出“工业互联网”战略、德国提出“工业4.0”战略,主要意图就是抢占智能制造这一未来产业竞争制高点。
  
  从企业层面看,应把实施互联网战略作为企业提升竞争力的关键环节。互联网不再只是企业生产的工具和手段,已成为支撑企业成长的关键要素和支撑平台。基于互联网思维下的企业转型升级,推动了众多制造业新业态的崛起,已经成为当前制造业发展新的亮点,更是当前经济形势下难得的发展机遇。
  
  未来工厂自主生产个性定制
  
  自首台工业机器人应用已经有40年,如今它开始走向与人类的融合。ABB中国区副总裁李刚介绍称,第一代机器人基本按照所编的程序工作,第二代机器人是带有传感器的智能机器人,可以完成协作式的工作。第三代机器人将是那些可以完全自主行动,像人类一样根据环境作出调整的机器人,目前还没有出现。
  
  西门子曾这样描述“未来工厂”,“你会看到传送带安静而迅速地将工件运送到整洁的机器旁边。身形小巧、动作敏捷的运输机器魔幻般地在车间过道上穿梭往来,搬运物料,运送零件到仓库,焊接机器人快速做者焊接的工作。”
  
  除了机器人,量身定制模式成为这种智能化应用的特征之一。德国的“工业4.0”国家项目的宗旨便是利用互联网和传感器,在最佳的时间点生产最佳的产品。在未来的智能工厂中,产品信息都将被输入到产品零部件本身,它们会根据自身生产需求,直接与生产系统和设备沟通,发出下一道生产工序指令。这种自主生产模式能够满足每位用户的“定制”需求。
  
  工业4.0还预示着工业正在向着使用最新科技和创新理念的智能工厂转变。工厂智能设备的数量以及这些设备所提供的信息正在急剧增加。其一个重要焦点是个性化产品的市场趋势。SAP便提供自ERP企业数据到车间数据的离散制造业流线型解决方案,纵向集成从企业业务层到车间机器的所有相关流程。
  
  工业4.0会催生出很多小型工厂
  
  中国目前已没有人口红利,从找工人、训练工人到留工人,都变得很难,同时工资正以每年15%-20%的幅度增长,人力成本越来越大。在这种趋势下,工厂只有朝着更智能化的方向发展,才会更具有竞争力。未来的工厂除了要智能化,还要可视化。台达将在能源管理、智能绿生活方面加大大陆市场布局,参加工博会和这两个主题都有关。
  
  “工业4.0会催生出很多小型工厂。现在的工厂一般规模都比较大,但随着电脑、自动化机器、3D打印等要素的融合,以后可以做出很多个性化商品,工厂规模也会往小型化发展。”金模网CEO罗百辉认为,现在美国、德国的制造业都重新起来了,里面很大一个原因就是工业4.0。借助电脑设计和电脑制造,很多少量多样的商品已经转移到美国国内制造,因为这样可以卖个好价钱。比如广东东莞的很多家具厂,不少已把一些个性化家具产品(如家庭餐椅)转移到美国制造,而一些规模化的产品还是留在大陆以及人工比较便宜的地方制造。
  
  从国家角度来说,工业4.0是自然的发展过程。企业为了求生存,一定会朝着这个方向走。今年工博会上也可以看出,目前大陆做工业自动化的厂商已经非常多了,不过需要时间要让大家习惯人和机器如何协同做事。
  
  中德合作的理想价值观

  
  未来二十年,工业4.0是符合中国和德国企业的发展趋势。以中德各自的优势,二国企业是实现工业4.0最优质的合作伙伴。为实现优质联盟,双方必须关注下面的七个问题。
  
  1.技术背后的价值观。德国要解决劳动力稀缺和昂贵,中国要保障充分就业。以人机一体的“augmentedoperators”为例,智能软件和可视硬件可以像指导外科医生临床开刀一样给操作工发动作指令。它既可以解放劳动力,也可以变成对劳动力的智能奴役;既可以减少专业技术人员,也能够提高低级技工的工作机会。国情决定价值观。
  
  2.信息的归属和使用权。到工业4.0的阶段,简单信息没有价值。有核心价值的是流程信息、资产信息(Assetinformation)和事件信息(eventinformation)。这就像写《九阴真经》的字符没有价值,是战斗中总结出来的拳法、套路、搏击应对的选择最有价值,它们共同组合成最后的经文(软硬件系统)。中国企业的经验数据为系统DNA的一部分,具有超凡的价值。因此,系统开发商和应用企业要有等价交换的规则。
  
  3.发展方向、路径选择和决策标准。目前,工业4.0只是一个蓝图。具体到厂房设备层次的感应器和执行器(Actuators)、控制程序逻辑(PLC)、流程管理人机界面(HMI)、生产执行系统(MES)和企业资源规划(ERP),各个层次在未来20年中都可以有多项发展的选择。关于发展的路线图和策略目标,中国企业要有话语权。一矣成型,只能路径依赖。
  
  4.套装嵌入式生产装备的主次关系。受法本化学公司(IGFarben)、“罗意威理念”(LoeweNorm)的历史影响,从生产来复枪的罗意威兄弟公司开始,德国企业就大力推广可以互换的多用途机械零件,进而形成德国工业标准设计(DIN)和德国电子标准设计(VDE)。它们帮助德国企业设计和制造像变形金刚一样的组合型工业母机。进入工业4.0,组合的原则是最大的政治,因为套装嵌入式系统(ddedsystems)设计事关相互依赖和友好套牢。防止单方面依赖是自主灵活的关键。
  
  5.接口、界面、平台标准决定分布式生产网络的控制权。硬件背后,工业4.0有四大软件子系统:智能预测分析、自组织的维修保养、数字生产流程、智能物流。每个子系统内部又包含不同的软硬件组合。每个环节的连接接口都是战略要地。它的设计和标准影响系统内部和之间的兼容。因此,接口将是友商竞争的聚焦点,然后是界面和平台。
  
  6.联合开发,共同制造的联盟策略。工业4.0还是一个成长中的有机体。它需要中德之间的高度合作。它不能成为一方向另一方营销新技术设备的“特洛伊木马”。太阳能产业的历史教训不能忘,不能让欧洲企业通过标准和技术更新,刻意制造出中国企业对新设备的需求。如果在同一块石头上绊倒两次,那只能怨自己太笨。
  
  7.教育、培训、后续创新的知识管理系统的合作。管理方法随生产方式而改变。20世纪初的工业流水线标准化生产激发出泰勒管理方式。工业4.0必然带来全新的管理理念和创新机会。掌握第一手信息的先进企业有义务向产业生态环境中的利益相关者开放源代码,方便兼容创新。一个公平合理的知识与技术转让平台也有利于产业生态的繁荣昌盛。
  
  总的来说,工业4.0涉及到以下要件:理想价值观,产业与市场的权力分配,工业标准化的话语体系,数字机床等实物符号,归属与结盟的仪式,人机互动的日常活动,以及对立面(与之竞争的系统)。套用马克思的句式表达,工业4.0是未来工业社会关系的总和。
(来源:金模网)

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