“工業(yè)4.0”在德國被認為是第四次工業(yè)革命，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，保持德國的國際競爭力。制造業(yè)在德國國民經(jīng)濟中的占比為26%，作為提升傳統(tǒng)制造業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展方向，實施“工業(yè)4.0”是德國政府順應全球制造業(yè)發(fā)展新趨勢、推進智能制造新模式的客觀要求。
“工業(yè)4.0”VS“中國制造2025”
自2014年10月我國總理李克強訪問德國，并簽訂《中德合作行動綱要》以來，“工業(yè)4.0”的概念在我國迅速走紅，一時間，“工業(yè)4.0”、“智能制造”的戰(zhàn)略地位迅速提升。
與“工業(yè)4.0”巧合的是，對于國內(nèi)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，工信部早在三、四年前就開始規(guī)劃一項未來10年制造業(yè)發(fā)展的“中國制造2025”。如今，這項規(guī)劃將以德國“工業(yè)4.0”為啟示，學習德國的智能制造，為我國的現(xiàn)代化工業(yè)強國描繪出清晰的路線圖。
“工業(yè)4.0”是一個發(fā)展的過程，不可能一蹴而就，“中國制造2025”也弱化了以往規(guī)劃中5年時間的限制，規(guī)劃年限擴展到2025年，更注重中長期規(guī)劃，主要圍繞我國工業(yè)有待加強的領(lǐng)域進行強化，力爭使我國在2025年從工業(yè)大國轉(zhuǎn)型為工業(yè)強國。
從目標上來看，德國“工業(yè)4.0”主要是期望繼續(xù)領(lǐng)跑全球制造業(yè)，保持德國制造業(yè)的全球競爭力，抗衡美國互聯(lián)網(wǎng)巨頭對制造業(yè)的吞并。而今年“兩會”中，工信部苗圩部長首次公開披露了“中國制造2025”制定情況，表示大體需要用3個10年左右的時間，完成中國從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國的轉(zhuǎn)變，并提出了分三步走的戰(zhàn)略。“中國制造2025”也就是三步走第一個十年的行動綱領(lǐng)，它是一個路線圖，有具體的時間表。通過實施“中國制造2025”規(guī)劃綱要，通過10年的努力，讓中國制造進入全球制造業(yè)的第二方陣。
從時間表來看，德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略工作組也認為德國實現(xiàn)“工業(yè)4.0”需要10年時間，在時間上和我們的“中國制造2025”大體在一個時間段。
有了“中國制造2025”的10年戰(zhàn)略規(guī)劃，有了智能制造的具體行動計劃，相信通過這樣的努力和清晰的路線圖，我們將很快接近發(fā)達國家未來制造業(yè)發(fā)展水平的目標，如同工信部苗圩部長所說，“中國完全能夠搭上新一輪工業(yè)革命的快車”。
四大難點亟待突破
“工業(yè)4.0”是由大規(guī)模批量生產(chǎn)向大規(guī)模定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，是由集中生產(chǎn)向網(wǎng)絡化異地協(xié)同生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，是由傳統(tǒng)制造企業(yè)向跨界融合企業(yè)轉(zhuǎn)變。德國“工業(yè)4.0”工作組的最終報告認為，實現(xiàn)“工業(yè)4.0”尚存在標準化、復雜的系統(tǒng)管理、通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、網(wǎng)絡安全保障等4方面的難題，同樣的難題也適用于我國未來的制造業(yè)。與德國加強“工業(yè)4.0”方面的合作，有助于前瞻性地解決這些難題，為未來制造業(yè)發(fā)展鋪平道路。
u 標準化
工廠要對內(nèi)外各種物品與服務進行聯(lián)網(wǎng)，那么，通信方式、數(shù)據(jù)格式等許多內(nèi)容都需要標準化。目前在國際標準化舞臺上，美、德、日等發(fā)達國家能夠長期保持主導地位，主要憑借的就是強大的制造業(yè)綜合實力，而我國目前在國際標準化舞臺上仍然處于“聽眾”角色，也從一個側(cè)面反映了我國制造業(yè)整體水平的差距。
標準先行是“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略的突出特點。為了保障“工業(yè)4.0”順利實施，德國將標準化排在行動首位，成立一個工作組，專門處理標準化和參考架構(gòu)方面的問題。2013年12月，德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會發(fā)布了“工業(yè)4.0”標準化路線圖。我國在推進信息技術(shù)與工業(yè)深度融合的具體實踐中，也應高度重視標準化在制造業(yè)發(fā)展中的引領(lǐng)作用，及時出臺“兩化融合”或“兩化深度融合”的標準化路線圖，盡最大可能實現(xiàn)標準的國際化，使中國標準得到國際上的廣泛采用。
此外，跨學科、跨領(lǐng)域是制造業(yè)高技術(shù)發(fā)展的顯著特點。隨著制造業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展，各種高新技術(shù)以前所未有的廣度和深度滲透到制造業(yè)的各個環(huán)節(jié)中，使制造業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)過程和管理方式都發(fā)生了深刻，甚至是革命性的變化，催生了一大批新興高技術(shù)制造業(yè)出現(xiàn)。反過來，制造業(yè)在發(fā)展過程中，不斷融入和集成各種技術(shù)，形成極為復雜的系統(tǒng)化過程。為此，只有從一開始就進行標準化的約束和引導，才能有序開展與推廣“兩化融合”。
u 復雜的系統(tǒng)管理
實際生產(chǎn)過程與各種業(yè)務管理系統(tǒng)協(xié)同之后，系統(tǒng)整體更加復雜化，對其進行管理將更加困難。產(chǎn)、學、研、用多個層面的聯(lián)合機制在一定程度上能夠化解系統(tǒng)的復雜化，不斷完善管理體系。德國“工業(yè)4.0”是由德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子、博世等企業(yè)聯(lián)合發(fā)起的，工作組成員也是由產(chǎn)、學、研、用多方代表組成的。因此，“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略一經(jīng)提出，就很快得到了學術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的積極響應。
從我國制造業(yè)來看，企業(yè)普遍重視技術(shù)，但不重視流程管控，尤其是在技術(shù)研發(fā)方面。而未來的制造業(yè)體系將越來越復雜，這就需要產(chǎn)、學、研、用多個層面聯(lián)合來推動制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。因此，我國應該充分吸收和借鑒德國“工業(yè)4.0”的聯(lián)合模式，一方面，政府要通過引導和支持的方式促進不同類型的產(chǎn)、學、研合作聯(lián)盟發(fā)展；另一方面，選擇幾個重點行業(yè)和關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進行試點，由創(chuàng)新意愿較高的企業(yè)牽頭，聯(lián)合科研實力雄厚的大學或科研機構(gòu)，組建多種形式的研發(fā)聯(lián)盟，充分調(diào)動各方資源和力量，共同推進技術(shù)研發(fā)與應用推廣。
德國認為，邁向“工業(yè)4.0”的道路上，生產(chǎn)過程與各種業(yè)務管理系統(tǒng)協(xié)同之后，系統(tǒng)整體會更加復雜化，對其進行管理將更為困難。為此，需要實現(xiàn)“制造系統(tǒng)的橫向、縱向集成”和“工程端到端的集成”。橫向集成主要解決企業(yè)和企業(yè)之間復雜系統(tǒng)管理，實現(xiàn)信息無縫的交流；縱向集成主要解決企業(yè)內(nèi)部的復雜系統(tǒng)管理，在企業(yè)的研發(fā)、設(shè)計、制造、驗證、物流、交互各環(huán)節(jié)，所有的信息都無縫隙、高效、順暢地傳遞；端到端集成主要解決貫穿整個價值鏈的工程化信息系統(tǒng)集成的復雜系統(tǒng)管理問題，以保障大規(guī)模個性化定制的實施。
u 通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)
德國“工業(yè)4.0”的本質(zhì)就是基于信息物理系統(tǒng)（CPS）實現(xiàn)“智能工廠”，讓制造業(yè)的各個環(huán)節(jié)充分地與互聯(lián)網(wǎng)融合，形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。而實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)就需要適用于工業(yè)的、具有高可靠性的通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)作為基本保障。此外，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的形成，也必然會出現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)。工業(yè)大數(shù)據(jù)的采集、傳輸、交互和共享，必然要求建立容量、帶寬、存儲與數(shù)據(jù)處理能力更強大的基礎(chǔ)實施。
而當前的網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施恐怕難以滿足“工業(yè)4.0”時代的要求。因此，構(gòu)建容量更大、服務質(zhì)量更可靠的工業(yè)通信基礎(chǔ)設(shè)施，將成為未來制造業(yè)迫切需要解決的一項課題。
u 網(wǎng)絡安全保障
工廠與外界實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)之后，惡意軟件入侵、網(wǎng)絡受到攻擊的危險性會有所提升，這就需要制定保障網(wǎng)絡安全的對策與解決方案。
進入21世紀以來，各種針對工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡攻擊就開始出現(xiàn)。例如：澳大利亞下水道監(jiān)控系統(tǒng)和美國核電站監(jiān)控系統(tǒng)曾被第三方經(jīng)由無線網(wǎng)絡系統(tǒng)侵入，波蘭地鐵信號系統(tǒng)也被入侵。而近年來，這樣的攻擊更是愈演愈烈。2012年8月，沙特國營石油公司Aramco受到網(wǎng)絡攻擊，攻擊者的目標為制油/制氣工程，意圖通過使工程中止，讓石油/天然氣的生產(chǎn)發(fā)生異常。
隨著“工業(yè)4.0”時代的到來，人力、物料、生產(chǎn)設(shè)備、各種生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及價值鏈上的眾多協(xié)同企業(yè)都將互聯(lián)，隨之而來的是網(wǎng)絡安全問題的隱憂，這就迫切需要建立一套完善的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息安全認證體系，此外在認證制度的設(shè)計和標準規(guī)范的研究與設(shè)計方面，還需要大量的經(jīng)驗積累。初期，我國可以與國際認證機構(gòu)合作，開展聯(lián)合認證服務，同時逐步建立自己的安全認證機制。這不僅是與國際通行做法接軌，也有利于信息安全領(lǐng)域的國際交流與合作，在切實提高我國信息安全水平的同時，幫助和促進工業(yè)企業(yè)提升信息安全技術(shù)水平，引導產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
對話專家
Q在德國出臺“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略之前，我國推出了信息化與工業(yè)化融合的“兩化融合”戰(zhàn)略，在您看來，“兩化融合”與“工業(yè)4.0”存在哪些異同點？
A工信部成立以來，一直致力于推進“兩化融合”工作，通過信息化的融合與滲透，對傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)生革命性影響。“工業(yè)4.0”本質(zhì)上是由信息技術(shù)引發(fā)的，與我國的“兩化融合”有異曲同工之處。在未來制造業(yè)中，我們應該將“兩化深度融合”作為主要著力點，進一步繼續(xù)加快推進信息化。
不同點在于，德國“工業(yè)4.0”將積極部署信息物理系統(tǒng)（CPS）平臺，實現(xiàn)工廠的“智能制造”。“智能制造”已成為全球制造業(yè)發(fā)展的新趨勢，智能設(shè)備和生產(chǎn)手段在未來必將廣泛替代傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式。而CPS將改變?nèi)祟惻c物理世界的交互方式，能夠使未來制造業(yè)中的物質(zhì)生產(chǎn)力與能源、材料和信息3種資源高度融合，對實現(xiàn)“智能工廠”和“智能制造”提供有效保障。美國、德國等世界工業(yè)強國都高度重視信息物理系統(tǒng)的構(gòu)建，加強戰(zhàn)略性、前瞻性的部署，并已取得了積極的研究進展。而我國目前的制造業(yè)發(fā)展仍然以簡單的擴大再生產(chǎn)為主要途徑，迫切需要通過智能生產(chǎn)、智能設(shè)備和“工業(yè)4.0”理念改造和提升傳統(tǒng)制造業(yè)。
Q當前我國政府提出了智能制造、“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略，這些戰(zhàn)略與“工業(yè)4.0”的關(guān)系是什么？
A“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”就是德國的“工業(yè)4.0”。也就是說，把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和工業(yè)、制造業(yè)技術(shù)更加緊密結(jié)合起來。德國打造信息物理系統(tǒng)實際上是從本國制造業(yè)實力及實際情況出發(fā)的，德國制造業(yè)比較強，但是互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)相對較弱，“工業(yè)4.0”的目的就是通過發(fā)揮其制造領(lǐng)域的優(yōu)勢，帶動制造業(yè)服務包括互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的發(fā)展。
那么對于我國制造業(yè)而言，隨著智能制造時代的到來，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將是“互聯(lián)網(wǎng)+”最早實現(xiàn)的行業(yè)之一。智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將順應新一輪工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)變革，成為“互聯(lián)網(wǎng)+”最早實現(xiàn)的行業(yè)之一。
Q工業(yè)制造領(lǐng)域門類眾多，您認為“工業(yè)4.0”將在哪些領(lǐng)域發(fā)揮作用？
A隨著“工業(yè)4.0”的深入發(fā)展，CPS概念將進一步外延。在未來的智能制造業(yè)中，CPS將涵蓋自動化、生產(chǎn)技術(shù)、汽車、機械工程、能源、運輸以及遠程醫(yī)療等眾多工業(yè)部門和應用領(lǐng)域，意義非常重要。因CPS而實現(xiàn)的許多應用，將產(chǎn)生新附加價值鏈和業(yè)務模式。
