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近觀德國“工業(yè)4.0”：正在進行的工業(yè)革命

    中德雙方近期宣布，兩國將開展“工業(yè)4.0”合作，該領域合作有望成為中德未來產(chǎn)業(yè)合作的新方向。“工業(yè)4.0”是在德國學術界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動下形成的，已上升為德國國家級戰(zhàn)略。僅從定義看，它是指工業(yè)生產(chǎn)方式的革新，即繼第一個自動紡織機、第一條流水線和第一個可編程邏輯控制器（PLC）誕生之后，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術給工業(yè)生產(chǎn)帶來的革命性變化。不過，據(jù)稱德國業(yè)界有300多種對于“工業(yè)4.0”的不同闡述，而這主要是因為“工業(yè)4.0”是一場正在實際進行的工業(yè)革命。

　　未來工廠

　　被譽為德國“工業(yè)4.0”模范工廠的西門子安貝格電子制造廠正是未來德國工業(yè)的一個縮影。

　　這座位于巴伐利亞州東北小鎮(zhèn)上的工廠其貌不揚，只有三座外觀簡樸的廠房，但卻擁有歐洲最先進的數(shù)字化生產(chǎn)平臺。工廠主要生產(chǎn)PLC和其他工業(yè)自動化產(chǎn)品，在整個生產(chǎn)過程中，無論元件、半成品還是待交付的產(chǎn)品，均有各自編碼，在電路板安裝上生產(chǎn)線之后，可全程自動確定每道工序；生產(chǎn)的每個流程，包括焊接、裝配或物流包裝等，一切過程數(shù)據(jù)也都記錄在案可供追溯；更重要的是，在一條流水線上，可通過預先設置控制程序，自動裝配不同元件，流水生產(chǎn)出各具特性的產(chǎn)品。

　　由于產(chǎn)品與機器之間進行了通信，整個生產(chǎn)過程都為實現(xiàn)IT控制進行了優(yōu)化，生產(chǎn)效率因此大大提高：只有不到四分之一的工作量需要人工處理，主要是數(shù)據(jù)檢測和記錄；工廠每年生產(chǎn)元件30億個，每秒鐘可生產(chǎn)出一個產(chǎn)品，產(chǎn)能較數(shù)字化前提高了8倍，而由于對所有元件及工序進行實時監(jiān)測和處理，工廠可做到24小時內為客戶供貨。此外，由于實時監(jiān)測并分析質量數(shù)據(jù)，次品率大大降低。

　　安貝格工廠不是孤例，相似的生產(chǎn)方式革新正在德國其他大大小小的工廠中展開，尤其是在汽車、機床制造業(yè)等領域。

　　行業(yè)分析人士指出，“工業(yè)4.0”至少發(fā)出了這樣一些革命性訊號：首先，工業(yè)生產(chǎn)的出發(fā)點將發(fā)生變化。通過規(guī)模效應以及員工生產(chǎn)率來降低成本的時代一去不返，未來工業(yè)制勝的秘訣在于如何在提高生產(chǎn)率的同時盡量縮短產(chǎn)品從創(chuàng)意到上市的周期，以及如何滿足更復雜、個性化的產(chǎn)品需求。其次，虛擬與實際的界限似被消除。其三，人工似乎將被機器智能取代。

　標準化之爭

　　離開安貝格，再來到德國北部的雷蒙哥，這里是德國弗勞恩霍夫研究院工業(yè)自動化應用中心（IOSB-INA），專門為企業(yè)研發(fā)并生產(chǎn)推動“工業(yè)4.0”所需的設備和解決方案。

　　“我們更換生產(chǎn)線上的一臺設備只需要幾分鐘的時間，然后生產(chǎn)繼續(xù)進行，”東威斯特法利亞-利珀大學工業(yè)信息技術教授、弗勞恩霍夫研究院工業(yè)自動化應用中心負責人尤爾根.雅思博奈特這樣說到。“如果在傳統(tǒng)的工廠條件下，根據(jù)設備的復雜程度不同，更換設備的工作可能要花費數(shù)天的時間。”

　　這是因為在傳統(tǒng)設備的安裝過程中，技術人員需要先把新的部件手動連接到工作環(huán)境，然后再去調整生產(chǎn)線上的控制裝置。

　　“即插即用”成為人們對這一技術進步的生動描述。工業(yè)4.0的專家們用“即插即生產(chǎn)”來指設備和系統(tǒng)的順暢配置。未來的部件會自發(fā)的與工作環(huán)境相連接，自己把自己集成到現(xiàn)有控制系統(tǒng)當中。

　當然，這也需要新標準的支持。來自不同制造商的部件必須使用同一種語言，部件之間才能自發(fā)地相互交流。

　　德國信息技術產(chǎn)業(yè)協(xié)會、德國機械制造商協(xié)會和德國電器電子行業(yè)協(xié)會共同開展的調查表明，被調查的近300家企業(yè)中有半數(shù)以上都認為數(shù)據(jù)的標準化是“工業(yè)4.0”所提出的最大挑戰(zhàn)，難度甚至超出了流程和工作組織。“因此，全世界很多不同的機構都在討論這個話題，其中包括國際電工協(xié)會和國際標準化組織。”西門子工業(yè)業(yè)務領域標準語規(guī)制負責人羅蘭海德爾說。

　　首要的問題就是如何把設備和設備特征進行分類和描述，方法必須是獨特的，而且適用于每家制造商。

　　“然后每臺設備都擁有一套自己的數(shù)據(jù)包，這套數(shù)據(jù)包描述了設備的所有特征和服務，”海德爾說。“你可以把它和預先設定的全球通用格式進行對比，提供有關設備及其功能的信息。”

使用那種電子“格式”的未來設備不僅能夠自發(fā)地實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，還能互相約定合作的條款。除此之外，還有一項因素在數(shù)字“格式”的設備描述中發(fā)揮著關鍵作用，這就是名為OPCUA（針對過程控制統(tǒng)一架構的對象鏈接和嵌入）的通訊協(xié)議。“OPCUA可用于實現(xiàn)設備的自發(fā)聯(lián)網(wǎng)，并使設備在所處環(huán)境中展現(xiàn)出自身的特征，”雅思博奈特解釋說。“這個協(xié)議還能把來自生產(chǎn)的信息直接傳遞給生產(chǎn)規(guī)劃和ERP系統(tǒng)。”

　　“工業(yè)4.0”在中國

　　“工業(yè)4.0”在中國也正方興未艾。2013年9月11日，與西門子德國安貝格電子制造工廠（EWA）相同的中國首家西門子數(shù)字化企業(yè)平臺工廠（SEWC）在成都落成并投產(chǎn)，即西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)及研發(fā)基地。這早已不是“工業(yè)4.0”在中國登陸的孤例。華晨寶馬的沈陽鐵西工廠也采用了全集成自動化生產(chǎn)，多款車型可以在一條生產(chǎn)線上進行生產(chǎn)，極大優(yōu)化了效益。在云南昆明，昆明鋼鐵公司引入了高爐煉鋼爐集成驅動系統(tǒng)，以保證全自動的運行與安全監(jiān)控。SAP也在中國與許許多多企業(yè)伙伴合作，開發(fā)出適用于“工業(yè)4.0”的IT軟件系統(tǒng)。

不過，中國制造業(yè)更廣泛地向信息化、數(shù)字化和智能化升級轉型，還需要什么呢？西門子(中國)有限公司執(zhí)行副總裁、工業(yè)業(yè)務領域總裁吳和樂博士認為，數(shù)字化企業(yè)平臺是實現(xiàn)數(shù)字制造的載體，可以實現(xiàn)包括產(chǎn)品設計、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程，到生產(chǎn)執(zhí)行和服務的全生命周期的高效運行，以最小的資源消耗獲取最高的生產(chǎn)效率。

　　該平臺的實現(xiàn)需要企業(yè)以數(shù)字化技術為基礎，在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、工業(yè)以太網(wǎng)等技術的強力支持下，集成目前最先進的生產(chǎn)管理系統(tǒng)及軟件和硬件，如產(chǎn)品生命周期管理(PLM)軟件和制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)軟件以及控制和驅動技術等。

　　在提升資源效率層面，制造業(yè)企業(yè)首先需要考慮設備層面的資源效率提升方案。同時，企業(yè)需要將眼光放遠，關注能夠使全生命周期資源效率提升的整體解決方案，即將現(xiàn)有的技術和創(chuàng)新全部整合到一個數(shù)字化企業(yè)平臺中，從企業(yè)層面到設備層面給出“基于成本設計”及“基于節(jié)能和資源設計”的完整資源方案。