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王茹：德国发展工业4.0的优势与挑战

[宁波电工电气协会]发表于 2016-10-31 10:38:02 阅读次数：0 次

 　如果说美国的互联网＋工业模式更强调“互联网”，那么德国的工业4．0模式则更注重“工业”，换言之，美国本轮再工业化进程更依赖“软件”优势，而德国则更偏重“硬件”。德国工业4．0是工业化与信息化结合的产物，核心是网络化、信息化和智能化，是真正意义上的工业革命。根据对德国工业领域的考察和研究，其主要优势体现在信息物理系统、中小企业作用、产业组织、标准先行和人力劳动的灵活性等方面，未来面临的主要挑战包括短时间可能难以实现、网络安全问题、技术成本较高、高人工成本对竞争力的威胁、原有系统能否与工业4．0新系统结合以及信息孤岛如何打破。

　　信息物理系统

　　工业4．0被认为是以智能制造为主导的第四次工业革命，旨在通过深度应用信息技术和网络物理系统等技术手段，将制造业向智能化转型，其中CPS（信息物理系统）是关键通用技术。德国目前居于世界领先地位的有嵌入式系统、传感器和气动式控制系统。信息物理系统制造商、M2M、嵌入式系统、智能传感器和执行器制造商很可能成为全球市场和创新领先者。信息物理系统的应用将传统工业的3C（计算Computing、通信Communication和控制Control）拓展为6C，增加了内容（Content）、协同（Community）、定制化（Customization）。利用新的技术，工业企业可以德国具有比较优势的信息物理系统包括智能设备、数据存储系统和生产制造业务流程管理，可以使订单自动通过整个价值创造链条，自动预订加工机器和材料，自动组织向客户供货，自动优化物流体系，并在生产环节实现数字化、可视化的智能制造。

　　中小企业发挥重要作用

　　小而精是德国中小企业的特点，小是指企业的规模相对于大企业而言，从业人数较少，精是指产品的科技含量和单位产值较高。但其实并不是所有的制造业都是以中小企业为主的，这种企业结构主要存在于机器设备制造业以及信息和通信产业，而在金属、钢铁和其他有色金属制造，重型机械和电力机械制造，人造染料、纤维、肥料以及新材料和化学工业等领域，则是以“大企业”为主导，但也有大量中小企业，且与大企业形成了比较和谐的共存和发展关系。各类智能互联制造平台将中小企业整合到新的价值网络中，进一步增强了中小企业的活力，使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者，从而带动产业结构整体升级。

　　产业组织结构加速转型

　　德国正由传统的大型企业集团掌控的供应链主导型向产业生态型演变，平台技术以及平台型企业将在产业中展现出更多的作用。根据德国工业4．0标准化路线图，可将工业4．0的参与者分为三类：技术供应方、基础设施供应方和工业用户，分别负责提供关键的产品技术、软件支持结构或服务以及利用新技术优化生产过程。从生产流程管理、企业业务管理到研究开发产品生命周期的管理形成的“协同制造模式”（CollaborativeManufacturingModel，CMM），使企业价值链从单一的制造环节向上游研发与设计环节延伸，企业管理链从上游向下游生产与制造环节拓展，形成集成了工程、生产制造、供应链和企业管理的网络协同制造系统。

　　标准先行

　　标准化是保持领跑的先决条件、产业竞争的制高点、保证制造业企业市场竞争力的关键，也是实行贸易保护的重要技术手段。德国是世界工业标准化的发源地，约有2／3的国际机械制造标准来自“德国标准化学会DIN”，包括一系列专业委员会，如机械制造标准委员会（NAM）、机床标准委员会（NWM）、电工委员会（DKE）、技术监督协会（TUV）等，以及申克（SCHENCK）、鲁尔奇（LURGI）、道依奇（DEUTZ）三大公司的标准化室等。标准的功能主要体现在信息提供上，减少复杂多样性和不匹配。标准化每年为德国带来可观的经济利益，德国企业对“谁制定标准谁就拥有市场”体会颇深。

　　人力劳动的灵活性

　　未来的工业生产需要大量有素质和能力的员工来面对灵活性的需求。未来控制标准化的日常工作可以依赖信息物理系统，而复杂的决策工作保留给人，生产过程中机器和人的关系将更加紧密，合作方式更加灵活，人的灵活性要与机器设备的灵活性相匹配，组成团队共同工作。在德国，携带智能装备的人被吸纳到工业4．0之中，工人通过移动终端调取相关信息、应用和商业数据，信息可以分散式获取、加工、反馈。例如越来越多的工厂开始使用IproductionPad作为增强型辅助设备，按照不同情形给人提供相应信息和辅助系统。

　　短时间可能难以实现

　　生产工具、机器、信息技术结构、联网标准和通信标准的异质性，以及投资规模的大小，会导致在5年内很难取得生产方面的变革。这个变革时间大概需要20年。必须找到“低挂水果”，尽早取得可以利用的成果，并将容易取得的成果融入产品和服务之中。一批顶尖企业要首先进行投资并证明可行性和价值，这取决于应用型研究。

　　网络安全问题会使互联网系统受到威胁

　　网络时代一旦发生安全问题蔓延性很强。未来一是要确保生产设施和产品本身对人或环境不造成任何危险；二是防止数据被滥用和未经授权的访问。因此，当务之急是必须妥善处理好保密安全问题。在工业4．0中，以往的界限都将消失，生产性信息技术、销售物流、零部件产业、商业信息技术等领域都将链接到一起。数字世界和现实世界日益融合，网络安全挑战却越发严峻。就德国高科技工业而言，特别是机械设备制造业的中小企业，采取有力措施应对非法网络攻击对它们的存亡至关重要。面对非法攻击，云端数据也应得到更强有力的安全保障。

　　技术成本较高

　　现行标准和准则下，数据记录成本大大超过了收益。使用移动终端能够部分降低数据记录成本，但影响不明显。随着生产系统与其他系统连接起来，整个系统变得复杂，管理变得越来越困难。制造系统正在日益变得复杂，适当的计划、描述和说明模型（模块化）可以为这些复杂系统提供管理基础。工程师们需要为了发展这些模型而进行更多的模块化研究，包括方法创新和工具应用，研发成本和技术成本螺旋式上升。

　　如何在高人工成本条件下保持竞争力

　　德国制造业领域共770万左右个岗位，员工成本占比达20％，每小时工资成本超过35欧元（美国平均每小时24欧元，中国每小时2．7欧元）。德国制造依靠高技术、高质量的产品定价是否能够支撑如此高的人工成本、是否能保证产业竞争力还有待验证。

　　原有系统能否与工业4．0新系统结合

　　传统工业生产的ERP系统被设计为集中系统，适应大规模自动化生产的需求，而工业4．0的生产系统为满足个性化、定制化的生产需求应更加小型化、分散化，集中系统向分散系统转化难度较大、成本较高。对企业而言的一大挑战是如何在提高灵活性、提高系统兼容性和提高合规程度之间取得平衡。

　　通用开放平台如何打破信息孤岛

　　在德国漫长的信息化发展过程中，企业发展前期通常是对需求迫切的部门先在相对独立的业务流程中开发出一套信息系统，导致出现很多信息孤岛。由于缺乏统一标准的硬件和基础软件支撑，工业软件被不同技术规范的执行平台所绑定，而工业4．0的本质要求软件和系统标准化、开放化、通用化。(来源：中国低压电器网）
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