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AVA智庫:什么是“工業4.0”?

德國的制造業是世界上最具競爭力的產業部門之一。這歸功于德國制造業能夠管理復雜的工業生產過程,不同任務由位于不同地點的合作伙伴完成。近二三十年來,德國制造業已成功地利用信息通信技術(ICT)實現對工業生產過程的管理——如今,大約90%的工業生產過程已應用ICT技術。在過去三十年甚至更早以前,IT革命使我們生活和工作的世界發生了徹底改變,其影響力可媲美分別成就前兩次工業革命的機械和電力。

隨著個人電腦向智能設備演變,一種新的趨勢開始顯現:越來越多的IT基礎設施和服務通過智能網絡(云計算)來提供。伴隨微型化和互聯網的持續發展,這一趨勢宣告了人們期盼的普適計算已成為現實。

通過無線,越來越多功能強大的、自主的微型電腦(嵌入式系統)實現了與其他微型電腦和互聯網的互聯。這意味著物理世界和虛擬世界(網絡空間)以信息-物理系統(CPS)的形式實現了融合。

新的互聯網協議IPv6于2012年推出后,目前已經有足夠多的IP地址可供智能設備通過互聯網實現直接聯網。于是,網絡資源、信息、物體和人之間能實現物聯網及服務互聯網。這也將擴展至工業領域:在制造業中,這種技術演化可以描述為“第四階段的工業化”或“工業4.0”。

工業革命的四個階段 放大圖片
圖1 工業革命的四個階段
 
18世紀工業化的進程,始于機械制造設備的出現。那時候,紡織機一類的機器大大改變了生產產品的方式。第一次工業革命之后,在勞動分工的基礎上,20世紀的第二次工業革命實現了電力驅動的規模化生產。之后,便是從20世紀70年代初直到現在的第三次工業革命。第三次工業革命利用電子和信息技術(IT)提高了制造過程的自動化程度,機器取代了相當一大部分的“體力勞動”和一部分“腦力勞動”。

德國應充分利用其作為世界領先的制造設備供應商及在嵌入式系統領域的優勢,通過利用物聯網及服務互聯網向制造領域擴展這一趨勢,在向第四階段工業化邁進的過程中先發制人。

工業4.0的部署不僅將增強德國的競爭地位,而且有助于應對全球挑戰(如資源和能效)和國內挑戰(如人口結構的變化)。

然而,在對技術創新進行考慮時,結合社會文化語境是至關重要的,因為文化和社會的變化同樣也是在他們各自領域中創新的主要動力。

比如,人口結構的變化擁有改變我們社會所有關鍵領域的潛力,如組織學習的方式、工作的性質、健康(隨著人們活的越來越長)和社區的基礎設施。這又將反過來對德國生產力造成顯著的影響。通過優化技術和社會創新過程的關系,我們能夠為提升德國經濟的競爭力和生產力做出重要貢獻。

在制造業中利用物聯網及服務互聯網

物聯網及服務互聯網能夠創造一個包含全部生產過程的網絡,將工廠轉變成為一個智能環境。信息物理生產系統由智能機器、倉儲系統、生產設備組成。該生產系統是數字化的,基于ICT技術實現了端到端的整合——從運入物流到生產,再到營銷、運出物流和服務(維修)。信息物理生產系統不僅使生產能夠得到更加靈活的配置,也能夠充分利用差異化管理和流程控制所提供的機會。

除了優化現有基于IT的流程,工業4.0還將釋放對具體流程和全球范圍內整體效應進行更多差異化跟蹤的潛力。這些都是目前難以實現的。工業4.0還將使商業伙伴(如供應商和客戶)、員工之間的關系更加緊密,并提供更多互惠互利的新機遇。

作為世界領先的制造設備供應商,德國需要發掘新形式工業化的潛力,以與其獨特的地位相匹配。德國的全球市場領導者包括許多提供專業解決方案的“隱形冠軍”(即小而強的公司)——德國前100名中小企業中有22家是機械和設備制造商,其中3家排名在前10位之內。許多德國機械和設備制造領域的領軍人物都認為,他們的主要競爭對手是國內廠商。機械設備與汽車、化學品同為德國主要的出口產品之一。

此外,德國的機械和設備制造商都希望保持其在未來的領先地位:60%的德國機械設備制造商都相信,他們的技術競爭優勢在未來五年內會得到提高,只有不到40%的制造商希望維持當前的競爭地位。

然而,機械制造領域的全球競爭正在日趨激烈。在亞洲同行日益威脅著德國制造商的同時,美國的對手也在采取措施,通過一系列方案對抗工業退化,大力推進“先進制造業”。

此外,制造業也在變得更加具有活力、也更加復雜。比如,激光燒結技術的進步意味著目前在幾小時內已經能夠“打印”出高質量的、復雜的3D結構。這引起了全新商業模型和服務的產生,終端消費者變得更為密切相關——消費者能夠創造自己的設計,之后發送電子郵件到一家“復印店”,他們也可以讓一些物品被掃描和“復印”。

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