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近觀德國“工業4.0”：正在進行的工業革命

    中德雙方近期宣布，兩國將開展“工業4.0”合作，該領域合作有望成為中德未來產業合作的新方向。“工業4.0”是在德國學術界和產業界的建議和推動下形成的，已上升為德國國家級戰略。僅從定義看，它是指工業生產方式的革新，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，互聯網、大數據、云計算、物聯網等新技術給工業生產帶來的革命性變化。不過，據稱德國業界有300多種對于“工業4.0”的不同闡述，而這主要是因為“工業4.0”是一場正在實際進行的工業革命。

　　未來工廠

　　被譽為德國“工業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的一個縮影。

　　這座位于巴伐利亞州東北小鎮上的工廠其貌不揚，只有三座外觀簡樸的廠房，但卻擁有歐洲最先進的數字化生產平臺。工廠主要生產PLC和其他工業自動化產品，在整個生產過程中，無論元件、半成品還是待交付的產品，均有各自編碼，在電路板安裝上生產線之后，可全程自動確定每道工序；生產的每個流程，包括焊接、裝配或物流包裝等，一切過程數據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，流水生產出各具特性的產品。

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

　　安貝格工廠不是孤例，相似的生產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、機床制造業等領域。

　　行業分析人士指出，“工業4.0”至少發出了這樣一些革命性訊號：首先，工業生產的出發點將發生變化。通過規模效應以及員工生產率來降低成本的時代一去不返，未來工業制勝的秘訣在于如何在提高生產率的同時盡量縮短產品從創意到上市的周期，以及如何滿足更復雜、個性化的產品需求。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自動化應用中心（IOSB-INA），專門為企業研發并生產推動“工業4.0”所需的設備和解決方案。

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

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

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

　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，部件之間才能自發地相互交流。

　　德國信息技術產業協會、德國機械制造商協會和德國電器電子行業協會共同開展的調查表明，被調查的近300家企業中有半數以上都認為數據的標準化是“工業4.0”所提出的最大挑戰，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會和國際標準化組織。”西門子工業業務領域標準語規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據包，這套數據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地實現聯網，還能互相約定合作的條款。除此之外，還有一項因素在數字“格式”的設備描述中發揮著關鍵作用，這就是名為OPCUA（針對過程控制統一架構的對象鏈接和嵌入）的通訊協議。“OPCUA可用于實現設備的自發聯網，并使設備在所處環境中展現出自身的特征，”雅思博奈特解釋說。“這個協議還能把來自生產的信息直接傳遞給生產規劃和ERP系統。”

　　“工業4.0”在中國

　　“工業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字化企業平臺工廠（SEWC）在成都落成并投產，即西門子工業自動化產品成都生產及研發基地。這早已不是“工業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，多款車型可以在一條生產線上進行生產，極大優化了效益。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，以保證全自動的運行與安全監控。SAP也在中國與許許多多企業伙伴合作，開發出適用于“工業4.0”的IT軟件系統。

不過，中國制造業更廣泛地向信息化、數字化和智能化升級轉型，還需要什么呢？西門子(中國)有限公司執行副總裁、工業業務領域總裁吳和樂博士認為，數字化企業平臺是實現數字制造的載體，可以實現包括產品設計、生產規劃、生產工程，到生產執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效率。

　　該平臺的實現需要企業以數字化技術為基礎，在物聯網、云計算、大數據、工業以太網等技術的強力支持下，集成目前最先進的生產管理系統及軟件和硬件，如產品生命周期管理(PLM)軟件和制造執行系統(MES)軟件以及控制和驅動技術等。

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