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德国工业4.0战略透视_1

  工业4.0项目是全球制造业最具竞争力的国家之一德国于2013年4月在汉诺威工业博览会上正式推出的项目,是2010年7月德国政府在《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一,旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。中国首套工业4.0流水线也已经亮相第十六届中国工业博览会,工业4.0业已进入中德合作新时代,中德双方签署的《中德合作行动纲要》中也存在有关工业4.0合作的内容。

  以智能制造为主导的

  第四次工业革命

  工业4.0是以智能制造为主导的第四次工业革命,或革命性的生产方法,包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变,目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式,旨在通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统信息物理系统(CPS)相结合的手段,将制造业向智能化转型。在这种模式中,传统的行业界限将消失,并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变,产业链分工将被重组。

  工业4.0项目主要分为三大主题,一是智能工厂,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现。二是智能生产,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划将特别注重吸引中小企业参与,力图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。三是智能物流,主要通过互联网、物联网、务联网,整合物流资源,充分发挥现有物流资源供应方的效率,而需求方则能够快速获得服务匹配,得到物流支持。

  多管齐下解决

  德国制造危机

  德国工业4.0战略的要点可以概括为:建设一个网络、研究两大主题、实现三项集成、实施八项计划。

  建设一个网络:信息物理系统网络。信息物理系统就是将物理设备连接到互联网上,让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能,从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合。CPS可以将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起,从而创造物联网及相关服务,并将生产工厂转变为一个智能环境。这是实现工业4.0的基础。

  研究两大主题:智能工厂和智能生产。智能工厂是未来智能基础设施的关键组成部分,重点研究智能化生产系统及过程以及网络化分布生产设施的实现。智能生产的侧重点在于将人机互动、智能物流管理、3D打印等先进技术应用于整个工业生产过程,从而形成高度灵活、个性化、网络化的产业链。生产流程智能化是实现工业4.0的关键。

  实现三项集成:横向集成、纵向集成与端对端的集成。工业4.0将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络,使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够互联,从而实现横向、纵向和端对端的高度集成。

  实施八项计划:工业4.0得以实现的基本保障。一是标准化和参考架构。需要开发出一套单一的共同标准,不同公司间的网络连接和集成才会成为可能。二是管理复杂系统。适当的计划和解释性模型可以为管理日趋复杂的产品与制造系统提供基础。三是一套综合的工业宽带基础设施。可靠、全面、高品质的通信网络是工业4.0的一个关键要求。四是安全和保障。在确保生产设施和产品本身不能对人与环境构成威胁的同时,要防止生产设施和产品滥用及未经授权的获取。五是工作的组织和设计。随着工作内容、流程和环境的变化,对管理工作提出了新的要求。六是培训和持续的职业发展。有必要通过建立终身学习和持续职业发展计划,帮助工人应对来自工作和技能的新要求。七是监管框架。创新带来的诸如企业数据、责任、个人数据以及贸易限制等新问题,需要包括准则、示范合同、协议、审计等适当手段加以监管。八是资源利用效率。需要考虑和权衡在原材料与能源上的大量消耗给环境及安全供应带来的诸多风险。

  实际上,工业4.0体现出德国对美国的危机感和极高的竞争意识。CPU、操作系统、软件以及云计算等网络平台几乎都由美国掌控。近两年来,谷歌开始进军机器人领域,研发自动驾驶汽车;亚马逊进入手机终端业务,开始实施无人驾驶飞机配送商品美国互联网巨头正在从信息领域加速进入物理业务领域。显而易见,这一趋势对制造业的破坏性影响只是时间问题,因此,德国产生了前所未有的危机感。

  近年来,从中国机械产业的高速增长中,德国看到的更多是德国制造自身的危机。数据显示,德国以16%的份额占据2013年全球机械出口首位,中国以11%的份额,略低于美国位于全球第三。同时,在全球设备制造业的32个子行业中,中国已经在7个子行业中取得了领先地位。更有甚者,美国波士顿咨询公司的一篇相关分析报告曾提出警告:欧洲机械制造商必须意识到,竞争环境已经改变,必须对越发明显的威胁做出反应,否则他们将被来自中国的咄咄逼人的挑战者打倒。由此,德国《世界报》网站在去年3月27日报道称中国机械制造业严重威胁德国!由此看来,德国对中国制造业的防备之心已显而易见。

  工业4.0与两化深度融合

  异曲同工

  工业4.0的核心需求是提升现有的通信网络,以提供保证的延迟时间、可靠性、服务质量和通用带宽。为与国家IT峰会在《2011年的数字基础设施年鉴》中提出的建议一致,需要在德国和其制造伙伴国家之间大规模地扩大宽带互联网基础设施建设。高运行可靠性和数据链路可用性是机械工程及自动化工程应用的关键。保证的延迟时间和稳定的连接是关键,因为这直接影响应用程序的性能。网络运营商应该多做些工作,以满足企业的意愿。

  德国工业4.0战略与我国提出的两化深度融合有很多相通之处。在某种程度上,两化融合可称为我国工业的3.0,两化深度融合可以说是我国工业的4.0。在新的发展背景下,只有将信息化的时代特征与我国工业化历史进程紧密结合起来,把两化深度融合作为主线,才能为推动工业转型升级注入新的动力,也才能在向工业化迈进的过程中占得先机。

  超前部署建设国家信息物理系统网络平台。美、德等世界工业强国都高度重视信息物理空间构建,加强战略前瞻部署,并取得积极研究进展。中国要决胜未来的竞争,必须在构建信息物理系统网络平台上先行一步。一方面,在国家新的信息化发展战略中加强对CPS的总体布局,研究制定CPS建设的战略目标、重点任务、发展路径和政策举措。同时,在制造业发展、智慧城市建设、国家网络和信息安全等工作中加强前瞻部署与应用推广。另一方面,可借鉴美国组建国家制造创新网络中心的做法,组建一批国家信息物理系统网络平台,负责承担基础理论研究,组织力量研发突破CPS软件、传感器、移动终端设备等工具和装备,推动重点行业企业的开发应用。

  用标准引领信息网络技术与工业融合。工业4.0战略的关键是建立一个人、机器、资源互联互通的网络化社会,各种终端设备、应用软件之间的数据信息交换、识别、处理、维护等必须基于一套标准化的体系。为了保障工业4.0的顺利实现,德国把标准化排在八项行动中的第一位,同时建议在工业4.0平台下成立一个工作小组,专门处理标准化和参考架构的问题。我们在推进信息网络技术与工业企业深度融合的具体实践中,也应高度重视发挥标准化工作在产业发展中的引领作用,及时制定出台两化深度融合标准化路线图,引导企业推进信息化建设。同时,还要着力实现标准的国际化,使得中国制定的标准得到国际上的广泛采用,以夺取未来产业竞争的制高点和话语权。

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