2014年的熱門詞匯“工業(yè)4.0”,是一個引起全世界關注的概念,掀起了新一輪工業(yè)革命的浪潮。2015年,隨著新一輪工業(yè)革命的到來,傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展方式將出現(xiàn)顛覆性、革命性的轉變。
誰能執(zhí)掌未來制造業(yè)的霸權?
沖在最前面的是德國。2013年德國政府推出定義為“第四次工業(yè)革命”的《工業(yè)4.0戰(zhàn)略》,2014年工業(yè)4.0概念受到世界各國高度關注。2015年日本率先響應,1月23日推出《機器人新戰(zhàn)略》。我國2015年也將出臺《中國制造2025》這項十年戰(zhàn)略規(guī)劃。
可以說,全球正出現(xiàn)以工業(yè)互聯(lián)網、智能制造為代表的新一輪技術創(chuàng)新浪潮,2015年將成為第四次工業(yè)革命元年。而新一輪工業(yè)革命將對工業(yè)經濟乃至大眾生活帶來深刻的影響。
第四次工業(yè)革命的起源
工業(yè)4.0在德國被認為是“第四次工業(yè)革命”。第一次工業(yè)革命發(fā)生在18世紀至19世紀,以蒸汽機的使用為標志,實現(xiàn)生產過程機械化;第二次發(fā)生于19世紀后半期的電力應用;第三次發(fā)生于20世紀后半期,以“可編程邏輯控制器(PLC)”為代表,實現(xiàn)生產工程的自動化。工業(yè)4.0被認為是機械化(第一次)、電氣化(第二次)、自動化(第三次)后的第四次工業(yè)革命。
未來十年,第四次工業(yè)革命將步入“分散化”生產的新時代。工業(yè)4.0通過決定生產制造過程等的網絡技術,實現(xiàn)智能制造,進行實時管理。智能制造中的生產設備具有感知、分析、決策、控制等功能,是先進制造技術、信息技術的集成和深度融合。智能生產過程中,傳感器、智能診斷和管理系統(tǒng)通過網絡互聯(lián),由程序控制上升到智能控制,從而制造工藝能夠根據(jù)制造環(huán)境和制造過程的變化,進行實時優(yōu)化,提升產品的質量和生產效率。
工業(yè)4.0本質是基于“信息物理系統(tǒng)”實現(xiàn)“智能工廠”
工業(yè)4.0將在前三次工業(yè)革命的基礎上進一步進化,基于信息物理系統(tǒng)(CyberPhysicalSystem)實現(xiàn)新的制造方式。信息物理系統(tǒng)是指通過傳感網緊密連接現(xiàn)實世界,將網絡空間的高級計算能力有效運用于現(xiàn)實世界中。從而,在生產制造過程中,與設計、開發(fā)、生產有關的所有數(shù)據(jù)將通過傳感器采集并進行分析,形成可自律操作的智能生產系統(tǒng)。
工業(yè)4.0中,各個環(huán)節(jié)都將應用互聯(lián)網技術,將數(shù)字信息與物理現(xiàn)實社會之間的聯(lián)系可視化,將生產工藝與管理流程全面融合。由此實現(xiàn)智能工廠,生產出智能產品。相對于傳統(tǒng)制造工業(yè),以智能工廠為代表的未來智能制造業(yè)是一種理想狀態(tài)下的生產系統(tǒng),能夠智能判斷產品屬性、生產成本、生產時間、物流管理、安全性、信賴性和可持續(xù)性等要素,從而為每個顧客進行最優(yōu)化的產品定制制造。
工業(yè)4.0的關鍵是信息技術應用
工業(yè)4.0的關鍵技術是信息技術。具體而言,包括生產設備聯(lián)網實現(xiàn)自律協(xié)調作業(yè)的M2M,通過網絡獲取大數(shù)據(jù)的應用,開發(fā)、銷售、ERP、PLM、SCM等業(yè)務管理系統(tǒng)與實際生產過程之間的協(xié)同。
第三次工業(yè)革命的自動化,僅是將生產工程作為對象,對其進行信息技術的應用。工業(yè)4.0將信息技術的應用對象大幅擴大。由此,工廠將不斷進化升級,工作組的最終報告中稱之為由物聯(lián)網與服務互聯(lián)網構成的“智能工廠”。
以往,通過信息技術實現(xiàn)的“智能化”可在智能手機、智能電表、智慧城市、智能電網等物品和服務中見到。工業(yè)4.0則是要實現(xiàn)工廠本身的智能化。除了工業(yè)4.0之外,美國通用電氣公司(GE)也提出過類似的概念“工業(yè)互聯(lián)網”。
工業(yè)4.0需要解決四大難題
工業(yè)4.0是由大規(guī)模批量生產向大規(guī)模定制生產轉變,是由集中生產向網絡化異地協(xié)同生產轉變,是由傳統(tǒng)制造企業(yè)向跨界融合企業(yè)轉變。德國工業(yè)4.0工作組的最終報告指出,實現(xiàn)工業(yè)4.0尚存在標準化、復雜的系統(tǒng)管理、通信基礎設施建設、網絡安全保障等四大難題。
(1)標準化:工廠要對內外的各種物品與服務進行聯(lián)網,那么,通信方式、數(shù)據(jù)格式等許多內容都需要標準化。
(2)復雜的系統(tǒng)管理:實際生產過程與各種業(yè)務管理系統(tǒng)協(xié)同之后,系統(tǒng)整體更加復雜化,對其進行管理將更困難。
(3)通信基礎設施建設:主要是指適用于工業(yè)的、具有高可靠性的通信基礎設施建設。
(4)網絡安全保障:工廠與外界實現(xiàn)聯(lián)網之后,惡意軟件的入侵、受到網絡攻擊的危險性將進一步提升,需要制定保障網絡安全的對策與解決方案。
未來,我國制造業(yè)將面臨同樣的難題。因此,加強與德國在工業(yè)4.0方面的合作,或將有助于前瞻性地解決這些難題,為未來制造業(yè)發(fā)展鋪平道路。
第四次工業(yè)革命將是最后一次工業(yè)革命?
未來制造領域,信息技術將得到史無前例的深度應用。互聯(lián)網技術發(fā)展正在對傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展方式帶來顛覆性、革命性的影響。信息技術的廣泛應用,可以實時感知、采集、監(jiān)控生產過程中產生的大量數(shù)據(jù),促進生產過程的無縫銜接和企業(yè)間的協(xié)同制造,實現(xiàn)生產系統(tǒng)的智能分析和決策優(yōu)化,使智能制造、網絡制造、柔性制造成為生產方式變革的方向。從某種程度上講,制造業(yè)互聯(lián)網化或者工業(yè)互聯(lián)網正成為一種大趨勢。
就產品而言,隨著信息技術在制造業(yè)領域的廣泛滲透,互聯(lián)網技術、人工智能、數(shù)字化技術嵌入傳統(tǒng)產品設計,使產品逐步成為互聯(lián)網化的智能終端。汽車將不僅僅是一個電子產品,未來更將是一個網絡產品,或者叫大型可移動的智能終端,具有全新的人機交互方式,通過互聯(lián)網終端把汽車做成一個包含硬件、軟件、內容和服務的體驗工具。
從制造模式而言,工廠的集中生產將向網絡協(xié)同生產轉變。信息技術使不同環(huán)節(jié)的企業(yè)間實現(xiàn)信息共享,能夠在全球范圍內迅速發(fā)現(xiàn)和動態(tài)調整合作對象,整合企業(yè)間的優(yōu)勢資源,在研發(fā)、制造、物流等各產業(yè)鏈環(huán)節(jié)實現(xiàn)全球分散化生產。這也使得傳統(tǒng)信息技術企業(yè)有機會更多地參與到制造業(yè)之中,而傳統(tǒng)制造企業(yè)則向跨界融合企業(yè)轉變。企業(yè)生產從以傳統(tǒng)的產品制造為核心轉向提供具有豐富內涵的產品和服務,直至為顧客提供整體解決方案,互聯(lián)網企業(yè)與制造企業(yè)、生產企業(yè)與服務企業(yè)之間的邊界日益模糊。
既然無論從制造模式角度來看,還是從產品角度來看,物質產品和服務都將被電腦存儲和處理的信息所取代。那么,制造業(yè)本身將不復存在,抑或制造業(yè)繼自動化、智能化之后不再有突破。
種種跡象顯示,“工業(yè)4.0”將是最后一次工業(yè)革命。