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工业4.0下德国企业的“精益观”

自2008年一场席卷全球的金融危机后,使欧美国家尝到了忽视实体经济的“苦果”。之前欧美国家掀起“去工业化”或者全球化浪潮,随着制造业外移,重点发展金融、房地产和服务业,虚拟经济迅速膨胀,结构性矛盾凸显。到2008年金融危机爆发时,虚拟经济的脆弱性被暴露的一览无遗。为了解决产业“空心化”和失业率攀升的问题,欧美国家相继开始加速“再工业化”,推动制造业“回归”。

从“去工业化”向 “再工业化”的趋势过渡,成本偏高和资源枯竭的问题依然无法回避,而单靠政策扶持显然无法驱使以营利为目的、追求效益最大化的企业重回制造业。所以,在欧美国家制造业复苏、外移企业回归本土背后同时酝酿着新工业时代的技术革命。

 

工业4.0的提出与发展

工业4.0是由德国政府《德国2020高技术战略》中所提出的十大未来项目之一。该项目由德国联邦教育局及研究部和联邦经济技术部联合资助,投资预计达2亿欧元,旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及基因工程学的智慧工厂,在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其核心是“智能制造”(intelligent manufacturing),也就是说,要把信息技术工具应用到实际生产当中。这一理念主要包括三个部分:信息物理系统(cyber-physical systems)、物联网(the Internet of things),以及云计算(cloud computing)。这个理念放在德国,就是用物联网(the Internet of Things)将全球生产和创新网络中的中小企业有效连接起来,这样他们就可以同时做到提高批量生产效率和高效的定制化商品生产,最后达到快速、有效和个人化的产品供应。

2 0 13年4月的汉诺威工业博览会上德国政府正式推出“工业4.0战略”,其目的是为了提高德国工业的竞争力,在新一轮工业革命中占领先机。 该战略已经得到德国科研机构和产业界的广泛认同,弗劳恩霍夫协会将在其下属6-7个生产领域的研究所引入工业4.0概念,众多德国公司已经开始将这一概念引入其工业产品和软件开发及生产制造系统。工业4.0是涉及诸多不同企业、部门和领域,以不同速度发展的渐进性过程,跨行业、跨部门的协作成为必然。同样是在2013年汉诺威工业博览会上,由德国机械设备制造业联合会(VDMA)、德国电气和电子工业联合会(ZVEI)以及德国信息技术、通讯、新媒体协会(BITKOM)三个专业协会共同建立的工业4.0平台正式成立。

图1:德国工业4.0平台及其组织

 

实施“工业4.0战略”的企业要遵循以下四个设计原则:

●互通能力(interoperability)——机器、设备、传感器以及人员通过物联网联系和沟通的能力

●信息透明(information transparency)——通过传感器数据在信息系统创建虚拟现实世界版本的能力

●技术支持(technical assistance)——通过将信息整合和可视化,让技术系统协助工作人员做出决策;让信息物理系统协助工作人员执行一些对人类有安全威胁的工作任务

●分散决策(decentralized decisions)——让信息物理系统自主决策并执行工作任务的能力

 

未来工业蓝图

生产效率是制造企业首先会考虑的问题。在具体生产流程方面,工业4.0对企业的意义在于:它能够将各种生产资源,包括生产设备、机器人、仓储系统和生产设施形成一个循环网络,进而通过物联网和服务应用,实现贯穿整个智能产品和系统的价值链网络的横向、纵向的链接和端对端的数字化集成,提高生产效率,从而实现智能工厂。通过智能工厂制造系统在分散价值网络上的横向连接,就可以在产品开发、生产、销售、物流、服务的过程中,借助软件和网络的监控和交流,根据最新情况灵活地实时地调整生产工艺,而不再是完全遵照几个月或者几年前的计划。

通过智能工厂制造系统在工厂和企业之间业务流程上的纵向连接,产品与生产设备之间就可以实时交换信息和指示,端到端的透明度有利于决策优化。简单来讲,工业4.0能够使日益复杂的制造流程变得可控,将以往不可记录的生产细节变得可以追踪,并能在环境和需求变动中实现可持续性的盈利。

另外,工业4.0将发展出全新的商业模式和合作模式,这些模式可以满足那些个性化的、随时变化的顾客需求。新生产出来的智能产品将会有一个IP址,通过IP地址连到物联网上去,从而可以在任一时间点定位、识别智能产品,并能知道它们的“历史”、当前状态和为了实现其目标状态的替代路线。

而从终端消费者消费所产生的需求信号,通过一个全球性网络传递给制造商,借助大数据分析,制造商就可以预测市场需求,甚至根据需求来定制化的生产。过去传统的生产,包括第三工业革命之后的生产,仍然是大批量的生产,现在可以通过软件跟智能生产设备的结合,灵活地调整生产工序,并以一个比较合适的经济成本来制造出用户所需要的产品。 

 

图2 工业4.0的参考架构模型(RAMI 4.0)

同时,智能辅助系统可以将工人从执行端“解放”出来,使他们能够从事更多的创新、增值活动。鉴于全球老龄化问题引发的技术工人短缺问题日益严重,智能化生产还允许年长的工人延长其工龄,解决“招工难”的问题。德国拥有世界第二年老的人口,仅次于日本。在德国许多制造公司中,员工的平均年龄超过四十岁,年轻员工的数量在不断地下降,而这种现象在发达国家中已经比较普遍。基于老龄化和虚拟经济恶性膨胀造成的教训,欧美国家显然会比中国更有动力向工业4.0迈进。

新的工业时代孕育着新的机遇,中国能否迅速转变观念并找到迈向工业4.0的最佳路径,也是影响未来几十年中国经济走向的关键性问题。

 

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