第一次工業(yè)革命是機(jī)械化革命,誕生于18世紀(jì)晚期,瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)后,1784年問世的珍妮紡織機(jī)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的機(jī)械化,從而誕生了車間、工廠,大量農(nóng)民與手工業(yè)者成為產(chǎn)業(yè)工人,機(jī)械化革命成就了英國日不落帝國的傳奇,也促使人類從農(nóng)耕文明走向了工業(yè)文明。
第二次工業(yè)革命是電氣化革命,標(biāo)志事件是1870年,美國辛辛那提屠宰場的自動化生產(chǎn)線建成,企業(yè)能夠大批量生產(chǎn)、流水線式的生產(chǎn),該時期以福特汽車為代表,工業(yè)進(jìn)入了大批量的生產(chǎn)階段。
第三次工業(yè)革命是信息化革命,是上世紀(jì)70年代開始的,核心技術(shù)就是PLC以及后來的互聯(lián)網(wǎng)。進(jìn)入信息化革命后,人們可以從繁復(fù)的勞動中得到初步解放,從而將更多精力投入到創(chuàng)造性工作當(dāng)中,因此技術(shù)進(jìn)步呈加速狀態(tài),新興技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的周期越來越短。
第四次工業(yè)革命就是現(xiàn)在的工業(yè)4.0,通過賽博物理系統(tǒng) (Cyber-Physical System,簡稱CPS系統(tǒng)),將智能機(jī)器、存儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施融入到整個生產(chǎn)系統(tǒng)中,并使人、機(jī)、料等能夠相互獨(dú)立地自動交換信息、觸發(fā)動作和自主控制,實(shí)現(xiàn)一種智能的、高效的、個性化的、自組織的生產(chǎn)方式,推動制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。
在德國人的愿景中,工業(yè)4.0是一種高度自動化、高度信息化、高度網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)狀態(tài),工廠內(nèi)人、機(jī)、料自主協(xié)同,自組織、高效運(yùn)轉(zhuǎn),工廠外,通過端對端集成、橫向集成,實(shí)現(xiàn)了價(jià)值鏈的共享、協(xié)作,效率、成本、質(zhì)量、個性化都得到了質(zhì)的飛躍。
雖然處境很困難,但德國也并非沒有機(jī)會。中國俗話說的好,危機(jī)危機(jī),危險(xiǎn)中孕育著機(jī)遇。其實(shí),德國還是很有機(jī)會的,完全可以通過揚(yáng)長補(bǔ)短,把自己的優(yōu)勢鑄就利器,一招制敵,從而帶領(lǐng)德國制造業(yè)突出重圍,取得最終的勝利。
眾所周知,德國具有雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)與全球領(lǐng)先的制造業(yè),如機(jī)床、汽車等行業(yè),占據(jù)絕對的領(lǐng)先優(yōu)勢,另外在嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、工業(yè)軟件等,均處于全球領(lǐng)導(dǎo)者的位置,這是德國實(shí)施第四次工業(yè)革命的技術(shù)基礎(chǔ)。通過將嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、工業(yè)軟件、自動化設(shè)備等這些德國的優(yōu)勢技術(shù)攥成拳頭,形成以CPS為代表的工業(yè)4.0戰(zhàn)略核心,引領(lǐng)全球制造業(yè)發(fā)展,并將帶領(lǐng)德國所向披靡、天下無敵。
CPS是賽博物理系統(tǒng)(Cyber-Physical System)的縮寫,這是工業(yè)4.0的核心。很多人將CPS翻譯成信息物理系統(tǒng),是不恰當(dāng)?shù)摹PS是一個綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理實(shí)體的多維復(fù)雜系統(tǒng),通過3C(Computing、Communication、Control)技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作,通過人機(jī)交互接口實(shí)現(xiàn)和物理進(jìn)程的交互,使賽博空間以遠(yuǎn)程的、可靠的、實(shí)時的、安全的、協(xié)作的方式操控一個物理實(shí)體。CPS系統(tǒng)包含了將來無處不在的環(huán)境感知、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)控制等系統(tǒng)工程,使物理系統(tǒng)具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)作和自治功能,從中可以看出,賽博遠(yuǎn)非信息二字能代替的。為避免誤導(dǎo)讀者,筆者建議大家用音譯,稱之為賽博物理系統(tǒng)遠(yuǎn)勝過信息物理系統(tǒng)。
CPS成為新一次工業(yè)革命的核心,不只是得到德國的高度重視,即便在CPS的發(fā)源地,美國總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問委員會在2007年7月,在《挑戰(zhàn)下的領(lǐng)先——競爭世界中的信息技術(shù)研發(fā)》報(bào)告中列出了八大關(guān)鍵的信息技術(shù),其中CPS位列首位。
因此,德國工業(yè)4.0將CPS定位為核心技術(shù),既是技術(shù)發(fā)展的需要,也是德國基于自身優(yōu)勢建立起來的技術(shù)堡壘,CPS對德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略來說,具有攻防兼?zhèn)涞墓δ堋?/div>
圖2 CPS系統(tǒng)在工業(yè)4.0的位置
2)發(fā)揮高素質(zhì)勞動者的優(yōu)勢
一提起德國人,大家不約而同地想到敬業(yè)、嚴(yán)謹(jǐn),這些都是現(xiàn)代工業(yè)所必須要具備的基本素質(zhì),而在產(chǎn)業(yè)工人素質(zhì)方面,德國人在全球都是首屈一指的。
另外,德國在高素質(zhì)工程技術(shù)人員與技術(shù)工人培養(yǎng)的方面,也具有非常領(lǐng)先的優(yōu)勢,可以為企業(yè)提供大量技能嫻熟、工作敬業(yè)的高素質(zhì)勞動者,這也是德國制造業(yè)競爭的優(yōu)勢之一。
3)發(fā)揮成熟的社會化協(xié)作的優(yōu)勢
通過200多年來的工業(yè)革命,德國形成了政府、企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)等多層次成熟的協(xié)作體制及協(xié)作能力,這也是促進(jìn)德國創(chuàng)新的重要動力。比如主導(dǎo)工業(yè)4.0戰(zhàn)略的弗勞恩霍夫協(xié)會,協(xié)會下設(shè)80多個研究所,近15000科研人員,年經(jīng)費(fèi)10億歐元,是公助、公益、非營利的科研機(jī)構(gòu),一年可為3000多企業(yè)客戶完成約10000項(xiàng)科研開發(fā)項(xiàng)目,為企業(yè),特別是中、小企業(yè)開發(fā)新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝,協(xié)助企業(yè)解決自身創(chuàng)新發(fā)展中的組織、管理問題。
德國具有成熟的社會化協(xié)作方面,這些被稱為創(chuàng)新聚集帶的合作模式,是指相關(guān)各類型企業(yè)、大學(xué)以及研究機(jī)構(gòu)所組成的開放的創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò),并根據(jù)各自的優(yōu)勢在鏈條上的不同階段工作。各方可以進(jìn)行知識、信息的共享,既有消費(fèi)者、供應(yīng)商與企業(yè)之間縱向共享,也有在同一產(chǎn)業(yè)企業(yè)之間的橫向共享。
這是將來德國實(shí)現(xiàn)三個集成,實(shí)現(xiàn)社會化生產(chǎn),特別是端對端、橫向集成的社會基礎(chǔ)。
因此,德國通過工業(yè)4.0戰(zhàn)略,將這些技術(shù)、人才、社會協(xié)作化等方面的優(yōu)勢競爭整合,完全可以形成自己的整體競爭優(yōu)勢。
2、通過技術(shù)手段,劣勢瞬間變優(yōu)勢
雖然在全球競爭面前,德國具有老齡化、中小企業(yè)居多等不利因素,但德國可以通過技術(shù)手段的改造,這些劣勢瞬間就可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)勢。
1)通過網(wǎng)絡(luò)化,快艇變航母
上一講說過,德國絕大部分企業(yè)是家族型的中小企業(yè),他們非常注重品牌與長期競爭力,在產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量保障方面投入非常大,企業(yè)具有很強(qiáng)的技術(shù)與質(zhì)量優(yōu)勢,很多是行業(yè)的隱形冠軍,可稱之為商海中的快艇。但由于這些企業(yè)規(guī)模不大,參與全球競爭方面面臨著心有余而力不足的尷尬。
德國人發(fā)現(xiàn),在成熟社會化分工、協(xié)作的基礎(chǔ)上,通過技術(shù)手段,這些缺點(diǎn)就可以完全被避免。如按照產(chǎn)品鏈或者生態(tài)圈的概念,通過縱向集成、端對端集成、橫向集成的三種集成方式,將相關(guān)企業(yè)進(jìn)一步緊密集成在一起,快艇連接成了航母,企業(yè)既具有高度的靈活性與創(chuàng)新能力,又保證了在國際上的競爭能力。通過個性化的、分散式的生產(chǎn),就可完勝中國集中的、大規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式,德國劣勢瞬間將會變?yōu)閮?yōu)勢。
下面我們就分析一下工業(yè)4.0中的三項(xiàng)集成是如何幫助德國工業(yè)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變的。
圖3 工業(yè)4.0的三項(xiàng)集成
為充分發(fā)揮社會化協(xié)同制造的優(yōu)勢(包含產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)等內(nèi)容),德國人在工業(yè)4.0中提出來3項(xiàng)集成:縱向集成、端對端集成、橫向集成。
縱向集成的全稱為“縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)”,其實(shí)質(zhì)是“將各種不同層面的IT系統(tǒng)集成在一起(例如,執(zhí)行器與傳感器、控制、生產(chǎn)管理、制造和執(zhí)行及企業(yè)計(jì)劃等不同層面)”(摘自德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施建議),也就是說將企業(yè)內(nèi)不同的IT系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)施(以數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備為主)進(jìn)行全面的集成,目的是建立一個高度集成化的系統(tǒng),為將來智能工廠中網(wǎng)絡(luò)化制造、個性化定制、數(shù)字化生產(chǎn)提供支撐。
圖4 縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)
端對端的集成是指“通過產(chǎn)品全價(jià)值鏈和為客戶需求而協(xié)作的不同公司,使現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界完成整合”。(摘自德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施建議),也就是說,通過產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期的工程活動,最典型的例子,如小米、蘋果手機(jī)圍繞產(chǎn)品的企業(yè)間的集成與合作。
請見下圖。(圖示中“產(chǎn)品”二字,是Production execution,此處應(yīng)該翻譯為“制造執(zhí)行”或者“生產(chǎn)”比較準(zhǔn)確,筆者注)
圖5 端對端的集成
橫向集成是“指將各種使用不同制造階段和商業(yè)計(jì)劃的IT系統(tǒng)集成在一起,這其中既包括一個公司內(nèi)部的材料、能源和信息的配置,也包括不同公司間的配置(價(jià)值網(wǎng)絡(luò))”(摘自德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施建議)。也就是以供應(yīng)鏈為主線,實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的三流合一(物流、能源流、信息流),實(shí)現(xiàn)一種社會化協(xié)同生產(chǎn)。
圖6 橫向集成
簡單地講,縱向集成是一個企業(yè)內(nèi)部的集成,包括企業(yè)內(nèi)部信息化系統(tǒng)之間、信息化系統(tǒng)與生產(chǎn)設(shè)備之間的集成,是點(diǎn)的概念,是其他兩個集成的基礎(chǔ);端對端是圍繞產(chǎn)品生命周期企業(yè)間的集成,是產(chǎn)品價(jià)值鏈的集成,是線(或叫鏈)的概念;橫向集成是以供應(yīng)鏈為主線,企業(yè)間之間的集成,是社會化合作的重要基礎(chǔ),是生態(tài)圈、是網(wǎng)的概念。
德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略中,通過以上三個集成,全面打通企業(yè)內(nèi)部(信息化系統(tǒng)及生產(chǎn)設(shè)備)、企業(yè)之間、社會化的集成、協(xié)同,實(shí)現(xiàn)靈活的、個性化的、高效的、社會化、智能的生產(chǎn)。
2)通過數(shù)字化、智能化,年老變成寶
德國人力資源匱乏、老齡化嚴(yán)重,如果在自動化的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化生產(chǎn),體力勞動將大為減少,對勞動者的體力、反應(yīng)敏捷度等方面的要求也將大大降低。在這種工作環(huán)境中,體力將不再是問題,這些老齡的勞動者可繼續(xù)工作,延長他們的職業(yè)生涯,而他們的豐富經(jīng)驗(yàn)與敬業(yè)精神,將有助于提升產(chǎn)品創(chuàng)新、質(zhì)量與市場的競爭力。
這樣,通過技術(shù)手段,老齡化問題就得到最大程度地緩解。
3、在重大新技術(shù)面前,德國也毫不遜色
在雄厚的制造業(yè)、工業(yè)軟件、嵌入式技術(shù)等基礎(chǔ)上,在當(dāng)今幾個熱點(diǎn)技術(shù)面前,如CPS、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器人、3D打印等,德國的研究與應(yīng)用已經(jīng)走在前列,通過持續(xù)的努力,德國完全可能抓住這些重大技術(shù)的機(jī)遇,從而引領(lǐng)世界。
基于以上分析,無論是德國的傳統(tǒng)優(yōu)勢領(lǐng)域,還是當(dāng)前略呈劣勢的方面,乃至將來發(fā)展的重大新技術(shù)面前,只要制訂科學(xué)、合理的戰(zhàn)略,德國就完全有能力突出重圍,從而“確保德國制造業(yè)的未來”。
三、精準(zhǔn)布局,工業(yè)4.0成為德國致勝的利器
現(xiàn)在,德國已經(jīng)將工業(yè)4.0作為《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》中十大未來項(xiàng)目之一。也就是說,工業(yè)4.0已經(jīng)上升為德國的國家戰(zhàn)略。
戰(zhàn)略原本是一個軍事術(shù)語,下面我們就從戰(zhàn)略的角度來分析一下工業(yè)4.0戰(zhàn)略。
自美國馬克斯維爾•泰勒將軍提出軍事戰(zhàn)略的三大構(gòu)成要素為目標(biāo)(ends)、手段(means)、方法(ways) 之后,目標(biāo)、手段、方法成為戰(zhàn)略的三要素被大家所接受,分析戰(zhàn)略也必然從這三個方面展開。
通過研究、分析德國工業(yè)4.0的相關(guān)資料,蘭光創(chuàng)新認(rèn)為,德國工業(yè)4.0的這三個戰(zhàn)略要素是很清晰的。
圖7 工業(yè)4.0參考架構(gòu)中不同角度的示例
簡單地講,工業(yè)4.0的戰(zhàn)略目標(biāo)就是“確保德國制造業(yè)的未來”。
工業(yè)4.0戰(zhàn)略的手段就是1個核心——CPS賽博物理系統(tǒng),通過信息系統(tǒng)與智能機(jī)器、存儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施,將虛實(shí)兩世界融合起來,在2個主題(智能工廠與智能生產(chǎn))進(jìn)行重點(diǎn)研究與應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的“智能化的生產(chǎn)系統(tǒng)及過程,以及網(wǎng)絡(luò)分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)”,并通過3項(xiàng)集成(縱向集成、端對端集成、橫向集成),實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)、企業(yè)間、生態(tài)圈的集成,從而達(dá)到高度自動化、高度信息化、高度網(wǎng)絡(luò)化的智能化、個性化、社會化的生產(chǎn)與服務(wù)模式。
工業(yè)4.0戰(zhàn)略的方法,就是通過以上的技術(shù)手段、理念與標(biāo)準(zhǔn)在全球的推廣,實(shí)現(xiàn)德國“雙領(lǐng)先戰(zhàn)略”,最終達(dá)到“確保德國制造業(yè)的未來”的戰(zhàn)略目標(biāo)。
第一個領(lǐng)先是“領(lǐng)先的供應(yīng)商戰(zhàn)略”,強(qiáng)調(diào)德國裝備制造供應(yīng)商要通過技術(shù)創(chuàng)新和集成,不斷提供世界領(lǐng)先的技術(shù)解決方案,并藉此成為“工業(yè)4.0”產(chǎn)品的全球領(lǐng)先的開發(fā)商、供應(yīng)商;通過此方法,實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0軟硬件及“系統(tǒng)的系統(tǒng)”的解決方案,形成事實(shí)上的全球標(biāo)準(zhǔn),將中國等國家由競爭對手變?yōu)榉桨竷A銷市場,兵不血刃地占領(lǐng),這也就是為什么默克爾等政要不遺余力推廣工業(yè)4.0的主要原因。
第二個領(lǐng)先是“領(lǐng)先的市場戰(zhàn)略”,強(qiáng)調(diào)將德國國內(nèi)制造業(yè)作為主導(dǎo)市場加以培育,率先在德國國內(nèi)制造企業(yè)加快推行“工業(yè)4.0”與實(shí)施CPS賽博物理系統(tǒng),進(jìn)一步壯大德國制造業(yè)。也就是說,用工業(yè)4.0的理念、技術(shù)手段等將德國國內(nèi)企業(yè)武裝起來,提升其生產(chǎn)效率與競爭力,確保在全球競爭中占據(jù)主動地位。
為確保整個戰(zhàn)略的主動,德國在自己優(yōu)勢領(lǐng)域設(shè)置了兩個制高點(diǎn),也即“工業(yè)4.0”的兩大主題:
一是“智能工廠”,重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程,以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn);
二是“智能生產(chǎn)”,主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。
智能生產(chǎn)是涉及整個企業(yè)包括生產(chǎn)物流管理等宏觀運(yùn)營的層面,也就是我們中國人說的智能化工廠。
而“智能工廠”是工業(yè)4.0的首要主題,也就是中國人說的智能化車間。前面一句“智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程”,是說除了包括智能化的機(jī)床、機(jī)器人等生產(chǎn)設(shè)施以外,還包括對生產(chǎn)過程的智能管控,如果換成信息化術(shù)語,就是智能化的MES制造執(zhí)行系統(tǒng)。而后面一句:“以及網(wǎng)絡(luò)分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)”,是指將生產(chǎn)所用的生產(chǎn)設(shè)施(如機(jī)床、熱處理設(shè)備、機(jī)器人、AGV、測量測試等各種數(shù)字化設(shè)備),進(jìn)行互聯(lián)互通、智能化的管理,實(shí)現(xiàn)信息化系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的深度融合,目前很多企業(yè)實(shí)施的DNC/MDC(設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))是其基礎(chǔ)。。
而這些,無論是CPS技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)施等方面,德國都具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。
至此,從戰(zhàn)略的角度,我們可以很清晰地勾勒出德國工業(yè)4.0的戰(zhàn)略目標(biāo)、手段與方法等,可以用一支“利箭”來表示出來:德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略,是以CPS為核心與主線(與中國制造2025中“以兩化深度融合為主線”完全一致),以2個領(lǐng)先戰(zhàn)略為突破口,以智能工廠、智能生產(chǎn)為2個制高點(diǎn),以3個集成為強(qiáng)勁的后翼,最終目標(biāo)是“確保德國制造業(yè)的未來”。
圖8 德國工業(yè)4.0“利箭”戰(zhàn)略布局圖
通過以上講解,我們就可以很容易地理解,為什么工業(yè)4.0是“由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變,目標(biāo)是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式”,德國是為了規(guī)避中國這種大企業(yè)(相對德國)集中生產(chǎn)、大規(guī)模生產(chǎn)、大批量生產(chǎn)的生產(chǎn)模式,向分散式、高度靈活、個性化的智能生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變。
并通過以上的4.0戰(zhàn)略布局圖,我們可以很清晰地知道工業(yè)4.0的一個核心, 兩個主題、三項(xiàng)集成、兩個領(lǐng)先的戰(zhàn)略,這些都是德國人揚(yáng)長補(bǔ)短、克敵制勝的策略,目的就是”確保德國制造業(yè)的未來。”
本講主要是分析了德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略基礎(chǔ)、目標(biāo)、方法與手段,并將工業(yè)4.0的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述。
下一講將從美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、中國制造2025等另外2個與工業(yè)4.0相近的國家戰(zhàn)略談起,找出這些戰(zhàn)略的共同聚焦點(diǎn),也即中國制造企業(yè)實(shí)施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的落腳點(diǎn)與突破口,敬請大家繼續(xù)關(guān)注。
核心關(guān)注:拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用,蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想,集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念,功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理,全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域,是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標(biāo)題:工業(yè)4.0系列專欄——工業(yè)4.0,德國絕地反擊的利器!
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