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　　當(dāng)下工業(yè)領(lǐng)域很熱的理念，不管是工業(yè)4.0，還是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，或是智慧工廠，其實(shí)都是為了迎合整個(gè)制造業(yè)（包括裝備制造業(yè)、終端產(chǎn)品制造業(yè)）終端消費(fèi)者需求的變化而推出的。

　　消費(fèi)者需求的變化有很多層面，最重要的一個(gè)變化就是在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，需求快速變化，需要多品種、不僅是小批量而且是變批量的生產(chǎn)來(lái)滿足。同時(shí)消費(fèi)者對(duì)環(huán)保、對(duì)可持續(xù)發(fā)展等方面的訴求不斷增強(qiáng)，這是整個(gè)制造業(yè)面臨的問題。

　　制造業(yè)為了迎合這種變化，需要考慮的要素除了傳統(tǒng)的成本、效率、質(zhì)量之外，還需要加上資源效率、安全、可持續(xù)這三種。我們認(rèn)為制造業(yè)在21世紀(jì)面臨一系列的挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)帶有全球性，包括快速反應(yīng)問題，包括打破組織疆界問題，包括怎么應(yīng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)給我們制造業(yè)所帶來(lái)沖擊的問題，包括全球化分布式的現(xiàn)代組織模式問題，還有創(chuàng)新生命周期越來(lái)越短的問題。

　　工業(yè)4.0是德國(guó)的應(yīng)對(duì)之策

　　德國(guó)人在談第四次產(chǎn)業(yè)革命，一個(gè)焦點(diǎn)問題就是所謂的CPS，有人叫信息物理系統(tǒng)，有人則叫網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)。他們希望用CPS來(lái)構(gòu)建下一代智慧工廠。我們可以這樣理解，無(wú)論裝備還是核心部件，包括整個(gè)工廠，不僅有其物理屬性和機(jī)械屬性，還有信息屬性和網(wǎng)絡(luò)屬性。就像我們?nèi)艘粯?，我們每個(gè)人都有自己的社會(huì)身份，同時(shí)有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)身份。那么CPS的作用，就是利用傳感器、數(shù)據(jù)、模型和算法把這些屬性統(tǒng)一在一起。

　　智慧工廠下面是網(wǎng)絡(luò)化的智能控制系統(tǒng)，以及嵌入式系統(tǒng)。與智慧工廠并列的是智慧交通、智慧物流、智慧社區(qū)、智慧電網(wǎng)等，它們共同構(gòu)成智慧城市，再上面則是全球互聯(lián)網(wǎng)。德國(guó)人強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)（服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)），它們是智慧工廠的基礎(chǔ)。

　　工業(yè)4.0強(qiáng)調(diào)三個(gè)方向的集成。

　　第一個(gè)集成是所謂的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)集成，我們可以理解成裝備的集成，生產(chǎn)線的集成，車間的集成，價(jià)值網(wǎng)絡(luò)也包括人的網(wǎng)絡(luò)，包括研發(fā)網(wǎng)絡(luò)，這些人的網(wǎng)絡(luò)通過互聯(lián)網(wǎng)，跟實(shí)體網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集成。所以我們說(shuō)智慧工廠是人、設(shè)備、環(huán)境、數(shù)據(jù)的互動(dòng)。

　　第二個(gè)集成是橫跨價(jià)值鏈的端到端集成，我們可以把它理解成產(chǎn)品生命周期的集成。

　　第三個(gè)方向的集成是信息縱向集成，信息可以從企業(yè)ERP系統(tǒng)一直向下，穿透整個(gè)工廠網(wǎng)絡(luò)延伸到裝備的某一個(gè)具體的I/O節(jié)點(diǎn)，反之亦然。

　　工業(yè)4.0有一些重要的特征，或者是一些重要的啟示。其中最重要的一條是，制造業(yè)將來(lái)大部分的創(chuàng)新來(lái)自于ICT（信息通信技術(shù)）技術(shù)的驅(qū)動(dòng)，也就是說(shuō)作為制造業(yè)的一員，如果你不擁抱ICT技術(shù)，你可能會(huì)跟制造業(yè)大部分的創(chuàng)新失之交臂。

　　德國(guó)剛剛產(chǎn)生了一個(gè)工業(yè)4.0的平臺(tái)，是由幾個(gè)大的協(xié)會(huì)組織共同組建的。這個(gè)平臺(tái)的重要使命就是制定工業(yè)4.0的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。德國(guó)的創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)、大企業(yè)、中小企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)圍繞工業(yè)4.0定義的眾多項(xiàng)目組合在一起開展科研和開發(fā)工作。這些項(xiàng)目當(dāng)中有一個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目，英文叫CPPS（Cyber Physical Production System, 信息物理制造系統(tǒng)）。

　　工業(yè)4.0圖景，來(lái)源：“工業(yè)4.0：歐洲如何在新工業(yè)革命中取勝”，羅蘭·貝格，2014

　　在今年4月的漢諾威工業(yè)展覽會(huì)上，德國(guó)的一些組織和創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)推出了展示工業(yè)4.0特征的流水線。這些流水線是網(wǎng)絡(luò)化的、模塊化的，而且是自組織的，能夠跟附帶了智能標(biāo)簽的原材料和半成品、產(chǎn)成品進(jìn)行信息互動(dòng)。

　　那么德國(guó)的企業(yè)在做什么？西門子在談數(shù)字化工廠，說(shuō)數(shù)字化工廠就是未來(lái)制造的代名詞，他們想當(dāng)工業(yè)4.0的代言人。一些傳統(tǒng)上是做端子、傳感器、甚至做氣動(dòng)元件的公司，現(xiàn)在也擁抱控制，擁抱IT，比如Festo說(shuō)我們做的是未來(lái)工廠，每次展會(huì)都展示他們的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。Bosch Rexroth則定義思考型工廠，所謂思考型的工廠，就是裝備人工智能的產(chǎn)品，跟裝備、生產(chǎn)線、以及操作人員彼此的互動(dòng)。

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是美國(guó)先進(jìn)制造業(yè)的一個(gè)范例

　　美國(guó)人領(lǐng)導(dǎo)了第二次工業(yè)革命以及后來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)革命，GE在2012年提出一個(gè)概念，它說(shuō)如果把互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)結(jié)合在一起可以帶來(lái)第三次產(chǎn)業(yè)革命，GE叫做工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。它的核心是人和大數(shù)據(jù)，人在大數(shù)據(jù)的支持下，進(jìn)行更加智慧的決策。

　　從這里我們可以看到，為什么要談智慧工廠，為什么不說(shuō)智能裝備，或者智能制造？因?yàn)橹悄芨嗍怯糜布?、用軟件、用裝備可以實(shí)現(xiàn)的東西，但是智慧的判斷和智慧的決策只有人能夠做得出來(lái)。而人要做好的決策，需要充分的信息和數(shù)據(jù)的支撐。

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要表達(dá)的，就是從智能裝備上升到智能系統(tǒng)，最后實(shí)現(xiàn)人的智慧決策。以航空裝備和風(fēng)電聞名的GE提出大數(shù)據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)、大數(shù)據(jù)風(fēng)電場(chǎng)，Intel則提出大數(shù)據(jù)工廠的概念。

　　GE提出，如果所有的工業(yè)系統(tǒng)，能夠有1%的提升，這1%的提升也許是效率的提升，也許是成本的下降，那么未來(lái)十年會(huì)創(chuàng)造19萬(wàn)億美元的產(chǎn)值，相當(dāng)于美國(guó)一年的產(chǎn)值。

　　德國(guó)人組建工業(yè)4.0平臺(tái)是三大協(xié)會(huì)共同組織的，這里面有很多公司的參與，而圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，美國(guó)人也剛剛組建了聯(lián)盟。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟由五個(gè)全球領(lǐng)先的公司創(chuàng)立，這里面包括GE這樣的以制造業(yè)為主的公司，還有IT、互聯(lián)網(wǎng)公司如IBM、Cisco、Intel和AT&T。剛剛中國(guó)的華為也加入了這個(gè)聯(lián)盟。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的宗旨就是要領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)美國(guó)整個(gè)工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和政府關(guān)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的努力。他們的目標(biāo)首先也是定義架構(gòu)，定義標(biāo)準(zhǔn)，然后開發(fā)一些最佳實(shí)踐，同時(shí)要做一些案例的研究。

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)只是美國(guó)先進(jìn)制造發(fā)展的一個(gè)案例或縮影，奧巴馬總統(tǒng)上任以來(lái)頒布了一系列促進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展、振興美國(guó)制造業(yè)的法案，成立了十幾個(gè)制造業(yè)創(chuàng)新研究中心如增材制造中心，美國(guó)國(guó)防部、能源部、國(guó)家科學(xué)基金委等支持了一大批該領(lǐng)域內(nèi)的項(xiàng)目實(shí)施。而且像Rockwell Automation這樣的自動(dòng)化公司并沒有加入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，而是參與了其他的一些創(chuàng)新計(jì)劃，并提出了不同的價(jià)值主張，但都離不開網(wǎng)絡(luò)、離不開網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的企業(yè)和人，比如Rockwell Automation的互聯(lián)企業(yè)。

　　德國(guó)工業(yè)4.0和美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)都從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明，歐美國(guó)家在發(fā)展先進(jìn)制造方面可謂不遺余力，它們的核心目標(biāo)都是鞏固和確保各自在全球的領(lǐng)先地位，它們都強(qiáng)調(diào)ICT技術(shù)和制造業(yè)的結(jié)合，都強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的作用，強(qiáng)調(diào)人的作用，甚至在構(gòu)建產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等做法上也是類似的。德國(guó)基于其極為出色的裝備制造業(yè)基礎(chǔ)和發(fā)達(dá)的信息化基礎(chǔ)，更加重視發(fā)展智能裝備和智能生產(chǎn)過程，和美國(guó)人的觀點(diǎn)相比偏中觀和微觀。美國(guó)則更加依賴其在ICT技術(shù)方面無(wú)與倫比的實(shí)力和創(chuàng)新力，更希望借助網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)的力量提升整個(gè)工業(yè)的價(jià)值創(chuàng)造能力，相對(duì)而言更加偏宏觀。

   本文刊登在《世界科學(xué)》2014年6月刊