在2016年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，包括西門子、思愛普、博世等在內(nèi)的企業(yè)大多以實(shí)物或模型向參觀者呈現(xiàn)數(shù)字化工業(yè)的各種解決方案，人們可以看到智能生產(chǎn)線模型，可以看到機(jī)器人、傳感器等反映工業(yè)4.0特點(diǎn)的硬件元素，也可以看到數(shù)據(jù)處理、智能控制等軟件元素。從2011年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，德國(guó)人提出工業(yè)4.0概念，到2014年中德宣布開展工業(yè)4.0合作，工業(yè)4.0這把火從歐洲燒到了中國(guó)。那么什么是工業(yè)4.0？記者在參加2016年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)期間探訪了西門子安貝格電子制造工廠（下稱“安貝格工廠”）——這一目前被業(yè)界認(rèn)為最接近工業(yè)4.0概念雛形的工廠，領(lǐng)略了智能工廠的智能制造。

何為工業(yè)4.0？

“工業(yè)4.0”的研究項(xiàng)目由德國(guó)聯(lián)邦政府首先提出，在德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的推動(dòng)下形成。2013年的漢諾威工博會(huì)上，德國(guó)政府正式提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，并推出《德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施建議》（下稱《實(shí)施建議》）；2015年的工博會(huì)上，在德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部、聯(lián)邦教研部支持下，多家行業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)起的德國(guó)“工業(yè)4.0平臺(tái)”正式成立，該平臺(tái)已成為德國(guó)政府在聯(lián)邦層面促進(jìn)工業(yè)4.0發(fā)展最直接的渠道。

工業(yè)4.0的稱法主要相對(duì)于前三次工業(yè)革命而言：工業(yè)1.0指的是18世紀(jì)開始的第一次工業(yè)革命，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械生產(chǎn)代替手工勞動(dòng);第二次工業(yè)革命始于20世紀(jì)初，依靠生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn);工業(yè)3.0則為現(xiàn)代人所熟悉，指的是20世紀(jì)70年代后，依靠電子系統(tǒng)和信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。

而工業(yè)4.0則指的是通過實(shí)現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)完成大生產(chǎn)，最大程度實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全自動(dòng)化、個(gè)性化、彈性化、自我優(yōu)化和提高生產(chǎn)資源效率、降低生產(chǎn)成本的全新生產(chǎn)方式。

根據(jù)《實(shí)施建議》描述：在未來智能工廠中，人類、機(jī)器和資源能夠互相通信。智能產(chǎn)品“知道”它們?nèi)绾伪恢圃斐鰜淼募?xì)節(jié)，也知道它們的用途。它們將主動(dòng)地對(duì)制造流程，回答諸如“我什么時(shí)候被制造的”、“對(duì)我進(jìn)行處理應(yīng)該使用哪種參數(shù)”、“我應(yīng)該被傳送到何處”等問題。

隨著工業(yè)4.0進(jìn)程的發(fā)展，開放的標(biāo)準(zhǔn)也被提上了議程，太多的專有系統(tǒng)會(huì)阻礙工業(yè)4.0的進(jìn)展。今年的工博會(huì)開幕前夕，德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會(huì)與5家行業(yè)協(xié)會(huì)共同發(fā)起成立“工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化理事會(huì)”，顯示德國(guó)的工業(yè)4.0發(fā)展已瞄向標(biāo)準(zhǔn)制定的新階段。德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會(huì)4月20日公開發(fā)布了首個(gè)德國(guó)工業(yè)4.0參考模型的標(biāo)準(zhǔn)。

“工業(yè)4.0平臺(tái)”領(lǐng)導(dǎo)小組成員、西門子公司首席技術(shù)官魯思沃認(rèn)為，該參考模型是德國(guó)發(fā)展工業(yè)4.0的重要一步，首次搭建出一個(gè)完整的框架，包含橫向與縱向的信息技術(shù)融合，涵蓋工業(yè)4.0關(guān)鍵的技術(shù)要素，還包括產(chǎn)品的生命周期以及生產(chǎn)周期，能使不同行業(yè)的企業(yè)朝著統(tǒng)一的方向發(fā)展工業(yè)4.0。

智能工廠的智能制造

位于德國(guó)巴伐利亞州東部、透著上世紀(jì)八九十年代工業(yè)風(fēng)格的紅磚廠房?jī)?nèi)正進(jìn)行著一場(chǎng)向著工業(yè)4.0方向的自我進(jìn)化。這是德國(guó)工業(yè)巨頭西門子旗下的安貝格工廠，是歐洲乃至全球最先進(jìn)的數(shù)字化工廠。

安貝格工廠創(chuàng)建于1989年，如今該工廠每年可生產(chǎn)約1500萬件Simatic產(chǎn)品，按每年生產(chǎn)230天計(jì)算，即平均每秒就能生產(chǎn)出一臺(tái)控制設(shè)備。這里的產(chǎn)品合格率高達(dá)99.9988%，“世界上還沒有哪家同類工廠具備如此之低的缺陷率。”安貝格工廠負(fù)責(zé)人Karl-HeinzBüttner稱。

記者在現(xiàn)場(chǎng)看到，安貝格工廠自身生產(chǎn)過程也利用Simatic設(shè)備進(jìn)行控制，生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了高度的自動(dòng)化。西門子安貝格工廠生產(chǎn)工程師ChristophRaum告訴記者，這里的生產(chǎn)設(shè)備和計(jì)算機(jī)可以自主處理75%的流程工作，由人力完成的部分，只有生產(chǎn)過程的開頭部分，即員工將初始組件（裸電路板）放置到生產(chǎn)線上的環(huán)節(jié)，此后所有的工作均由機(jī)器自動(dòng)控制完成。

依靠Simatic設(shè)備的高度自動(dòng)化，在24小時(shí)內(nèi)西門子安貝格工廠就可將面向全球約6萬名用戶的產(chǎn)品做好交付準(zhǔn)備。

工業(yè)4.0意味著網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入工廠大生產(chǎn)，是一個(gè)嶄新的工業(yè)制造邏輯和方式。過去是以中心控制指揮系統(tǒng)，每一分鐘對(duì)機(jī)器發(fā)出指令，而現(xiàn)在則由商品所附帶的信息告訴機(jī)器需要什么樣的生產(chǎn)過程，以制造出符合客戶要求的產(chǎn)品。

“在生產(chǎn)之前，這些產(chǎn)品的使用目的就已預(yù)先確定，包括部件生產(chǎn)所需的全部信息，都已經(jīng)‘存在’于虛擬現(xiàn)實(shí)中，這些部件有自己的‘名稱’和‘地址’，具備各自的身份信息，它們‘知道’什么時(shí)候、哪條生產(chǎn)線或哪個(gè)工藝過程需要它們，通過這種方式，這些部件得以協(xié)商確定各自在數(shù)字化工廠中的運(yùn)行路徑。”ChristophRaum為記者講解道，在未來的工廠里，設(shè)備和工件之間甚至可以直接交流，從而自主決定后續(xù)的生產(chǎn)步驟，組成一個(gè)分布式、高效和靈活的系統(tǒng)。

目前，安貝格工廠的姊妹工廠——西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地(下稱“西門子成都工廠”)已在中國(guó)四川成都誕生。西門子成都工廠承擔(dān)著西門子全球工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品研發(fā)的角色，全廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)了從管理、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)到物流配送全過程的數(shù)字化,并且通過信息技術(shù),與德國(guó)生產(chǎn)基地和美國(guó)的研發(fā)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)。

西門子成都工廠總經(jīng)理AndreasBukenberger表示：“目前成都工廠產(chǎn)品的一次通過率(FPY)可達(dá)到99%以上，應(yīng)用了西門子數(shù)字化企業(yè)平臺(tái)解決方案的成都工廠與西門子在中國(guó)的其他工廠比較，產(chǎn)品的交貨時(shí)間縮短了50%。”而安貝格工廠目前可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)零部件100萬件，即平均1秒生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品，未來的成都工廠將有望沖擊這一紀(jì)錄。

中國(guó)與工業(yè)4.0

中德在國(guó)家層面上的工業(yè)4.0合作始于2014年，當(dāng)年10月，總理李克強(qiáng)在柏林與德國(guó)總理默克爾共同發(fā)表了《中德合作行動(dòng)綱要》，宣布兩國(guó)將開展工業(yè)4.0合作。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，中德工業(yè)4.0戰(zhàn)略合作框架，顯示出高層對(duì)制造業(yè)4.0升級(jí)改造的強(qiáng)力支持，工業(yè)4.0已上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度。2014年中國(guó)工程院和工信部聯(lián)手推進(jìn)《中國(guó)制造2025》，2015年5月國(guó)務(wù)院正式通過。

當(dāng)?shù)土膭趧?dòng)力成本不能再作為“中國(guó)制造”在全球市場(chǎng)上的優(yōu)勢(shì)標(biāo)簽,制造企業(yè)對(duì)于變革的需求更為迫切。中國(guó)從政府層面上正在全力推進(jìn)工業(yè)4.0，因?yàn)橹袊?guó)有7000萬到8000萬產(chǎn)業(yè)就業(yè)人員，還有大量出口，它們都是通過基于未來的互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)融合的智能制造來實(shí)現(xiàn)的。

為在激烈的全球競(jìng)爭(zhēng)中保持優(yōu)勢(shì)，制造企業(yè)要最大化利用資源，將生產(chǎn)變得更加高效。為適應(yīng)不斷變化的客戶需求，制造企業(yè)必須盡可能地縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)更加快速。為滿足市場(chǎng)多元化的需求,制造企業(yè)還要快速實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)的靈活變動(dòng),將生產(chǎn)變得更加柔性。而高效、快速、柔性正是數(shù)字化企業(yè)為制造業(yè)帶來的最大變化。西門子成都工廠這樣的數(shù)字化企業(yè)的出現(xiàn)，為未來中國(guó)制造的變革方向提供了一個(gè)良好的參考。

數(shù)據(jù)顯示，通過數(shù)字化的工廠規(guī)劃，可以減少產(chǎn)品上市時(shí)間至少30%;通過提升產(chǎn)品質(zhì)量,可以降低制造成本13%。而在新產(chǎn)品上市比例、設(shè)備生產(chǎn)效率、產(chǎn)品交付能力及營(yíng)運(yùn)利潤(rùn)率等多個(gè)方面，數(shù)字化工廠的指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)制造企業(yè)。

然而，“中國(guó)制造2025”與“德國(guó)工業(yè)4.0”在現(xiàn)狀上也存在很大的差異，目前德國(guó)作為制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，企業(yè)已基本完成由2.0向3.0的過渡，正在向4.0升級(jí)，而中國(guó)還有大量企業(yè)，還處在2.0的階段，在基礎(chǔ)材料、基礎(chǔ)工藝方面非常欠缺。但這種差異也讓雙方有了不小的互補(bǔ)空間。簡(jiǎn)言之，在技術(shù)方面，德國(guó)比較領(lǐng)先，而中國(guó)存在一定程度的短缺；在市場(chǎng)空間方面，歐洲比較有限，而中國(guó)則潛力巨大。統(tǒng)計(jì)顯示，德國(guó)45％的研發(fā)中心在中小企業(yè)，這些企業(yè)很大程度上引領(lǐng)了工業(yè)4.0，但缺乏拓展國(guó)際市場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)和能力，往往只服務(wù)于寶馬等單一大集團(tuán)。如果引導(dǎo)德國(guó)企業(yè)和中國(guó)企業(yè)開展跨境合作，很多項(xiàng)目在中國(guó)將都有百億級(jí)的市場(chǎng)規(guī)模。以西門子為例，2016年4月份，西門子與全球規(guī)模最大的亞麻紗制造商——金達(dá)控股有限公司共同建設(shè)的數(shù)字化工廠在浙江橫港正式投入使用。作為中國(guó)亞麻紗行業(yè)的首家數(shù)字化工廠，該廠的建成標(biāo)志著西門子數(shù)字化工廠解決方案再次成功應(yīng)用于中國(guó)本土企業(yè)，成為西門子助力中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的又一個(gè)里程碑。西門子MESSimaticIT將先進(jìn)的數(shù)字化工廠規(guī)劃、設(shè)計(jì)和管理理念引入工廠的研發(fā)、生產(chǎn)及物流等各個(gè)環(huán)節(jié)；西門子全集成自動(dòng)化（TIA）解決方案在該廠也得到了全面的應(yīng)用，幫助自動(dòng)化設(shè)備與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接，縮短工時(shí)提高效率并降低設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)成本。

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