敲开工业4.0之门——《工业4.0：即将来袭的第四次工业革命》

    著作简介：《工业4.0：即将来袭的第四次工业革命》，乌尔里希•森德勒著，机械工业出版社，2014年7月出版，该书以德国经济以其强大的工业基础为特征，特别是它的机械与设备制造、汽车工业和能源工业。“工业4.0”是德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念。它描绘了制造业的未来愿景，提出继蒸汽机的应用、规模化生产和电子信息技术等三次工业革命后，人类将迎来以信息物理融合系统(CPS)为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。“工业4.0”概念在欧洲乃至全球工业业务领域都引起了极大的关注和认同。
    《工业4.0：即将来袭的第四次工业革命》一书，由德国多位资深业界人士合著，对技术问题进行了较为深入的探讨，有较高的权威性和参考价值，但该书的概括性很强，技术涉及较浅，导致了很多争议。要理解这本书，就要了解更多的背景。
    工业4.0的特征，是将信息物理系统（CPS：Cyber Physical System，又译赛博物理系统）用于生产、营销、研发、服务等各个方面，全面深入地推进智能化。CPS是由信息系统和物理系统深度融合而成的，可智能化地应对系统内外部状态与环境的变化。在工业4.0时代，典型的常规生产将无人值守，设备自主协调运转，生产定制化的产品。这样，工人就能从一线的生产劳动中解脱出来，转而从事维护、创新、优化、服务等技术含量高的工作并创造更高的价值，那时他们不仅收入更高，也会更自由。所以，工业4.0不仅会带来技术进步，也为人类社会勾勒出更加美好的未来。
    互联网是推动工业4.0的东风
    在技术革命的过程中，技术进步不是孤立事件：某个关键技术的出现，就像倒下一块多米诺骨牌，会引发一系列的创新和变革。关键技术之所以重要，是因为它能为其他技术的诞生创造条件、提供平台，直接或间接地促进其他技术的发展。所以，认识技术革命，不仅要重视关键技术本身，更要理解技术间的关联，才能看到技术发展的全貌和逻辑。在这样的视野下，我们可以看看前三次工业革命的历程。
    第一次工业革命是蒸汽机催生的。它解决了机械动力问题，为纺织、运输、冶金等行业的机器化生产奠定了基础；机器的广泛使用又进一步带动了机械制造、材料技术的发展，进而引发了内燃机、电动机的产生，为第二次技术革命铺平道路。
    在第二次工业革命中，电气设备得到了广泛的应用。在这场革命中，流水线起到了关键的作用。流水线的建设思路，是将复杂的生产过程分解为简单、标准的动作。由于这些动作恰好适合机器完成，就为电气设备的广泛应用搭建了平台、开拓了空间，并为控制技术的发展以及自动化生产线的诞生奠定了基础。
    第三次工业革命是信息技术推动的。PLC、DSC等控制设备的应用，提升了生产效率和加工精度，还带动了机器人、自动化生产线等工具的产生。在数控机床内部和自动化的流水线上，机器几乎代替了所有的体力劳动，把操作工变成了“控制单元”：通过电话、按钮、计算机来收集、处理和发送信息。这时，就来到了工业4.0的门槛上。
    推进工业4.0，只关注技术逻辑是不够的。无人工厂是工业4.0的终极目标之一。但是，最初的无人工厂早在1984年就诞生了，但却没有被企业界采纳。为了避免重蹈覆辙，还要理解背后的原因。先进技术能否被企业采用，本质上取决于经济因素。例如，国内机器人的使用量很少，因为劳动力成本低，采用机器人不合算。过去建无人工厂，经济上往往不合算。要实现自动化，要把生产过程拆分成适合机器自动完成的简单动作；生产越复杂，拆出的环节就越多、投资就越大、经济性就越差。同时，这种生产线往往缺乏柔性，只能生产相对固定的产品，难以适应市场的变化。可喜的是，随着工业机器人、数控机床、PLC等智能设备的发展，现在建设全自动生产线的复杂度和成本逐渐降低，无人工厂逐渐逼近经济可行的门槛。
    在生产过剩的年代，经济增长要依靠更好的服务，工业4.0推崇个性化定制就是这个原因。但要实现个性化定制，仅改变工厂是不够的,如何得知用户需求？设计成本和效率如何？如何获得后续服务？部件质量和交货期能否保证、采购成本如何？应对这些空前的挑战，必须依靠互联网，将用户、研发、服务、销售、供应商联系在一起，形成全新的价值网络，就可更经济地解决这些问题。
    所以，推动工业4.0的“东风”其实是互联网。如果把CPS比喻成火车头，互联网就是铁路：有了互联网，CPS的作用才能发挥出来；用“火车”运送“服务”就具有了经济性。事实上，人类在几十年前就开始使用CPS，重视服务也不是最近的观念。但只有在互联网高度发达的今天，“服务”才能更好地落地，CPS的开发和应用才变成“木桶的短边”，成为第四次工业革命的关键技术。
        中国与工业4.0
    工业4.0将是个漫长的演进过程。要保持冷静的头脑，防止拔苗助长。
    把握规律，就要遵循技术发展的逻辑。例如，4.0是从3.0进化来的；体力劳动由机器完成、操作工成为“控制单元”时，无人工厂建设就比较容易；反之，就要进行改造。
    推进工业4.0，要学会算经济账。要估算劳动力成本、设备和软件成本；要分析维护费用和能耗是否变化、研发和制造效率能否提高等。推进工业4.0需要结合行业特征：规模大、附加值高、产品结构稳定、自动化水平高的行业的经济性往往更好，容易成为突破口。
    要提高经济性，就要充分利用互联网，加强与用户的联系，用服务来放大产品的价值；要推进数字化研发和服务，还要重视组织和商业模式的创新。
    我国重视工业4.0，不仅是为了追上国际趋势，还有深刻的社会原因：在2022年开始的10年中，我国劳动力总人口要减少一亿左右。这是严峻的挑战，但也为企业转型发展提供了驱动力。
    在全球化的时代，设备、软件都能买到，成功的关键在人。智能工厂的设计和运作，需要高素质的管理和技术人才、认真敬业的态度和科学的方法。（作者为宝钢研究院首席研究员）
    （节选自《敲开工业4.0之门——〈工业4.0：即将来袭的第四次工业革命〉》，作者郭朝晖，载于光明日报）