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為什麽我國對工業4.0 如此狂熱
  瀏覽次數：3725  發布時間：2015年12月28日 10:01:05
[導讀] 德國為保持在製造業的領先地位，在2013年提出工業4.0概念。工業4.0是一個高科技戰略計劃，該項目由德國聯邦教育局及研究部和聯邦經濟技術部聯合資助，投資預計達2億歐元。



       德國為保持在製造業的領先地位，在2013年提出工業4.0概念。工業4.0是一個高科技戰略計劃，該項目由德國聯邦教育局及研究部和聯邦經濟技術部聯合資助，投資預計達2億歐元。旨在提升製造業的智能化水平，建立具有適應性、資源效率及人因工程學的智慧工廠，在商業流程及價值流程中整合客戶及商業夥伴。其技術基礎是網絡實體係統及物聯網。
 

德國學術界和產業界認為，“工業4.0”概念即是以智能製造為主導的第四次工業革命，或革命性的生產方法。該戰略旨在通過充分利用信息通訊技術和網絡空間虛擬係統—信息物理係統相結合的手段，將製造業向智能化轉型。
 

有意思的是，中國製造業界和投資界對工業4.0的熱情程度超過了德國人。近一年來，國內幾乎每天都有工業4.0相關主題的演講、論壇和沙龍，業內業外都在熱烈討論工業4.0。按其熱度，似乎工業4.0馬上要落地，真實的工業4.0到底距離我們還有多遠？

 



 

一、數字工廠和人機是亮點

德國企業在生產自動化上已經達到很高水平，同樣的，日本企業的精益生產方麵也有很高水平，但兩相比較，德國並不占太大優勢。德國企業要想獲得領先，必須有新突破，而網絡化涉及的產業鏈企業太多，整合難度較大，需要很長時間。所以目前的突破口隻有選在數字化工廠。西門子在本屆漢諾威工業展上還強調，做數字化工廠要注意積累專業的行業知識和服務，而每個行業、乃至每個企業，它們的行業特點和能提供的服務都有所不同，這就意味著每個行業甚至每個企業實踐工業4.0的路徑都可能會不一樣。
 

數字工廠既包含產品的數字化，也包含生產過程的數字化，以及全生命周期的數字化。西門子推廣工業4.0，不會忘記推銷自家現成的軟硬件產品和方案，其涵蓋從產品設計、生產規劃、工藝工程、生產執行和服務的全套數字化軟件方案，也提供了可資參考的德國安倍格市的數字化工廠樣版。
 

為了工人安全，一般工業機器人的工作區與工人隔離開，機器人像野獸一樣被關在籠子裏。同時，還安裝了很多機器安全設備，如安全繼電器、安全地毯、安全光幕、急停開關等，以防止對人身產生傷害。而協作機器人可以和工人一起協同工作，無需安全護欄，顯然參展企業認為自己的機器人沒有安全隱患。
 

KUKALBRIIWA機器人為觀眾倒啤酒，從拿杯子、開瓶、倒啤酒，動作流暢靈活，一氣嗬成。KUKA的LBRIIWA機器人有七個軸，特別適用於電子、醫藥、精密儀器等行業，這些行業對柔性、靈活度和精準度要求較高。
 

這些機器人之所以有較好的人機協作，是因為這些機器人所有的軸都具有碰撞檢測功能和關節力矩傳感器，在它碰到人時會自動減速或停止，工人也可以輕易地推開它。在安裝工件時，它還能模仿人類的裝配動作，它可以像人類一樣用鑰匙開門，它將鑰匙插入鑰匙孔一樣，上下左右轉動，感覺反饋回來的力矩，找到合適的角度進行裝配。加之機器人具有較輕的機身，動作都較為溫和，對人不易產生傷害。
 

根據IHS公司的研究報告，目前工業機器人85%以上的應用都在汽車相關行業，而汽車行業已經成熟，未來機器人的應用增長空間有限。目前ABB和KUKA大力推廣協作機器人是將目光投向了潛力更大的3C製造，該行業需要應用更多的協作機器人。
 

一般工業機器人屬於工業3.0時代的自動化產品，它們僅僅實現了自動化。機器人隻有實現了既能按既定程序去執行，還能與人、材料，以及其他設備產生交互，才能叫作智能機器人。機器人協作會有多種外部通信端口與外界通信，與人類協作，實現柔性化生產和數字化生產。
 

德國科研係統中，公共大學與公立研究機構主要從事基礎研究，而私立的企業研究院從事應用研究。但是Fraunhofer這樣的應用型研究機構則是基礎研究和企業創新之間的重要橋梁。Fraunhofer聯盟對中小企業創新支持項目的實施，為產學研合作研究提供重要的公共平台。在德國，研究人員也要發論文，但是他們更加注重應用型的科研，需要既有戰略前瞻又能與企業需求對接的應用技術。
 

二、數字化有深挖的空間

日本的研究所主要包括國立和公立的研究所（產業綜合技術研究所和理化學研究所是典型代表）、特殊法人研究所及財團法人和社團法人和民間企業研究所等。在2000年前後，日本政府將原來隸屬於多個省廳的研究所調整為獨立法人機構，研究所所長由政府直接任命，所有人員都為聘用人員，實行獨立法人製度，在賦予大學和科研單位更大的行政權力的同時，這些獨立法人也需要做好盈虧預算，運營績效也要被考核，並以此推動了人員的流動和重組，充分發揮出科研的效益。日本科研力量的主體來自於企業，每年企業研發經費的投入占日本R&D（全社會研究與試驗發展）經費的80%左右，其中絕大部分來自於大型企業。
 

人是工業係統和產品中非常重要的元素。譬如汽車的功能是運輸人或物，同時汽車也是由人來操控，正常行駛的汽車就是一個機器與人組成的係統。人類對汽車的零配件的形狀、材料、功能已經有了深入認識，甚至早已為汽車建立了數字化模型。但這個人機係統中，我們了解最少的卻是人，對於複雜的人在這個人機係統中的作用我們還沒有太多認識，人成為這個係統中最薄弱的一環。
 

原來為人建模的方法是在人體表麵放置標識，通過為這些標識建模來構建整個人體模型。持丸教授的新方法不用標識，直接通過捕捉人體的視頻圖像、關節運動角度和相對位置來建立完整的人體數字模型。目前持丸教授的人體數字模型已經開始應用到了日本汽車廠的汽車碰撞測試，消費類公司的運動鞋設計、遊戲公司遊戲設計、外骨骼機器人、醫療康複機器人等服務機器人設計以及虛擬現實的應用中。
 

狹義的工業4.0主要在生產係統，它的三大集成包含了生產過程的自動化、數字化和網絡化，而廣義的工業4.0包含了整個生態係統的數字化和網絡化，這個係統的外延擴展到物聯網和服務網。工業4.0和工業互聯網一直在強調物聯網、M2M和人機協作，持丸教授的人體數字化的研究其實是將人這個重要元素融入工業4.0打開了一扇窗戶。
 

三、德日大多數企業的態度

德國前十大貿易夥伴，除了美國和中國外，其他全是歐洲國家，中國和美國加起來也隻占了15%。相比較歐盟成員國和非成員國之間的貿易，歐盟成員國之間的交易有更多優惠條件。從2002年到2012年十年間，德國是歐盟經濟一體化最大的收益者，同時也是最大的貢獻者。而日本的主要出口貿易夥伴集中在亞太區域，同樣也說明區域經濟對國家出口的影響巨大。
 

除了區域經濟一體化，德國和日本兩個國家競爭多於合作，因為日本隻是德國第17大出口目的地，而德國隻是日本第8大出口目的地，而且占比隻有2.7%。
 

具體到製造業行業，日本和德國在汽車、化工、基礎材料、鋼鐵等行業全麵競爭；在機械設備上，德國和日本的數控機床、包裝機械、注塑機、機器人、建築機械、食品機械直接競爭；在自動化產品上更是全麵競爭，包括PLC（可編程序控製器），變頻、電機、伺服、減速機等產品；從半導體來看，在功率元器件和控製芯片上麵競爭也比較大。
 

日本製造業界對德國工業4.0概念比較冷靜，目前隻是研究而已，並沒有像中國一樣大勢渲染。日本雖然有自己的工業4.1J，但這個是個民間組織，影響力並不大。
 

德國的大型企業、軟件公司、大學和研究所提工業4.0更多一些，中小企業特別是一些基礎自動化原件廠商對工業4.0還處在學習探索的階段。在斯圖加特Sudtec和柏林CWIEME展會的論壇現場，當Fraunhofer，Smartfactory協會和ZVEI電氣電子協會的專家講工業4.0時，偌大的會場聽者寥寥，但講行業和具體產品的專家演講時，論壇現場瞬間滿場。對於做配套元器件的中小公司，可能對大的工業4.0概念不太感興趣，而更關注自身的產品銷售和行業市場。
 

德國中小企業（GermanyMittelstand）在各個工業領域都比較活躍，超過99%的德國公司屬於中小型企業，很多德國的中小企業都是家族擁有或運營，這些企業的目標是做百年老店。它們行事謹慎，很少借貸，以求代代相傳。德國同行之間在價格方麵並不搞惡性競爭，他們或者在細分行業上構築自己的競爭優勢，或者在質量和產品創新上競爭。
 

標準化和模塊化是工業4.0的重要概念，對於這些隻做配套元器件的中小企業，是工業4.0的標準化產品或模塊產品供應商，比較好的策略是專心做好自家產品，跟蹤工業4.0的發展，在適當的時候融入到工業4.0的大體係中來。所以，對於工業4.0概念大多數德企略顯謹慎。
 

日本企業生態模式中，大型企業或母公司扮演了帶頭大哥的角色，子企業或孫企業跟隨大企業做配套。公司和銀行集團關係緊密，通過複雜的交叉持股聯係在一起；由於銀行和其他工商企業關係密切，公司管理者受到保護，從而使之能夠不受股東影響而可以進行長線投資。大型企業和中小型企業形成了緊密的企業群體結構，日本小型企業以供應大型企業為主，依賴幾家大客戶，這樣以來日本小廠商在創新方麵很難產生自己的想法。
 

德日兩國企業對工業4.0的熱情明顯不及中國企業，它們的著眼點還是聚焦於自身傳統競爭力的提高。不過，中國人的熱烈討論並非多餘，正因為有了這些討論和爭論，工業4.0的概念漸漸豐滿起來，甚至反過來完善了德國的工業4.0的理論體係和實踐案例。譬如青島紅領C2M模式和青島海爾的倒金字塔模式就引起了德國人的高度關注。中國一些大型企業，比如流程製造型企業寶鋼，離散製造型企業華為等公司甚至在工業4.0概念提出之前就已經開始了智能製造的實踐。