实施“工业 4.0 ”战略的建议(三) 德国联邦教育研究部 2013年9月

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确保德国制造业的未来
德国是世界上制造业最具竞争力的国家之一。因为它具备管理复杂工业流程的能力,使不同的任务可由不同地理位置的不同合作伙伴来执行。几十年来,它已经成功地应用信息和通信技术(ICT)做到了这一点。当今,ICT大约支撑了90%的工业制造过程。在过去的30年左右的时间里,IT革命给我们生活和工作带来了根本性变革,其影响不亚于第一次和第二次工业革命中机械化和电气化所带来的影响。从个人电脑到智能设备的演进伴随着这样的趋势,越来越多的IT基础设施和服务将通过智能网络(云计算)提供。比以往任何时候都更加小型化的设备与势不可挡的互联网相结合,使无处不在的计算成为现实。
功能强大的、自主的微型计算机(嵌入式系统)正越来越多地相互间或与互联网以无线方式互联。这正在导致引起实体物理世界与虚拟网络世界(cyberspace)以虚拟网络—实体物理系统(CPS)的方式相融合。继2012年推出新的互联网协议IPv6,现在已有足够的地址使智能对象间通过互联网大范围直接互联。
这意味着有史以来第一次,有可能将资源、信息、物品和人进行互联,从而造就物联网和服务。这种现象的影响也将反映到工业领域。在制造领域,这种技术的渐进性进步可以被描述为工业化的第四个阶段,即工业4.0(图1)。
工业化始于18世纪末机械制造设备的引进,那时像纺织机这样的机器彻底改变了货物的生产方式。继第一次工业革命后的第二次工业革命大约开始于20世纪之交,在劳动分工的基础上,采用电力驱动产品的大规模生产。20世纪70年代初,第三次工业革命又取代了第二次工业革命,并一直延续到现在。第三次工业革命引入了电子与信息技术(IT),从而使制造过程不断实现自动化,机器不仅接管了相当比例的“体力劳动”,而且还接管了一些“脑力劳动”。
从本质上讲,工业4.0包括将虚拟网络—实体物理系统技术一体化应用于制造业和物流行业,以及在工业生产过程中使用物联网和服务技术。这将对价值创造、商业模式、下游服务和工作组织产生影响。
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工业4.0计划具有巨大潜力
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工业4.0允许在设计、配置、订购、规划、制造和运作等环节能够考虑到个体和客户特殊需求,而且即使在最后阶段仍能变动。在工业4.0中,有可能在一次性生产且产量很低(1批量)的情况下仍能获利。
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基于CPS的自组织网络可以根据业务过程的不同方面,如质量、时间、风险、鲁棒性、价格和生态友好性等,进行动态配置。这有利于原料和供应链的连续“微调”。也意味着工程流程可以更加灵活,制造工艺可以被改变,暂时短缺(例如供应问题)可以得到补偿,输出的大量增加可以在短时间内实现。
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为了在全球市场上取得成功,在短时间内能够做出正确决定变得越来越关键。工业
4.0提供了端到端的实时透明,使得工程领域的设计决策可以进行早期验证,并且既可以对干扰做出更灵活的反应,还可以对生产领域中公司的所有位置进行全局优化。
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工业4.0开辟了创造价值的新途径和就业的新形式,比如通过下游服务。智能算法可用于各种大量数据(大数据),这些数据是为了提供创新服务而由智能设备所记录的。尤其是对于中小企业和初创公司来说,有显著的机遇发展B2B(企业对企业)服务。
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通过工作组织和能力发展计划相结合,人与技术系统之间的互动合作将为企业提供新的机会,将人口变化转化为自身的优势。面对熟练劳动力的短缺和日益多样化的劳动力(如年龄、性别和文化背景),工业4.0将提供灵活多样的职业路径,让人们的工作生涯更长,并且保持生产能力。
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使用CPS的公司更加灵活的工作组织模式,意味着它们可以很好地满足员工不断增长的需求,让员工在工作与私人生活之间,以及个人发展与持续的职业发展之间实现更好的平衡。例如,智能辅助系统将提供新的组织工作的机会,即提供一种灵活的新标准以满足公司的需要和员工个人的需求。随着劳动力规模的缩减,CPS公司在招聘最优秀员工方面将具备明显优势。
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工业4.0的双重战略将使得德国保持供应商的领先地位,并且成为工业4.0解决方案的主导市场。
然而,工业4.0不会对相关行业构成纯技术层面或与信息技术相关的挑战。不断变化的技术也将会对组织方面带来深远影响,它提供了开展创新的商业和企业模式、提高员工参与度的机会。20世纪80年代初,通过将可编程逻辑控制器(PLCs)应用于制造技术,使制造自动化更加灵活,与此同时,通过采用一种基于社会伙伴关系的方法、管理对劳动力的影响,德国成功地进行了第三次工业革命。德国强大的工业基础、成功的软件产业和在语义技术方面的诀窍意味着德国可以很好地实施工业4.0。德国有可能克服目前的障碍,如技术接受问题或劳动力市场熟练工人数量有限的问题。然而,只有所有利益相关方共同努力,挖掘物联网和服务为制造业带来的潜力,才有可能确保德国工业的未来。
自2006年以来,德国政府已在其高技术战略下推动物联网和服务。一些技术项目已经成功启动。工业科学研究联盟正在利用工业4.0计划跨部门推进这一举措。在执行过程中下一步顺理成章的是建立第四次工业革命平台,由德国信息技术、通讯、新媒体协会(BITKOM)、德国机械设备制造业联合会(VDMA)以及德国电气和电子工业联合会(ZVEI)三个专业协会共同建立秘书处。下一步的任务就是为关键的优先主题制定研发路线图。
确保德国制造业的未来——这是工业4.0平台的合作伙伴确立的目标。该平台邀请所有相关的利益方继续探索工业4.0带来的机遇,只有这样,我们一起才可以帮助确保成功实施工业4.0的革命前景。