我國工業(yè)4.0發(fā)展的突破方向

        制造業(yè)依舊是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，而占全球制造業(yè)GDP60%的美國、中國、日本、德國、韓國和印度六國，更是在制造業(yè)上爭奪激烈。

        2008年全球金融危機(jī)后，由于產(chǎn)能增加但全球消費(fèi)市場有限，各國為了保持國家的長期競爭力，紛紛出臺各種引領(lǐng)制造業(yè)升級的國家戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)政策。

        美國先后提出了《重振美國制造業(yè)政策框架》、《美國先進(jìn)制造業(yè)的領(lǐng)先地位計劃》和《先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃》等政策，利用沖壓機(jī)械手、自動化和3D打印等新興產(chǎn)業(yè)構(gòu)成美國的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，這也是美國建國后的第五個國家戰(zhàn)略，其重要性可見一斑。

        德國則針對美國和中國制造業(yè)的步步緊逼，提出了《高新技術(shù)戰(zhàn)略2020》和《把握德國制造業(yè)的未來：實(shí)施工業(yè)4.0的建議》，認(rèn)為將物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)引入制造業(yè)的趨勢將迎來第四次工業(yè)革命，明確把工業(yè)4.0定位為國家發(fā)展戰(zhàn)略，通過西門子、寶馬等大公司形成標(biāo)準(zhǔn)而推廣到國內(nèi)為數(shù)眾多的中小企業(yè)，以提高德國在生產(chǎn)和研發(fā)上的國際優(yōu)勢。

        當(dāng)然日本、韓國、英國、印度等國也紛紛根據(jù)自身情況提出了相應(yīng)的先進(jìn)制造發(fā)展戰(zhàn)略。

        中國在2013年短暫地成為全球第一制造大國，后迅速被美國的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略沖擊而在2014年讓出了這一位置。在實(shí)體經(jīng)濟(jì)遭遇下滑、制造企業(yè)大量倒閉的情況下，中國政府也開始在制造業(yè)產(chǎn)業(yè)政策上發(fā)力，于2015年推出了“中國制造2025”，計劃通過三步走，推進(jìn)信息化與工業(yè)化的融合，以實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國行列的遠(yuǎn)期目標(biāo)。

        《中國制造2025》發(fā)布之后，許多人將之解讀為中國版的工業(yè)4.0，一方面是由于德國政府主動邀請中國加入工業(yè)4.0體系，另一方面則是因?yàn)閮蓢谥圃鞓I(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向上有許多重合之處。

        工業(yè)4.0隨之在中國升溫，但基本上還是定位在智能生產(chǎn)、智能工廠、智能物流和智能服務(wù)四個領(lǐng)域的縱向集成、橫向集成和端到端集成等制造領(lǐng)域上。

        幾年來，從西門子、博世、寶馬、空客到弗勞恩霍夫協(xié)會斯圖加特研究所、德國工業(yè)科學(xué)聯(lián)盟，筆者多次到德國工業(yè)4.0的發(fā)起企業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)制定部門參觀訪問，從中發(fā)現(xiàn)，工業(yè)4.0中真正行之有效的革命并不是表現(xiàn)在制造環(huán)節(jié)的提升上，而在于全制造過程中各個物流環(huán)節(jié)的創(chuàng)新。

        工業(yè)4.0是以賽博物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem，CPS）來打通整個制造的數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，通過完善供應(yīng)鏈條的待加工件（包括產(chǎn)品、零部件及原材料），實(shí)現(xiàn)與設(shè)備、相關(guān)人的實(shí)時互聯(lián)。其在改型改性的加工或包裝的技術(shù)、設(shè)備和工藝上并未有創(chuàng)新或本質(zhì)的改變，生產(chǎn)管理中的生產(chǎn)計劃、實(shí)時調(diào)度、質(zhì)量控制、設(shè)備運(yùn)維和故障診斷也未因賽博物理系統(tǒng)CPS而有節(jié)點(diǎn)上的創(chuàng)新突破。因而，工業(yè)4.0并不比其他的生產(chǎn)管理模式（如福特的反U型生產(chǎn)線、大野耐一的JIT、沃馬克的精益生產(chǎn)）更為有效，也不一定比企業(yè)資源規(guī)劃ERP、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES、并行工程、虛擬制造等軟硬件系統(tǒng)在制造環(huán)節(jié)的效率提升上更為創(chuàng)新。

        但是，工業(yè)4.0卻在全供應(yīng)鏈的各個物流環(huán)節(jié)上取得了突飛猛進(jìn)的效率提升。其利用賽博物理系統(tǒng)CPS為核心，將原材料、零部件或最終產(chǎn)品賦予關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)屬性，通過自組織的智能規(guī)劃，主動尋找同樣賦予關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)屬性的移動載體、分揀設(shè)備、加工設(shè)備等加工或包裝載體、各環(huán)節(jié)的管理人員、操作人員或工業(yè)機(jī)器人，并可以通過自組織的協(xié)同、協(xié)調(diào)能力，有效準(zhǔn)時地完成需要的處理任務(wù)。簡單地說，就是零部件可以自己找車、找設(shè)備、找工人進(jìn)行符合最優(yōu)規(guī)劃的加工，或者原材料、產(chǎn)品可以自己找車、找?guī)?、找人進(jìn)行符合最優(yōu)規(guī)劃的采購、庫存、包裝和交付。

        賽博物理系統(tǒng)CPS是工業(yè)4.0的核心，它包含了計算、網(wǎng)絡(luò)和物理實(shí)體，通過計算、通訊和控制技術(shù)的協(xié)同和融合，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互和物理進(jìn)程交互。

        事實(shí)上，由于賽博物理系統(tǒng)CPS的存在，可以使得建立全產(chǎn)業(yè)鏈的供應(yīng)鏈管理仿真模型，利用物聯(lián)網(wǎng)將產(chǎn)品、AGV、叉車、貨架、托盤、周轉(zhuǎn)箱、加工設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、由人機(jī)交互設(shè)備輔助控制的操作人員和管理人員直接接入賽博物理系統(tǒng)CPS，通過完整供應(yīng)鏈供應(yīng)任務(wù)或終端市場真實(shí)而個性化的需求，綜合優(yōu)化供應(yīng)鏈資源，并進(jìn)行實(shí)時的資源重組，形成自組織協(xié)同能力，完成最有效的物流保障任務(wù)。

        因此，在工業(yè)4.0運(yùn)行環(huán)境中，產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)、加工設(shè)備、加工技術(shù)、加工工藝、生產(chǎn)線以及生產(chǎn)管理中的排產(chǎn)、調(diào)度、質(zhì)量控制和設(shè)備運(yùn)維并不需要改變，需要改變的是每一個智能化的保障系統(tǒng)或保障單元，如待加工件、AGV小車、貨架及周轉(zhuǎn)箱、分揀系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人等，這些保障系統(tǒng)和保障單元通過主動協(xié)同賽博物理系統(tǒng)的其他相關(guān)單元，使得物流作業(yè)網(wǎng)絡(luò)更加高效、準(zhǔn)時和低成本，以完成供應(yīng)鏈的系統(tǒng)優(yōu)化。

        在工業(yè)4.0中，人是極其重要的組成單元。一方面是因?yàn)槿吮旧砭途哂凶越M織的主動協(xié)調(diào)和協(xié)同作業(yè)能力，另一方面則是可以通過人機(jī)交互接口實(shí)現(xiàn)對人操作的輔助支撐功能，讓人發(fā)揮出更大的主動能力。

        中國制造業(yè)企業(yè)的信息化基礎(chǔ)還很差，但是互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、供應(yīng)鏈商業(yè)渠道優(yōu)化的基礎(chǔ)卻位居全球前列，完全有條件先在制造過程的物流保障體系、供應(yīng)鏈系統(tǒng)優(yōu)化方面實(shí)現(xiàn)信息化與工業(yè)化融合，提高制造過程的效率，從而形成制造業(yè)的競爭力。