ber-physical System,简称CPS),换言之一个高效的工业互联网网络是工业4.0技术基础的核心。CPS将物理世界转换为数字世界,形成了物理系统对应的虚拟系统(digital twin),再通过IoT(Internet of things,简称IoT,物联网)技术数字化管理生产,提升机器与机器之间的互联性、减少人为参与,从而实现制造的“智能化”。CPS(虚拟现实系统)中工业设备嵌入的大量传感器充当机器接受外部信息的感觉器官,采集生产流程的所有数据并运用虚拟系统的高级运算能力进行分析、运算和决策,形成可自律操作的、自组织的智能生产系统。

如果说机器人、数控机床等设备是工业4.0的躯干和肌肉,那么CPS和相关技术就是工业4.0的大脑。

CPS系统网络化的信息分布形式是关键。以前,制造型企业内的生产流程均由一个“中央”控制,信息和指令自上而下,通过各类生产管理系统下达给生产车间。然而CPS系统里,信息并不需要经过某个统一的、自上而下的渠道进行分发,而是呈网络化分布,共享给生产过程中的每一个参与方,使得每个参与方都可以获得足够信息以做出最优决策。这其中也包括机器。借助物联网和人工智能的相应技术,机器不仅可以掌握信息和知识,还可以自主决策、自主出发动作。

在CPS系统里,机器们会说话、会思考,而且彼此间形成了一个智慧的“社交网络”,协作完成各种高复杂度的生产任务。当一个订单进入工厂,机器不用等待上面的指令就已获得相应信息,了解什么时候该做什么,并自动开始生产。机器还可以根据实时数据、订单信息来安排产线,增加、减少或改变生产流程。

例如,根据实时的大数据挖掘分析,系统可以主动给用户推送消息提醒设备维护保养,某个工位可以自动联系供应商增加物料等。这就像曾经叫车须拨打电话给一个呼叫中心,而如今人人都可以通过滴滴出行类似的APP获取自己身边的用车信息并自主进行叫车和乘车。

机器实施通信、自主决策的技术也意味着工业4.0能够以低成本实现3.0时代无法实现的个性化定制生产。在过去,流水线带来了大规模的成本降低,然而一旦遇到生产故障,则会面临整条流水线停产、以及处理残次品等带来的高昂成本。然而,通过CPS机器之间的实时通信,某个环节出现问题不会对其他生产环节产生重大影响,生产流程可以不受太大干扰地进行,同时对产品的实时智能控制也使得次品率大大降低。

在工业4.0之前,生产流程中产生的数据是大量浪费的,鲜少得到利用。而现在,工业设备产生的海量数据可以“变废为宝”,借由大数据、云计算进行分析、归纳,用于预测未来的机器行为、潜在故障和生产问题。北京博华科技自主研发的健康监测云平台正是基于传感器采集的大量设备数据、过往故障和维修案例,利用大数据、机器学习等技术来研发出智能诊断和维修决策模型,为石油石化等行业客户提供故障预警、故障报警和维修决策等服务,其报警准确度可达94%以上。

高度精密的机器人(自动化技术)和CPS(信息化技术)即构成了智能制造的两方面核心技术,这和我国制造业提出的“两化融合”的思路不谋而合。

什么样的企业适用工业4.0?

工业4.0的概念如火如荼,并不代表每个中国企业就要全盘接受工业4.0模式。个性化定制、信息物理系统的概念很美,但是落实到企业自身时需要更冷静的思考。

首先,德国的工业4.0是切合德国的国情提出的智能制造战略,并不一定适合我国的国情。

德国提出工业4.0是为了巩固制造业的传统优势,用互联网、物联网等新技术对制造业升级,强调的是对用户个性需求的满足。另一个制造强国美国也提出工业互联网的概念,强调的是通过惯有的IT软实力提升制造业的生产效率。而我国制造业的传统优势呢?大规模、高复杂度、快速交货——这与其他国家各有差异,且所面临的主要问题是产能过剩和创新乏力。

同时,我国的整体制造业水平尚未达到德美等制造强国的水准,不少企业首先得补课工业3.0才可能迈入工业4.0的阶段。没有成熟发达的工业3.0生产技术和基础,难以谈及工业4.0的升级改造。此外,德美等国进行智能制造升级的一大目的是解决劳动力匮乏问题,而如果中国仅采取机器换人的片面做法进行技术密集改造,可能会造成更严重的就业问题。

更进一步来说,在有基础的工业3.0水平之上,是否要实施工业4.0、如何实施工业4.0也取决于企业相应的定位与目标。麦肯锡的调研显示,在工业4.0的大潮里获益最多的是根据企业自身管理、业务和战略情况来选择部分结合工业4.0的企业,而并非那些彻头彻尾焕然一新的企业。

从企业所处的行业性质、业务特点和战略定位来分析它是否需要同时在自动化/智能化(新技术)和个性化(新制造)上达到比工业3.0更高的标准,从而决定企业是否应进行工业4.0的升级改造。

这其中,新技术指的是高度精密自动化(机器人)和工业互联网(CPS),而新制造指的是以满足客户个性化使用为目的的模式创新/革命。

当企业同时需要很高的智能化和个性化水平时,工业4.0是首选。以海尔为例,在最新的网络化战略转型中,海尔同时在信息化和自动化上进行升级改造:底层用户数据互联互通,围绕用户组织全流程,同时打造更加定制化的家电品类,建设互联工厂,以小批量柔性化的生产方式应对更加个性化的订单。

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青岛红领也属于工业4.0的范畴,但由于行业和业务性质,它的工业4.0路径有所不同。一方面,红领的信息化水平较高,这是因为服装定制相较于家电需要更精确复杂的量体裁衣、合身打造,需要较强的信息化支持。另一方面,红领的自动化水平适中,因为制衣的技术本身门槛不高。

当企业需要达到较高的智能化水平但不需要为客户提供定制化的服务时,那么提升自动化水平、机器换人和提升效率降低人力成本的做法更加切实可行。石油化工、原材料制造和代工生产等行业属于此类范畴。以富士康为例,它的代工生产线为苹果公司等提供标准化的产品生产,对定制的需求不多,相反是对提升生产率、降低成本有着更大的需求。

当企业的业务定位一个小众的利基市场,同时其生产流程不需要也难以使用高精尖自动化技术时,工业4.0也不是最优选择,反而扎实打磨产品定位、做好个性化服务才是较符合投入产出的选择。往往活跃在这个领域的是一些小而美的公司或者具备稀缺技能的个体职人,他们的产品服务生产量小,但定价高,往往落入奢侈品类,以高定服装、定制珠宝首饰等为例。

当一些已经处于经营困境的企业可能在智能化与个性化两方面都不够达标,也没有资金投入去进行工业4.0的投资。那么及时改善经营情况、提升基础制造水平等举措是企业应该首先实施的步骤。

工业4.0对我国制造企业的确有借鉴意义,然而,是否全部或部分采纳仍需结合企业自身发展水平和行业特点加以考虑。当然,未来中国制造业面临的将会是一个更加复杂、更有挑战性、竞争更激烈的市场。因此,保持灵活敏锐、持续改善经营、结合自身情况和市场趋势采纳创新技术和商业模式,将会是任何企业保持领先的关键。