政策解读

工业4.0

时间:2024-04-02 17:02:04   作者:河南单招网   来源:河南单招网   阅读:351   评论:0
内容摘要:工业4.0
“工业4.0”项目主要分为三大主题:
一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;
二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划将特别注重吸引中小企业参与,力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者,同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者;
三是“智能物流”,主要通过互联网、物联网、物流网,整合物流资源,充分发挥现有物流资源供应方的效率,而需求方,则能够快速获得服务匹配,得到物流支持。
所谓工业4.0,是基于工业发展的不同阶段作出的划分。按照目前的共识,工业1.0是蒸汽机时代,工业2.0是电气化时代,工业3.0是信息化时代,工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代,也就是智能化时代。
这个概念最早出现在德国,2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出,其核心目的是为了提高德国工业的竞争力,在新一轮工业革命中占领先机。
其实,我国也很早就注意到了信息化对产业变革的影响。早在2002年,我国就提出要走新型工业化的道路。
“所谓新型工业化道路,其实就是工业化与信息化的相互促进。”黄阳华告诉记者,这十几年间,互联网技术变化巨大,新型工业化的道路可能需要重新认识。
黄阳华告诉记者,如今的工业生产是人操作机器,今后机器会装上智能设备,产品、仓库等等与生产相关的整个链条都会嵌入智能化设备,通过云技术把所有资源都连接起来,生成大数据,在人与物之间形成互动,自动修正生产中出现的问题。
公开资料显示,“工业4.0”战略下的相关研究项目主要由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助,仅德国联邦政府对该项目的投入就已达到2亿欧元。德国弗劳恩霍夫协会将在其下属6-7个生产领域的研究所引入工业4.0概念,西门子公司已经开始将这一概念引入其工业软件开发和生产控制系统。
“中国和德国是目前世界上最主要的制造业大国。在2008年的金融危机中,德国的表现非常稳健,让大家认识到工业实体经济的重要性。”黄阳华说,德国的经验也是在告诉中国,继续发展工业,推动工业化的升级,对整个国家的经济发展依然具有重要意义。
“我国一直都在推动信息化与工业化的融合,但相对比较简单,如果能够把德国的经验拿过来,我们自己来发展,将会是跨越式的。”邬贺铨说。
合作并不只是对其中一方有利。面对经济转型,中国迫切需要先行国家的经验推动国内产业的变革,而先行国家也同样需要借助中国庞大的市场来推动技术的革命。
第一次工业革命发生在18世纪,标志是蒸汽机的出现。从此,工厂制度取代了手工工坊,机器取代了手工劳动。这一次工业革命催生了无产阶级和资产阶级这对冤家。第二次工业革命发生在19世纪末、20世纪初,标志是电力开始取代蒸汽动力,各种电器、电动机的相继发明,远距离输电技术的诞生,让电气工业蓬勃发展,被广泛应用到生产和生活中。同时,内燃机的出现和应用,推动了汽车和飞机工业的诞生,这一切让石油工业、冶金、造船等等行业快速发展起来。而到了20世纪四五十年代,原子能、电子计算机等领域取得了重大突破,于是第三次工业革命开始了。这次革命进一步推动了社会经济、政治、文化领域的变革,让人类的社会生活向现代化程度更高的水平快速发展。
一、工业4.0是怎样产生的
前面三次工业革命,对应的工业版本,就是工业1.0、工业2.0和工业3.0。1.0因为蒸汽机动力的发明,实现了大规模生产;2.0因为电力的运用,实现了电气化生产;3.0因为计算机和信息化的发展,实现了标准化和自动化生产。而如今,我们正在经历着的就是第四次工业革命,在技术上就体现为从基因测序到纳米技术,从可再生能源到量子计算的飞跃。就像克劳斯·施瓦布在《第四次工业革命》这本书里所说的,这是一次横跨物理、数学、生物多个领域的互动。而在第四次工业革命这个大概念下,专属于工业领域的概念,就是工业4.0。而如今,随着大数据、云计算等新技术的诞生和发展,它们将推动智能互联的机器和系统的发展,成为第四次工业革命的关键领域。那么,什么是智能互联的机器和系统呢?
在未来的世界,所有制造商生产的机器,它们不仅会生产产品,还必须会自己思考。机器的动力不再是石油和电力,而是数据。未来世界里,企业的关注点,也不再是规模化、标准化,而是灵活性、敏捷性、个性化和对用户的友好度。我们总结一下,这段话里其实包含了对工业4.0的两个核心洞察,一个是生产智能化,一个是产品定制化。
智能化这个词最近几年很火。但究竟什么是智能化,又众说纷纭。其实,智能化就是实现工业系统在更高程度上的整合。我们看大部分工业系统,包括像许多制造业企业,它们内部的各业务部门、外部的生产链条各环节,看上去连着,但其实运作的时候,彼此是独立的。像产品研发、设计、生产、销售、市场各个部门,虽然早就用上计算机了,但实际上并没有实现真正意义上的整合,最多只能算是实现了更好的信息传递。这还只是在企业内部,要是延伸出去,从更大范围的工业协作体系去看,无数供应商、企业、客户、消费者,它们彼此间的割裂程度就更高了。
当然,今天的信息化局面正是工业3.0的成就。因为工业3.0通过计算机技术,在一定程度上打破了生产和需求之间的孤立状态,实现了工业各部门和环节之间信息的传递和交换。但是呢,我们现在发现,最终处理信息的,还是人。这就像一个巨大而精密的工业机器,每个关键部分都得配上一堆人来操作。机器自身是不会思考、没有灵魂的。简而言之,只能做简单的信息处理,而不能达到人类智能的程度。因为人类智能的最大特点在于,拥有洞察,可以预测。而工业4.0的智能化,就是要给这一个庞大的工业机器,装上一个拥有洞察、可以预测的大脑。所谓让机器思考,就是这个意思。
当然,让机器思考很重要,让机器思考什么,也同样重要,甚至更重要。这就是产品定制化的目标。
前三次工业革命,使得人类的工业水平大幅提升。但是近几年有一个现象很扎眼,那就是一部分非常古老的手工作坊,开始复兴起来。“匠人精神”这样的概念被不断提出来。这看上去是非常反科技、反工业革命逻辑的。怎么大家突然开始不喜欢工业品,喜欢起手工品来了?这不是倒退吗?当然不是,这其实恰恰反应了工业革命发展到现在,逐渐暴露出的一些问题。工业系统追求规模化、标准化、自动化,这促进了工业经济的极大发展,但也导致各种产品千篇一律,长得都一样。而在那些完成了工业化的社会,随着物质财富的积累,人们开始进行新的消费升级,不再满足于被动选择已经制作好了的、整齐划一的商品,转而去拥戴那些可以满足个人特殊要求的商品。在这种情况下,已有的工业生产状态做不到,而手工作坊的匠人,倒反而可以做到,这才出现了那种反工业化的商品逻辑。
工业属于经济领域,追求效益。这种市场需求的变动,最终一定会开始倒逼工业的再次转型升级。工业系统以发展到新阶段,也就是4.0为目标,目的就是要把现在的生产链,打造成高度智能化,把供需链条的两端彻底打通,让产品的定制化可以非常轻松地实现。举个例子,其实淘宝早就开始做这件事了,淘宝整合了全国大量的优质工厂,把工厂连接到淘宝平台的商家,通过把工厂和电商的优势互相融合,来打通生产链,让消费者可以实现消费品的定制。当然,这个服务现在还只是一个雏形。但正如马云说的,在新的商业文明中,制造者需要以消费者的意志为标准,来进行定制化生产。未来的工厂必须能灵活、快速地为消费者提供私人定制服务,不然就会被淘汰。
工业4.0意味着工业领域的新一代转型升级,它依附于现有的科技成就,目标是通过生产的智能化和产品的定制化,解决工业发展到今天,暴露出的新的供需不匹配问题。
二、工业4.0商业模式
商业模式对制造业来说至关重要。那么,在工业4.0时代,未来制造业的商业模式是什么?就是以解决顾客问题为主。所以说,未来制造企业将不仅仅进行硬件的销售,而是通过提供售后服务和其他后续服务,来获取更多的附加价值,这就是软性制造。而带有“信息”功能的系统成为硬件产品新的核心,意味着个性化需求、小批量定制制造将成为潮流。制造业的企业家们要在制造过程中尽可能多的增加产品附加价值,拓展更多、更丰富的服务,提出更好、更完善的解决方案,满足消费者的个性化需求,走软性制造+个性化定制道路。
工业4.0有一个关键点,就是“原材料(物质)”=“信息”。具体来讲,就是工厂内采购来的原材料,被“贴上”一个标签:这是给A客户生产的XX产品,XX项工艺中的原材料。准确来说,是智能工厂中使用了含有信息的“原材料”,实现了“原材料(物质)”=“信息”,制造业终将成为信息产业的一部分。
工业4.0的本质,就是通过数据流动自动化技术,从规模经济转向范围经济,以同质化规模化的成本,构建出异质化定制化的产业。对于产业结构改革,这是至关重要的作用。
工业4.0驱动新一轮工业革命,核心特征是互联。互联网技术降低了产销之间的信息不对称,加速两者之间的相互联系和反馈,因此,催生出消费者驱动的商业模式,而工业4.0是实现这一模式关键环节。工业4.0代表了“互联网+制造业”的智能生产,孕育大量的新型商业模式,真正能够实现“C2B2C”的商业模式。
对于即将到来的数据流动自动化趋势,世界主要制造强国的理解各有千秋。典型的就是通用电气(GE)公司推动的“工业互联网”,[8]它更关注产品本身的智能化。
三、工业4.0有哪些核心技术
工业4.0将成为推动第四次工业革命的关键。前三次工业革命,就人类总体而言,引发了全球范围内的紧密联系与协作,推动了全球经济的大发展。在丰富物质财富、促进技术发展、改善人们生活水平等方面,这三次工业革命功勋卓著。但是呢,就单个国家来说,就不一定都是好事了。尤其是那些科技落后的国家,因为新的工业革命一旦发生,往往就会引发新一轮的世界格局变化。于是,各种纠纷和冲突不断上演,把整个世界搅得不得安宁。两次世界大战就是这么爆发的,各种能源危机、环境问题、资源短缺等等,也是工业革命带来的问题。
正是在这样的大背景下,当20世纪后期,大量新技术不断诞生时,人们既恐慌又兴奋。大家都想知道,这一次科技革命,究竟是好事还是坏事。当然,各个国家和利益团体早已发现了机遇,行动起来,想要抢占先机,尤其是根据现在的技术前景,比如人工智能、新能源、量子信息技术、虚拟现实、大数据、云计算、物联网等等。这些未来技术,看上去不仅可以解决前几次工业革命遗留下来的问题,还能够为已经走进后工业化时代,已经开始疲软的经济增长提供新的动力。
所以,这几年世界各国都开始推出新的工业战略,正是因为这关乎未来国家的命脉。德国的工业4.0当然是起点,除此之外,比如法国推出的“新工业法国”计划;美国提出的“先进制造”战略目标,建造国家创新网络;日本制定的产业价值链计划,包含三大板块内容——人工智能研究中心、物联网加速计划和机器人革命计划。工业4.0就像是“阿基米德的支点”,谁掌握了这个支点,谁就可以在未来撬动整个地球,而撬动的杠杆,就是工业4.0的三个核心技术:大数据、云计算和物联网。因为正是这三个技术,让工业4.0的各种想象前景,成为可能。
先说大数据。
虽然人们几十年前就开始说信息大爆炸,但实际上,到现在,信息爆炸早就有过之而无不及。而在未来,因为产品和服务会从标准化、量产化,进入定制化、个性化,所以这个世界的数据增长更是难以想象。据统计,光是1989到2010年这21年,全球数据就增长了100倍。而在2010到2015年,这短短5年,这个数字又增长了200倍。如今,数据几乎每天都在极速增长。作者在书中说到,在工业3.0时代,科学技术是第一生产力,但在工业4.0时代,大数据才是第一生产力。
这个大数据可不是单指数据本身,不是机构发布的一些排名、盘点之类的东西。大数据的价值,是基于海量数据,找到数据的内在逻辑,最后给出结论性的意见。就像谷歌地图的价值,不在于告诉你路上有多少辆车,而是根据收集到的各种路面信息,告诉你往哪儿开可以最快达到目的地。所以说,大数据技术不是一堆数据的集合,而是一套最佳的解决方案。而当数据量达到一定规模,通过挖掘隐藏在数据背后的规律,就能拥有预测未来的洞察力。其实这也不玄乎,淘宝、京东等电商,通过搜集用户的消费行为,再用算法精准推送商品,这就是大数据的一个应用案例。
当然了,大数据正如它的名称,想要让这项技术真正发挥出改变世界的力量,关键还是在数据的规模上。就像在沙子里淘金,首先沙滩要足够大。但是呢,这也是大数据发展的一个难点。因为要想聚起这样巨大的数据沙滩,非常困难。越是掌握着数据的企业,越知道数据的重要性,也就越不肯开放数据。原因很多面,比如信息共享可能带来一定的安全隐患,但更多的是,对于企业来说,垄断数据就是垄断未来,谁也不愿意把未来拱手让人。这也是美国政府把大数据称为“未来新石油”的原因。数据在未来是关键资源,谁掌握了数据,谁就能主宰世界。
不过话说回来,拥有海量数据只是第一步,一般人就算掌握了这些数据也没什么用,因为即便有了数据,如果没有挖掘和分析数据的能力,那也是白搭。而这种能力,人脑显然是达不到的,这就需要工业4.0的第二个关键技术云计算,来发挥作用了。
一般提到云计算,你可能立刻想到的是云存储,像百度云盘之类的。存储确实是云计算的主要功能之一,没有存储功能,搜集来的海量数据就没地方放。但存储只是最基本的功能,云计算真正厉害的地方是它的运算能力。有人这样比喻云计算,说它就像一颗独立于人类之外的超级大脑,我们人类产生的所有信息,都可以立刻上传给这颗超级大脑,让它帮我们运算,再得出结果。本来,我们人类的智能是有限的,但现在借助这颗超级大脑,我们就相当于拥有处理海量信息的无限能力。而且是让每一个人,都拥有了这种能力。比如我们可以从海量的癌症病例数据中找出癌症基因,可以根据海量的物种基因,推算出生物的变异方向,可以从海量的地震数据中,发现更确切的地震规律等等。许多单靠人脑得算上几万年的信息,云计算只需要几分钟,甚至几秒钟就能处理完。
唯一的遗憾是,云计算的运算能力,也不是真的像云一样飞在天上,无边无际,云计算其实是有实体的,它的实体就是一台台倚靠电力维持的服务器。如果想要拥有巨大的运算能力,就需要制造更多的服务器。目前已知的,谷歌云计算已经拥有100多万台服务器,亚马逊、微软、IBM这些企业,都拥有几十万台服务器。而为了在工业4.0时代里占据优势地位,全球的科技企业,都在试图不断开发云计算的运算能力,试图通过云计算向外扩张地盘。在这种时候,运算能力实际上就成了一种重要的战略资源。比如欧洲的国家就很被动,因为他们国家和个人的大量数据,其实是储藏在美国硅谷那几个科技巨头的服务器里。
说到这里,你可能觉得大数据、云计算,这些都只是技术,那工业4.0时代,我们究竟想用这些技术做什么呢?简单说的话,其实就四个字:万物互联。人们依托大数据和云计算,构建物联网。
我们知道,世界上存在很多系统,比如自然是一种系统,人类社会是一种系统,工业是一种系统,信息产业也是一种系统。以前,这些系统都倾向于彼此独立,只在各自的内部,形成自己的循环系统。而在工业4.0的未来,这些系统会在大数据和云计算的改造下,打破原来的界限,走向融合,形成一个更大、更包容的统一系统,达成一种万物互联的状态,这就是物联网。同时,也只有在万物互联之后,我们前面说到的,高度的生产智能化和产品定制化,才有可能实现。
工业4.0是第四次工业革命的关键所在,而大数据技术、云计算和物联网,为工业4.0的实现打下了技术基础。
三、工业4.0时代,我们的生活会变成什么样
前面我们讲到了物联网技术。在工业4.0的场景下,未来是一个万物互联的时代,世界上几乎所有的东西都会被连接在同一个网络中。国际电信联盟在2005年就构想出这样一副图景:当一名司机出现驾驶失误的时候,汽车会自动报警;你的公文包会提醒你出门忘带了什么东西;每一件衣服会自动告诉洗衣机,洗衣粉的用量和水温要求。不仅如此,随着可穿戴设备、传感器技术等的不断发展,物联网的敏感性和智慧程度会不断提升。最后,你甚至感觉不到物联网的存在,但其实无时无刻不在与它互动。比如当你走进一间房子,房间会和你产生互动,根据你的要求发生各种变化。每个人的世界都将非常个性化。
不仅是个人领域,人类社群的方方面面,都会与无处不在的各种智能设备发生关系,彼此互动。人类群体的一切都将实现智能化和定制化。智能家居将代替保姆和管家,服务你日常的每个细节;城市中每一个居民和家庭互相连接组成社区,所有楼房、绿化、交通网、医院、超市、停车场等,都将连接起来,互相协调,形成极其高效的资源优化配置。我们身处的一切,都将被工业4.0改造。所以,在未来,各行各业都将升级为新的形态。当然,这样说可能还是笼统了些,下面我具体从生产端的未来工厂和生活端的未来消费这两个领域,来为你展示一下。
在巴伐利亚州东北的西门子安贝格电子制造厂,是德国工业4.0 的典范,也是未来工业的一个缩影,它拥有全欧洲最先进的数字化生产平台。这个平台让安贝格在生产产品的每个环节,都有自己的编码,从而实现全程的自动化和定制化。操作者只要修改一些控制程序,就可以调整工序,从而在同一条流水线上造出不同的元器件。高度自动化让整个生产效率大大提高,全程只有四分之一的工作量需要人工处理。因为实现了24小时供货,平均每秒就能生产1个产品,所以安贝格每年可以生产30亿个元器件,产能比其他没有数字化的工厂高了8倍。当然,这几点还只是高度的数字化,算不上智能化。安贝格真正惊人的是,它的平台能够实现对每个工序的实时监测,产生的数据会被用来不断分析、完善整个制造流程。经过长年累月不间断的优化完善,如今安贝格产品的次品率已经达到了十万分之一。全球没有任何一家同类工厂的次品率,可以比它更低。
而这样的工厂,服务的是谁呢?当然还是消费者。只不过原来我们的消费行为,是基于已经生产出来的产品,而在工业4.0未来工厂的场景下,我们每个人都可以在产品制作前的环节,提出要求,定制自己的专属产品。
比如你要买一瓶香水,在工业4.0的未来,你可以先拿出手机,打开一个App,在界面上输入你对香水的任何要求,App会立刻根据你的要求计算出一个价格。这个价格可不是随便定的,而是在比对了全世界所有香水制造工厂、找遍了最合适的香水原料产地、确定了最佳的货运配送方式之后,为你独家定制而成的一个价格。而你如果接受这个价格,就可以立刻确认购买并支付。随后,App会将你的个人信息和订单要求转化成数据包,转交给相应的制造工厂。工厂再通过计算,安排原料的配送、加工、制造,最后定制出你需要的产品。在这个过程中,每一个环节,App都会将半成品和你的订单进行核对,确保产品完全符合你提出的要求,直到最终送到你的手上。
在这种工厂智能化和产品定制化的前景下,作者感叹,这才是真正以人为本的工业阶段。不过,忧喜参半,工业4.0在给人类生活带来极大便利的同时,其实也对每个人提出了更高的要求。最显著的例子,就是近几年随着智能工厂概念的发展,关于人工智能技术的讨论不断扩大。许多人很恐慌,技术革新会不会带来大范围的“下岗潮”。
其实,全球各地越来越多的工作岗位正在被人工智能取代,这已经不算新闻了,甚至还包括好些原本被认为是不可替代的行业,比如记者行业。美国《洛杉矶时报》早就开始启用人工智能,来撰写一些简单的新闻。再比如巴塞罗那自治大学的电子舌技术,可以让机器人通过传感器和化学方法,来判断啤酒的种类,未来品酒师这个岗位很可能会受到冲击。还有谷歌等科技公司,早就开始研发的自动驾驶技术,就会危及如今的出租车司机、民航飞行员等岗位。这样的例子越来越多,随着科技的发展,未来还会有很多传统岗位,逐渐退出历史舞台。
但是呢,你也不要太担忧。虽然像人工智能这样的技术,会取代许多人的岗位,但并不表示人就没有事情可以做了。作者认为,在工业4.0时代,人在生产中的工作内容,会发生很大调整。因为有了机器,人们就不用再操心生产过程了,转而把精力放到关心结果上。就像德国人工智能研究中心的首席执行官沃尔夫冈博士说的,即使是在工业4.0时代,工厂也不可能一个人都没有。旧的生产岗位消失了,但新的岗位会出现,比如会有越来越多的岗位,要求对联网的机器进行编程和维护。
所以说,由人工智能这个议题可以发现,工业4.0时代对人的素质提出了更高的要求。而让自己跟上工业4.0技术的革新,不被淘汰,或许也是每个人都需要好好思考和面对的事情。
四、总结
第四次工业革命下的工业4.0在许多国家正发展得如火如荼,但事实上,世界上还有好多国家和地区,前面的工业革命之路都还没有走完。比如,全球仍然有13亿人没法获得电力,也就是还停留在第二次工业革命的门口。全球有超过40亿的人,还没有接入互联网,其中大部分人都生活在发展中国家。工业4.0在给一部分人带来机会的同时,也会加剧另一部分人的危机。但是,工业4.0带来的颠覆正在发生,我们没办法回避,也根本不必回避。甚至可以说,国家与个人都有责任推动工业4.0大革命,让它成为更多人追求美好生活的机遇。

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