導(dǎo)讀：德國工業(yè)4.0的著眼點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)是什么？工業(yè)4.0要解決的重點(diǎn)問題是什么？它突破方向最有可能在哪里？目前來看，它已經(jīng)解決了哪些問題？一段時間以來，德國工業(yè)4.0與智能制造在全國制造業(yè)界引起巨大反響。據(jù)聞，在相當(dāng)一些德國企業(yè)尚未清楚工業(yè)4.0的情形下，國內(nèi)輿論宣傳與國外相比，甚至更加普遍，聲音更加響亮。那么到底什么是工業(yè)4.0？它將帶給現(xiàn)代中國裝備制造業(yè)界什么樣的影響？在這樣的情形下，當(dāng)前的中國業(yè)界如何看待這些問題？應(yīng)該做些什么？
近日召開的第二屆中國（沈陽）國際機(jī)器人展上，工業(yè)機(jī)器人所占比例超過了70%。
（中國工業(yè)報記者 李淑梅 攝）
作為中國機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域老資格的領(lǐng)導(dǎo)者之一，原機(jī)械工業(yè)部副部長沈烈初以其數(shù)十年的從業(yè)經(jīng)驗，特別是扎實深厚的專業(yè)功底，以及求真務(wù)實的工作作風(fēng)，對德國工業(yè)4.0以及未來中國智能制造的發(fā)展提出了非常有見地的意見及建議。與之交流過的一些企業(yè)界人士評價，這是一個自工業(yè)4.0概念提出以來，國內(nèi)有關(guān)對其詮釋與理解十分到位的一篇文章。只有經(jīng)過認(rèn)真思考、踏實調(diào)研、有深厚專業(yè)背景以及對行業(yè)深刻理解和洞察之人，才能產(chǎn)生如此有針對性、有見地的意見。
“智能制造是一項長期系統(tǒng)的過程，不能一蹴而就；要在考慮企業(yè)效益（指質(zhì)量、成本、交貨期）的前提下，用投入產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)學(xué)理論審視實施智能制造。
中國裝備工業(yè)現(xiàn)階段還在于加強(qiáng)科學(xué)化、信息化管理，距離智能化尚有很長一段過程；智能制造發(fā)展需要全方位人才。
沈烈初先生根據(jù)學(xué)習(xí)與調(diào)查實踐，歸納德國工業(yè)4.0的主要內(nèi)容：即1.0為機(jī)械化;2.0為電氣化、半自動化；3.0為信息化，即高度自動化、少人化；而4.0就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化及智能化了，即虛擬實體系統(tǒng)CPS（cyberphysicalSystem),也有人翻譯為信息物理系統(tǒng)。
沈烈初認(rèn)為，首先要認(rèn)識我國國情。我國制造業(yè)水平不同于德國，推進(jìn)我國智能制造發(fā)展，工業(yè)4.0可作為參考而不能簡單復(fù)制，必須通過實踐和總結(jié)找到屬于我們自己的成功之路。
智能化首先需要高度信息化
沈烈初說，工業(yè)3.0是信息化、高度自動化、少人化，而工業(yè)4.0應(yīng)該是高度信息化（即數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化）+智能化，構(gòu)成CPS系統(tǒng)。“三化”發(fā)展呈序列順序進(jìn)步，高度信息化向智能化過渡，這一過程需要很長時間完成。
他非常形象地描述到，數(shù)字化是將物體特征或工藝過程轉(zhuǎn)化為數(shù)字描述或數(shù)學(xué)模型。網(wǎng)絡(luò)可以看作為信息高速公路，沈烈初說，沒有信息的網(wǎng)絡(luò)，類似沒有汽車的高速公路。沒有網(wǎng)絡(luò)，信息就無法高速傳遞，互聯(lián)互通。信息化即是數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的融合，包括信息獲取、信息傳遞、信息處理、信息再生和信息利用。所謂物聯(lián)網(wǎng)，就是人或物這樣的實體用數(shù)字描述，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行物與物、物與人、人與物、人與人四維互聯(lián)互通。
辨別信息化（數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化）與智能化最簡便的辦法是：前者是管理的開環(huán)系統(tǒng)，后者是管理的閉環(huán)系統(tǒng)。智能化是在信息化基礎(chǔ)上實現(xiàn)系統(tǒng)的自組織、自記憶、自診斷、自決策、自適應(yīng)，使系統(tǒng)在更佳或最優(yōu)情況下運(yùn)行，因而需要建立大量的數(shù)據(jù)庫，建立各類數(shù)學(xué)模型或?qū)＜蚁到y(tǒng)，而且信息必須是實時采集、加工、通信和處理。由此可以看到，智能化的發(fā)展是一個漫長、不斷改進(jìn)與完善，進(jìn)而發(fā)展的過程，不是一蹴而就的，更不是通過實施一兩個專項就可以變身為智能制造了。
“中國制造2025”中的十大高端裝備都要求定位在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化及智能化之上，這就要求同時也要使其生產(chǎn)、制造過程實現(xiàn)“三化”管理。
在沈烈初看來，智能制造的“三化”即數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化；而制造過程的“三化”，實際上應(yīng)該是兩個領(lǐng)域，提供產(chǎn)品制造的裝備和制造過程。首先是裝備的“三化”，其次是制造過程的“三化”，這兩個概念有很大不同，既有聯(lián)系又有區(qū)別。智能制造即產(chǎn)品制造過程的“三化”，是建立在提供裝備的“三化”基礎(chǔ)上，有這樣的“智能體”作為前提，才能實現(xiàn)智能制造。裝備的“三化”水平，在較大程度上決定了各行業(yè)“三化”的水平以及實現(xiàn)的難易程度。
沈烈初同時強(qiáng)調(diào)，單機(jī)制造構(gòu)成不了生產(chǎn)力，只有成套才能真正發(fā)揮生產(chǎn)力的作用，因而裝備單機(jī)實行“三化”過程中，要注意通訊接口，可與上下游設(shè)備互聯(lián)互通、信息交換及時、共享。對于成套設(shè)備來源于不同企業(yè)的，如何“三化”更加重要。
辯證看待實體制造和虛擬制造
沈烈初說，我用一生獲得的經(jīng)驗教訓(xùn)是，就技術(shù)論技術(shù)，很難真正推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展。虛擬設(shè)計、虛擬制造是一種手段，是為實體設(shè)計、實體制造服務(wù)的。信息技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，有可能用計算機(jī)推演千百種方案進(jìn)行比較，取得最佳方案后，再變?yōu)閷嶓w設(shè)計與實體制造，開發(fā)出新產(chǎn)品，再驗證修正完善。這就可以大大縮短研發(fā)周期，節(jié)約研發(fā)資金。新產(chǎn)品定型后，再用計算機(jī)推演得出最佳制造過程，從而安排實體制造的工藝及生產(chǎn)。盡管這樣，也有一個不斷完善的過程，因為研發(fā)與制造過程受多種內(nèi)外因素的干擾，在這里仍然需要有經(jīng)驗的設(shè)計師、工程師、制造工藝師決策和干預(yù)，這樣才能做出好的產(chǎn)品，才能保質(zhì)量、降成本、縮短生產(chǎn)周期。
計算機(jī)運(yùn)行的海量數(shù)據(jù)，其基礎(chǔ)采集必須來源于實踐和實體，所謂大數(shù)據(jù)、云平臺，都是將海量數(shù)據(jù)經(jīng)過分析，提取有用的信息，為實體制造與實體設(shè)計服務(wù)的。
只有實體制造才能生產(chǎn)出產(chǎn)品，滿足人們衣食住行用各方面需要。
不同階段的智能化需要不同的頂層設(shè)計與實施步驟
目前國內(nèi)裝備制造業(yè)大多處于工業(yè)1.0、2.0時代（只有少數(shù)企業(yè)處于3.0或3.0初期），因行業(yè)、地區(qū)、企業(yè)大小，所有制、創(chuàng)新能力、發(fā)展階段等有很大差異，因此必須分類指導(dǎo)推進(jìn)智能化。
沈烈初認(rèn)為，參考模型對于企業(yè)實踐來說，僅起引導(dǎo)作用，智能制造是一個長期的過程。很多企業(yè)的智能化管理還處于起步時期，尚處于規(guī)劃階段，遠(yuǎn)未達(dá)到高度信息化水平。要清楚地了解，智能化的前提是高度信息化（數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化）；而信息化的前提是科學(xué)化管理，如精益化生產(chǎn)LP、準(zhǔn)時化管理JIT等。
沈烈初告誡，如生產(chǎn)管理中形成數(shù)據(jù)不規(guī)范，或不全面，則不可能實現(xiàn)實時的信息化管理。他參觀調(diào)研的企業(yè)中，大部分生成數(shù)據(jù)不真實，不能實時提供，據(jù)此進(jìn)行的信息化管理又有什么意義呢？在現(xiàn)階段，企業(yè)管理不排斥在庫存、財務(wù)、工資等局部小系統(tǒng)不斷地引進(jìn)應(yīng)用CAD、CAM、CAPP、CAE、SCM、CRM等，以此來培養(yǎng)員工，不斷使生產(chǎn)過程科學(xué)化，遇有機(jī)會便可把各個獨(dú)立的信息孤島互聯(lián)互通。這就要求企業(yè)必須有一個頂層設(shè)計，分步實施，局部操作，積累經(jīng)驗，培養(yǎng)人員，最終實現(xiàn)高度信息化管理。要注意系統(tǒng)設(shè)計時，各信息孤島之間保留可鏈接的端口，以實現(xiàn)信息交換兼容。
標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化是實現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)
信息化管理與產(chǎn)品的模塊化設(shè)計、生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)、模式等有極大關(guān)系。德國產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)一直采取模塊化，零部件尺寸要素標(biāo)準(zhǔn)化，這是為適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化制造的需要，其技術(shù)模式可追溯到第二次世界大戰(zhàn)之前。沈烈初用自己在德國學(xué)習(xí)時的經(jīng)驗說明，工業(yè)結(jié)構(gòu)為社會化、專業(yè)化大生產(chǎn)方式，可以節(jié)約資源、降低成本，并可迅速轉(zhuǎn)型升級，有利于縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期。由于產(chǎn)品的模塊化設(shè)計，企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)組織要相應(yīng)地變化。
沈烈初介紹，德國在上世紀(jì)80年代已普遍采用制造島（productioncell）模式：結(jié)構(gòu)相似、工藝相近的零部件在一個“制造島”生產(chǎn)，這是成組加工（GT）的進(jìn)一步發(fā)展。如今德國的一些企業(yè)仍然采用“制造島”生產(chǎn)模式，由于采用信息化管理又有了新的內(nèi)涵。“制造島”現(xiàn)場設(shè)備之間的互聯(lián)互通，就構(gòu)成了所謂的二級管理“智能體”。
我國制造業(yè)管理模式存在著不同的形式，水平亦不同于德國。以機(jī)床行業(yè)為例，上世紀(jì)60年代即進(jìn)行了兩種不同模式的生產(chǎn)管理，一種以零件為對象的專業(yè)化車間，一種以產(chǎn)品為對象的封閉式車間。如今，這兩種不同的生產(chǎn)組織模式仍在機(jī)床企業(yè)存在?？梢韵胍姡诖嘶A(chǔ)上實行的信息化管理模式也會有很大差別。
在沈烈初看來，實現(xiàn)定制化、專業(yè)化、端對端、縱向集成、橫向集成、硬件與軟件結(jié)合的工業(yè)4.0的現(xiàn)代化大生產(chǎn)模式，必須從設(shè)計上改革，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計，盡量減少非標(biāo)設(shè)計與生產(chǎn)。他說，在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，不論研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)與銷售的信息化管理都已面向全球，要真正做到利用國內(nèi)外兩種資源（包括人力、物力、信息）、兩種市場、兩種資金，“以我為主，師洋而不崇洋”，進(jìn)而實現(xiàn)強(qiáng)國之夢。
自主可控工業(yè)軟件與系統(tǒng)集成急需解決
眾所周知，信息化與智能化的發(fā)展靠硬件，更要靠軟件。國內(nèi)工業(yè)軟件研發(fā)與應(yīng)用存在的短板必須徹底解決，實現(xiàn)自主可控的工業(yè)軟件研發(fā)和應(yīng)用體系，智能制造才能持續(xù)發(fā)展。
對此，沈烈初提出建議，大型企業(yè)或集成商要有自己的軟件開發(fā)人員，通用性軟件如CAD、CAPP、CAM、CAE、ERP等可以買到，但結(jié)合現(xiàn)場工藝與生產(chǎn)需要的應(yīng)用軟件要靠自己開發(fā)。相關(guān)工作人員要懂得信息化、智能化技術(shù)，更要懂得工作對象的產(chǎn)品與工藝，否則兩化不可能真正融合。在他看來，凡信息化管理成功的企業(yè)，應(yīng)用軟件都是自行開發(fā)的。很多企業(yè)的實踐表明，自主研發(fā)的應(yīng)用軟件既經(jīng)濟(jì)適用，又便于商業(yè)保密。
沈烈初繼續(xù)以關(guān)鍵部件傳感器為例說明，長期以來傳感器仍受制于發(fā)達(dá)國家，因其重要作用，甚至有時引起政治與商業(yè)上的麻煩。在過去和今天的裝備工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中都將傳感器作為核心技術(shù)來攻關(guān)，目前來看，雖得到高度重視，但收效不明顯。沈烈初直言，無論虛擬制造與實體制造，亦或信息與物理系統(tǒng)的橋梁，都是傳感器。沒有傳感器就沒有智能制造，沒有裝備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，就沒有物聯(lián)網(wǎng)，也就發(fā)揮不了互聯(lián)網(wǎng)的作用。
沈烈初認(rèn)為，信息化管理推進(jìn)中，還有一個重點(diǎn)要素即集成商，連結(jié)需求千變?nèi)f化的企業(yè)和提供軟硬件供應(yīng)商。目前國際廠商很多都與中國的大企業(yè)、大集團(tuán)簽訂了合作協(xié)議，出售他們的軟硬件及應(yīng)用系統(tǒng)的同時，了解并掌控了中國企業(yè)的運(yùn)營數(shù)據(jù)。在這里，沈烈初注意到了信息安全問題。他認(rèn)為，中國國民經(jīng)濟(jì)的安全問題需要一大批推動智能制造的集成商，建議一些有實力的企業(yè)成立信息化公司，不僅服務(wù)企業(yè)內(nèi)部，也可對外承接企業(yè)信息化管理的系統(tǒng)解決方案與實施。
智能制造的深層次描述
沈烈初認(rèn)為，我國裝備工業(yè)總體目前尚處于信息化階段，沒有進(jìn)入智能化時代。
他建議在推進(jìn)智能制造過程中應(yīng)結(jié)合自身實際，參照德國工業(yè)4.0八個優(yōu)先行動計劃，對標(biāo)準(zhǔn)、安全、培訓(xùn)、監(jiān)管、資源效率等相關(guān)內(nèi)容作出系統(tǒng)考慮。
比如人才方面不僅要充分重視高端科技人才、管理人才，更要發(fā)揮身懷絕技、具有長期制造經(jīng)驗積累的能工巧匠的作用，發(fā)揚(yáng)“工匠精神”。特別是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化制造的過程中，如何更好地在法律法規(guī)環(huán)境下保護(hù)商業(yè)機(jī)密和知識產(chǎn)權(quán)、加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督，以及針對不同的制造模式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)和價值鏈的變化，財政稅收制度的改革支撐，完善監(jiān)管體系和配套的法律法規(guī)文件的任務(wù)十分重要。
最后，沈烈初特別提示，在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)下行壓力下，企業(yè)效益連續(xù)下降，產(chǎn)品質(zhì)量尚未得到解決，要把“能用不太可靠”轉(zhuǎn)為“好用而可靠”十分困難。因此，在新產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級步履維艱的情況下，更要因地制宜，因企制宜，因產(chǎn)品與生產(chǎn)方式制宜。統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施，先易后難，要在考慮企業(yè)效益（指質(zhì)量、成本、交貨期）的前提下，用投入產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)學(xué)理論來審視實施，不要為智能制造而智能制造。裝備工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)階段還在于科學(xué)化、信息化管理，不求其名，但求其效果。
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