工業(yè)4.0：提高制造效率
制造業(yè)依舊是國民經(jīng)濟的支柱產(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年全球金融危機后，由于產(chǎn)能增加但全球消費市場(chǎng)有限，各國為了保持國家的長(cháng)期競爭力，紛紛出臺各種引領(lǐng)制造業(yè)升級的國家戰略和產(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)國家戰略計劃》等政策，利用機器人、自動(dòng)化和3D打印等新興產(chǎn)業(yè)構成美國的“再工業(yè)化”戰略，這也是美國建國后的第五個(gè)國家戰略，其重要性可見(jiàn)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)戰略2020》和《把握德國制造業(yè)的未來(lái)：實(shí)施工業(yè)4.0的建議》，認為將物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)引入制造業(yè)的趨勢將迎來(lái)第四次工業(yè)革命，明確把工業(yè)4.0定位為國家發(fā)展戰略，通過(guò)西門(mén)子、寶馬等大公司形成標準而推廣到國內為數眾多的中小企業(yè)，以提高德國在生產(chǎn)和研發(fā)上的國際優(yōu)勢。當然日本、韓國、英國、印度等國也紛紛根據自身情況提出了相應的先進(jìn)制造發(fā)展戰略。
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”戰略沖擊而在2014年讓出了這一位置。在實(shí)體經(jīng)濟遭遇下滑、制造企業(yè)大量倒閉的情況下，中國政府也開(kāi)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(guò)三步走，推進(jìn)信息化與工業(yè)化的融合，以實(shí)現綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強國行列的遠期目標。
《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(dòng)邀請中國加入工業(yè)4.0體系，另一方面則是因為兩國在制造業(yè)的數字化、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(chǎng)、智能物流和智能服務(wù)四個(gè)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(lái)，從西門(mén)子、博世、寶馬、空客到弗勞恩霍夫協(xié)會(huì )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)和標準制定部門(mén)參觀(guān)訪(fǎng)問(wèn)，從中發(fā)現，工業(yè)4.0中真正行之有效的革命并不是表現在制造環(huán)節的提升上，而在于全制造過(guò)程中各個(gè)物流環(huán)節的創(chuàng )新。
工業(yè)4.0是以賽博物理系統（Cyber-PhysicalSystem，CPS）來(lái)打通整個(gè)制造的數據環(huán)節，通過(guò)完善供應鏈條的待加工件（包括產(chǎn)品、零部件及原材料），實(shí)現與設備、相關(guān)人的實(shí)時(shí)互聯(lián)。其在改型改性的加工或包裝的技術(shù)、設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(shí)調度、質(zhì)量控制、設備運維和故障診斷也未因賽博物理系統CPS而有節點(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(xiàn)、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)資源規劃ERP、制造執行系統MES、并行工程、虛擬制造等軟硬件系統在制造環(huán)節的效率提升上更為創(chuàng )新。
但是，工業(yè)4.0卻在全供應鏈的各個(gè)物流環(huán)節上取得了突飛猛進(jìn)的效率提升。其利用賽博物理系統CPS為核心，將原材料、零部件或最終產(chǎn)品賦予關(guān)聯(lián)的數據屬性，通過(guò)自組織的智能規劃，主動(dòng)尋找同樣賦予關(guān)聯(lián)數據屬性的移動(dòng)載體、分揀設備、加工設備等加工或包裝載體、各環(huán)節的管理人員、操作人員或機器人，并可以通過(guò)自組織的協(xié)同、協(xié)調能力，有效準時(shí)地完成需要的處理任務(wù)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是零部件可以自己找車(chē)、找設備、找工人進(jìn)行符合最優(yōu)規劃的加工，或者原材料、產(chǎn)品可以自己找車(chē)、找庫、找人進(jìn)行符合最優(yōu)規劃的采購、庫存、包裝和交付。
賽博物理系統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(guò)計算、通訊和控制技術(shù)的協(xié)同和融合，實(shí)現了人機交互和物理進(jìn)程交互。
事實(shí)上，由于賽博物理系統CPS的存在，可以使得建立全產(chǎn)業(yè)鏈的供應鏈管理仿真模型，利用物聯(lián)網(wǎng)將產(chǎn)品、AGV、叉車(chē)、貨架、托盤(pán)、周轉箱、加工設備、機器人、由人機交互設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CPS，通過(guò)完整供應鏈供應任務(wù)或終端市場(chǎng)真實(shí)而個(gè)性化的需求，綜合優(yōu)化供應鏈資源，并進(jìn)行實(shí)時(shí)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運行環(huán)境中，產(chǎn)品設計、開(kāi)發(fā)、加工設備、加工技術(shù)、加工工藝、生產(chǎn)線(xiàn)以及生產(chǎn)管理中的排產(chǎn)、調度、質(zhì)量控制和設備運維并不需要改變，需要改變的是每一個(gè)智能化的保障系統或保障單元，如待加工件、AGV小車(chē)、貨架及周轉箱、分揀系統、機器人等，這些保障系統和保障單元通過(guò)主動(dòng)協(xié)同賽博物理系統的其他相關(guān)單元，使得物流作業(yè)網(wǎng)絡(luò )更加高效、準時(shí)和低成本，以完成供應鏈的系統優(yōu)化。
在工業(yè)4.0中，人是極其重要的組成單元。一方面是因為人本身就具有自組織的主動(dòng)協(xié)調和協(xié)同作業(yè)能力，另一方面則是可以通過(guò)人機交互接口實(shí)現對人操作的輔助支撐功能，讓人發(fā)揮出更大的主動(dòng)能力。
中國制造業(yè)企業(yè)的信息化基礎還很差，但是互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、供應鏈商業(yè)渠道優(yōu)化的基礎卻位居全球前列，完全有條件先在制造過(guò)程的物流保障體系、供應鏈系統優(yōu)化方面實(shí)現信息化與工業(yè)化融合，提高制造過(guò)程的效率，從而形成制造業(yè)的競爭力。
朱先生