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  德国的制造业是世界上最具竞争力的产业部门之一。这归功于德国制造业能够管理复杂的工业生产过程,不同任务由位于不同地点的合作伙伴完成。近二三十年来,德国制造业已成功地利用信息通信技术(ICT)实现对工业生产过程的管理——如今,大约90%的工业生产过程已应用ICT技术。在过去三十年甚至更早以前,IT革命使我们生活和工作的世界发生了彻底改变,其影响力可媲美分别成就前两次工业革命的机械和电力。

  随着个人电脑向智能设备演变,一种新的趋势开始显现:越来越多的IT基础设施和服务通过智能网络(云计算)来提供。伴随微型化和互联网的持续发展,这一趋势宣告了人们期盼的普适计算已成为现实。

  通过无线,越来越多功能强大的、自主的微型电脑(嵌入式系统)实现了与其他微型电脑和互联网的互联。这意味着物理世界和虚拟世界(网络空间)以信息-物理系统(CPS)的形式实现了融合。

  新的互联网协议IPv6于2012年推出后,目前已经有足够多的IP地址可供智能设备通过互联网实现直接联网。于是,网络资源、信息、物体和人之间能实现物联网及服务互联网。这也将扩展至工业领域:在制造业中,这种技术演化可以描述为“第四阶段的工业化”或“工业4.0”。

  工业4.0一词最早是在2011年的汉诺威工业博览会提出。在2012年10月由罗伯特·博世有限公司的SiegfriedDais及德国科学院的HenningKagermann组成的工业4.0工作小组,向德国政府提出了工业4.0的实施建议。

  这一概念在德国学术界和产业界推动下形成,现在,它已经成为了德国的国家战略。而工业4.0也有了先期模板,德国的企业正在开展一系列生产实验。

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工业4.0的核心特征

  德国制造业是世界最具竞争力的制造业之一,尤其是装备制造业在全球处于领先地位。这在很大程度上源于德国在创新性制造技术方面的研究、开发和生产,以及复杂工业过程管理的专业性。德国拥有强大的机器和设备制造业,在信息技术领域表现出很高的水平和能力,在嵌入式系统和自动化工程方面也颇有建树,这些因素共同奠定了德国在制造工程行业中的领军地位。因此,德国能以其得天独厚的优势开拓新型工业化的潜能:工业4.0。

  前三次工业革命的发生,分别源于机械化、电力和信息技术。如今,将物联网及服务引入制造业正迎来第四次工业革命。不久的将来,企业能以CPS(Cyber-PhysicalSystems,信息物理系统)的形式建立全球网络,整合其机器、仓储系统和生产设施。

  在制造业领域,这些CPS包括能自主交换信息的智能机器、存储系统和生产设施,它们能独立运行和相互控制。这有利于从根本上改善工业过程,包括制造、工程、材料使用、供应链和生命周期管理。

  智能工厂现在似乎已开始采用一种全新的方式来生产产品。智能产品有唯一的特征被识别,在任何时候都能被定位,我们知道它的发展历程,了解它当前状况,以及实现其目标状态的方式。从通过出口物流下订单的那一刻起,纵向与工厂和公司业务流程联网,横向连接则可实时管理衍生价值体系,这二者共同构建了嵌入式制造系统。此外,这些指令都要求启用终端间工程(模式)流经整个价值链。

  工业4.0拥有巨大的潜力。智能工厂让客户个性化的定制需求得以满足,这也意味着,即使产品只生产一次,也能通过颇具收益的方式制造出来。在工业4.0中,以供应商为例,动态业务和工程流程能帮他们根据生产需要最终做出相应改变,并灵活应对生产中断和故障。

  现在,制造过程中已经能够提供端到端的透明化,以促进决策优化。工业4.0将会开发出创造价值的新方法和新的商业模式。特别是,它将给初创公司和小企业的发展带来机会,下游服务也能从中受益。

  此外,工业4.0将正视和解决某些当今世界面临的挑战,如资源能源利用效率、城镇化、人口结构变化等。工业4.0能持续带来覆盖整个价值网络的资源生产率和效率的增益。它能将人口结构变化和社会因素考虑在内,以适合的方式组织生产。智能辅助系统让工人从单调、程序化的工作中解放出来,能把精力集中在创新和增值业务上。

  鉴于熟练工短缺的问题,工业4.0允许老工人延长职业生涯,从而长久地保持生产力。灵活的工作组织形式使工人们能够更好地整合自己的工作,私人生活和持续的职业生涯发展变得更有效率,在工作和生活之间找到了更好的平衡点。

  制造工程领域的全球竞争变得愈加激烈,德国不是唯一一个认识到在制造业部署物联网及服务是大势所趋的国家。而且,并非只有亚洲的竞争对手对德国工业造成威胁,美国也在采取措施,通过推进“高端制造业”计划反对“去工业化”。

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