德國制造業(yè)是世界最具競爭力的制造業(yè)之一，尤其是裝備制造業(yè)在全球處于領(lǐng)先地位。這在很大程度上源于德國在創(chuàng)新性制造技術(shù)方面的研究、開發(fā)和生產(chǎn)，以及復(fù)雜工業(yè)過程管理的專業(yè)性。德國擁有強大的機(jī)器和設(shè)備制造業(yè)，在信息技術(shù)領(lǐng)域表現(xiàn)出很高的水平和能力，在嵌入式系統(tǒng)和自動化工程方面也頗有建樹，這些因素共同奠定了德國在制造工程行業(yè)中的領(lǐng)軍地位。因此，德國能以其得天獨厚的優(yōu)勢，開拓新型工業(yè)化的潛能——“工業(yè)4.0”。
第四次工業(yè)革命
前三次工業(yè)革命的發(fā)生，分別源于機(jī)械化、電力和信息技術(shù)。如今，隨著物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)的引入，制造業(yè)正迎來第四次工業(yè)革命。不久的將來，企業(yè)能以CPS(CyberPhysicalSystems，信息物理系統(tǒng))的形式建立全球網(wǎng)絡(luò)，整合其機(jī)器、倉儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施。
在制造業(yè)領(lǐng)域，這些CPS包括能自主交換信息的智能機(jī)器、存儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施，它們能獨立運行和相互控制。這有利于從根本上改善工業(yè)過程，包括制造、工程、材料使用、供應(yīng)鏈和生命周期管理。
智能工廠現(xiàn)在似乎已開始采用一種全新的方式來生產(chǎn)產(chǎn)品。智能產(chǎn)品通過唯一的特征被識別，在任何時候都能被定位，我們知道它的發(fā)展歷程，了解它當(dāng)前的狀況，以及實現(xiàn)其目標(biāo)狀態(tài)的方式。從通過物流下訂單的那一刻起，縱向可與工廠和公司業(yè)務(wù)流程聯(lián)網(wǎng)，橫向連接則可實時管理衍生價值體系，這二者共同構(gòu)建了嵌入式制造系統(tǒng)。
“工業(yè)4.0”擁有巨大的潛力。智能工廠讓客戶個性化的定制需求得以滿足，這也意味著，即使產(chǎn)品只生產(chǎn)一次，也能通過頗具收益的方式制造出來。在“工業(yè)4.0”中，以供應(yīng)商為例，動態(tài)業(yè)務(wù)和工程流程能幫他們根據(jù)生產(chǎn)需要最終做出相應(yīng)改變，并靈活應(yīng)對生產(chǎn)中斷和故障。
現(xiàn)在，在制造過程中已經(jīng)能夠提供端到端的透明化，以促進(jìn)決策優(yōu)化。工業(yè)4.0將會開發(fā)出創(chuàng)造價值的新方法和新的商業(yè)模式。特別是，它將給初創(chuàng)公司和小企業(yè)的發(fā)展帶來機(jī)會，下游服務(wù)也能從中受益。
采取雙重策略
工業(yè)4.0將正視和解決某些當(dāng)今世界面臨的挑戰(zhàn)，如資源能源利用效率、城鎮(zhèn)化、人口結(jié)構(gòu)變化等。工業(yè)4.0能持續(xù)帶來覆蓋整個價值網(wǎng)絡(luò)的資源生產(chǎn)率和效率的增益。它能將人口結(jié)構(gòu)變化和社會因素考慮在內(nèi)，以適合的方式組織生產(chǎn)。智能輔助系統(tǒng)讓工人從單調(diào)、程序化的工作中解放出來，能把精力集中在創(chuàng)新和增值業(yè)務(wù)上。
鑒于熟練工短缺的問題，工業(yè)4.0允許老工人延長職業(yè)生涯，從而長久地保持生產(chǎn)力。靈活的工作組織形式使工人們能夠更好地整合自己的工作，使私人生活和持續(xù)的職業(yè)生涯發(fā)展變得更有效率，在工作和生活之間找到了更好的平衡點。
制造工程領(lǐng)域的全球競爭變得愈加激烈，德國不是唯一一個認(rèn)識到在制造業(yè)部署物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)是大勢所趨的國家。而且，并非只有亞洲的競爭對手對德國工業(yè)造成威脅，美國也在采取措施，通過推進(jìn)“高端制造業(yè)計劃”來反對“去工業(yè)化”。
為了實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)向工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)變，德國需要采取雙重策略。德國裝備制造業(yè)應(yīng)尋求穩(wěn)固在全球市場的領(lǐng)導(dǎo)地位，一如既往地把信息通信技術(shù)與其傳統(tǒng)的高科技戰(zhàn)略進(jìn)行整合，使自己成為智能制造技術(shù)的主要供應(yīng)商;與此同時，還有必要為CPS技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)建新的領(lǐng)先市場，并為之服務(wù)。要實現(xiàn)上述CPS雙重策略的目標(biāo)，以下工業(yè)4.0的基本特征應(yīng)該得到落實：通過價值網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)橫向集成;工程端到端數(shù)字集成橫跨整個價值鏈;垂直集成和網(wǎng)絡(luò)化的制造系統(tǒng)。
邁向工業(yè)4.0之路，德國要在研發(fā)上投入巨大的精力。為實施雙重策略，所進(jìn)行的研究應(yīng)實現(xiàn)“制造系統(tǒng)的橫向、縱向集成”和“工程端到端的集成”。此外，出于對工業(yè)4.0系統(tǒng)的要求和著眼于CPS技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，工作場所中新的社會基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)該得到更多關(guān)注。
涉及8個關(guān)鍵領(lǐng)域
如果工業(yè)4.0得以成功實現(xiàn)，研發(fā)活動將需要與之適應(yīng)的工業(yè)政策的支持。德國工業(yè)4.0工作組認(rèn)為，需要在以下8個關(guān)鍵領(lǐng)域采取行動：
(1)標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)：工業(yè)4.0會涉及聯(lián)網(wǎng)，并通過“價值網(wǎng)絡(luò)”集成幾家不同的公司。由此，需要開發(fā)出一攬子共同標(biāo)準(zhǔn)，并需要一個參考架構(gòu)來描述這些標(biāo)準(zhǔn)。