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工业4.0:德国国家战略 欧洲复兴法宝

[日期:2014-12-17] 来源:中国证券报  作者:陈听雨 [字体: ]

  “工业4.0”概念最初在德国学界和产业界的建议与推动下形成,并上升为德国的国家战略。如今,“工业4.0”已风靡全球,成为投资者耳熟能详的热词。

  “工业4.0”概念诞生于德国并非偶然。德国是全球制造业最具竞争力的国家之一,拥有强大的机械和装备制造业、占据全球信息技术的显著地位。德国提出并推动“工业4.0”战略,旨在通过打造智能制造的新标准,稳固全球制造业的龙头地位。包括西门子、菲尼克斯电气、倍福和库卡机器人等多家德国企业都在“工业4.0”时代全速前进。而遭受金融危机和债务危机重创的欧洲,也希望“工业4.0”能为欧洲经济的重新崛起带来新的动力。

  智能制造主导产业升级

  2013年4月,德国在汉诺威工业博览会上首次发布了《实施“工业4.0”战略建议书》;德国电气电子和信息技术协会同年12月发布了“工业4.0”标准化路线图。2014年汉诺威工业博览会的主题“融合的工业——下一步”很好地契合了“工业4.0”概念。德国学界和产业界认为,“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命,或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统-信息物理系统(Cyber-Physical System,简称CPS) 相结合的手段,将制造业向智能化转型。

  “工业4.0”战略主要分为三大主题,一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统和过程,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、人机互动及3D技术在工业生产过程中的应用等;三是“智能物流”,主要通过互联网、物联网、务联网,整合物流资源,充分发挥现有物流资源供应方的效率,而需求方能够快速获得服务,得到物流支持。

  简言之,虚拟网络-实体物理系统就是将互联网技术运用于各行业,其核心是通过应用信息通讯技术和互联网,将虚拟系统信息与物理系统相结合的手段,完成各行各业的产业升级。

  德国《明镜》周刊指出,“工业4.0”发出了革命性讯号。首先,工业生产的出发点将发生变化。未来工业制胜的秘诀在于如何在提高生产率的同时尽量缩短产品从创意到上市的周期,及如何满足更复杂、个性化的产品需求。其次,虚拟与实际的界限将被消除。工厂中所有生产程序均可提前在计算机中仿真模拟,可在虚拟世界中完成生产的分析与优化。其三,人工将被机器智能取代。德国弗劳恩霍夫就业经济研究院院长威廉·鲍尔认为,未来人力将集中于创新与决策领域。此外,“工业4.0”将产生大量数据,而这些数据将创造崭新的商业模式。

  回顾前三次工业革命,实际上是应用机械、电气和信息技术等越来越先进的工具逐步将人力从生产中解放,从而提高生产效率、降低生产成本的过程。而对于即将到来的第四次工业革命,更伟大的工具——互联网将深度参与生产过程,从而将制造业对劳动力的依赖和生产成本的优化带到一个新高度。

  东方证券研究报告指出,与前三次工业革命相比,第四次工业革命的进步在于利用互联网激活了传统工业过程,使工厂设备“能说话、能思考”,同时实现三大功能:降低制造业对劳动力的依赖、满足用户个性化需求,并将流通成本降到较低。从长期看,“工业4.0”时代,对于智能工厂的投入将远超过一般工业,但项目盈利能力也将显著提高。无论在何种经济体,“工业4.0”都将是制造业发展的必由之路,是未来制造业较大的一波“浪潮”。

  德国企业抢占先机

  在推动“工业4.0”战略的过程中,德国人创建了新的生产环境,提供了新的智能生产装备和新的技术手段。这些推动着德国的机器人、成套装备、信息技术、控制技术等核心产业的变革,确保了德国制造业的未来。

  德国国家科学与工程学院、通信行业科学发起人集团发言人、研究联盟和工业4.0工作组联合主席孔翰宁称:“工业4.0为德国提供了一个机会,进一步巩固其作为全球生产制造基地、生产设备供应商和信息业务解决方案供应商的地位。”

  在德国企业中,西门子已凭借全集成自动化(TIA)和“数字化企业平台”抢占先机。西门子的“工业4.0”行动计划包括,首先,持续推进数字化企业平台的开发。其次,进一步开发可无缝连接、企业资源规划和自动化生产环节的制造运行管理系统。第三,继续在所有生产制造设备上推行即插即用的灵活组合理念,为实现高水平的自动化及驱动解决方案提供支持。

  在今年4月举行的汉诺威工业博览会上,西门子展示的新一代汽车生产线吸引眼球无数。在该生产线上,车体与机器人边“对话”边组装。其工作原理为在车体内嵌入集成电路标签,记录汽车型号、必要零部件及组装顺序等信息。车体接近机器人时会发出指示,机器人会按照指示进行作业。

  被誉为德国“工业4.0”模范工厂的西门子安贝格电子制造厂,只有三座外观简朴的厂房,但却拥有欧洲最先进的数字化生产平台。工厂主要生产可编程逻辑控制器和其他工业自动化产品。在生产过程中,无论元件、半成品还是待交付产品,均有各自编码,在电路板安装上生产线后,可全程自动确定每道工序;生产的每个流程、数据都记录在案可供追溯;更重要的是,在一条流水线上,可通过预先设置控制程序,自动装配不同元件,流水生产出各具特性的产品。由于产品与机器间进行了通信,生产过程为实现信息控制进行了优化,生产效率大大提高,只有不到四分之一的工作量需人工处理,主要是数据检测和记录;工厂每年生产元件30亿个,每秒钟可生产一个产品,可做到24小时内为客户供货。由于实时监测并分析质量数据,次品率大大降低,该厂产品质量合格率高达99.9988%。

  此外,德国还有多家企业在推动“工业4.0”浪潮。菲尼克斯电气正开发Profinet工业以太网项目。倍福公司正实施“科技自动化-系统化工程”与“极速控制-标准加工设备能效提升”两个项目。

  欧洲欲借“工业4.0”东风

  欧洲多国计划通过对“工业4.0”战略的持续投入,在2030年前将制造业占GDP之比从目前的约15%提升到20%以上,重拾竞争优势。

  从德国放眼整个欧洲,欧洲新一轮工业革命具有鲜明特点。首先,“工业4.0”的兴起是技术推动与应用带动并举的产物,且应用带动的作用更突出。围绕经济复苏、提升竞争力、维护能源安全等需求,欧洲多国正通过信息、可再生能源、新材料等技术的广泛融合和深度应用,培育新产业、新业态、新模式,实现经济发展方式的转变和产业结构调整。

  其次,欧洲强调合作创新,重视提供系统性解决方案,欧洲各国政府、企业、消费者间的关系紧密,扁平化结构、分散合作式商业模式普遍。例如,围绕法国智能社区建设,法国电力集团、施耐德电气、阿尔斯通、布依格集团等企业发挥各自优势,紧密合作。巴黎充电基础设施建设由法国电力、施耐德、雷诺汽车、勒克莱克超市、万喜集团、威立雅环保集团等共同推进。西班牙巴塞罗那在智慧城市建设中,采用公私合作伙伴方式,充分调动政府、企业、非营利组织的积极性。

  第三,各国政府大力支持新技术的应用、新产业的发展和新商业模式的形成。法国政府把发展电动车视为重中之重,出台了一系列鼓励措施。如每购买一辆电动车最多可得7000欧元奖励。政府拨专款用于12个大中城市及周边电动车配套设施建设。巴黎推出电动车租赁公共服务项目,电动车租赁系统遍及巴黎,电动车总数超过1750台,充电装置超过4000个。在巴黎西南的IssyGrid智能社区,电动车的电源来自屋顶的太阳能发电。德国政府为鼓励创新型中小企业发展,2013年仅针对创新型中小企业的创业投资基金达5亿欧元。

  第四,跨国公司主动适应发展趋势,加快转型。诞生于1937年的德国大众是第二次工业革命的产物,为适应“工业4.0”时代汽车生产模块化、消费需求个性化的趋势,大众力推模块化建设和3D打印应用。2012年大众开始实施全新研发的模块化MQB战略,目前该公司主要将3D打印技术应用在试制阶段外形设计检验等工序,以缩短研发流程,降低研发成本。

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