文/張海平

如果有人說“工廠會解決當前全球面臨的問題”，您可能會覺得這是在說大話。但現在真有一個國家正在努力實現這一宏偉概念，這個國家就是德國。

現在，德國政府提出了高技術戰(zhàn)略“工業(yè)4.0”，并開始推進這個產官學一體項目。如果用一個詞來概括這個概念，那就是“互聯工廠”。就是通過互聯網等通信網絡將工廠與工廠內外的事物和服務連接起來，創(chuàng)造前所未有的價值、構建新的商業(yè)模式，甚至還能解決很多社會問題。本文將簡述從工業(yè)革命1.0到工業(yè)革命4.0，并結合在2013漢諾威工業(yè)博覽會上所了解到的一些關于第四次工業(yè)革命的探討。

受中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會委托，筆者觀摩參與了德國漢諾威2013工業(yè)博覽會。這次漢諾威博覽會的熱議話題是“第四次工業(yè)革命”。

何為“第四次工業(yè)革命”？

“第四次工業(yè)革命”（Industrie 4.0）最早是在2011年漢諾威博覽會上，由三位大學教授提出來的。

制造業(yè)在德國的國民經濟中（創(chuàng)造的價值）占26%。作為提升傳統(tǒng)制造業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展方向，112頁的實施建議由項目研究組在2012年10月2日提交給德國聯邦政府此項目牽頭的教育科研部（BMBF）、經濟部（BMWi）和內政部（BMI）。已撥款2億歐元（約16億人民幣）作為第一步的研發(fā)經費。

這是一場有組織的革命。德國的機械設備制造協(xié)會（VDMA）、電子工業(yè)中央聯盟（ZVEI）和信息通訊新媒體協(xié)會（BITKOM）有史以來第一次搭建了一個聯合工作平臺，2013年4月開始工作，任務之一就是協(xié)調已有的和要開始的研究項目。

在德國，工業(yè)革命是如此認定劃分的：

第一次，機械化。從18世紀末開始，蒸汽機逐步取代人力。

當時，機器采用集中動力驅動，動力從上空的動力軸通過皮帶傳給機器。

第二次，流水線生產。始于1913年美國人福特采用流水線制造汽車，規(guī)格化生產，成本大大下降，但同時也大大地放棄了個性化。

機器和流水線開始逐步由電驅動，更易控制。

第三次，自動化。始于1974年。當時在德國一個小地方（Neuhausenim Enzkreis）的一個小企業(yè)（Klaschka Gmb H）研發(fā)出了由集成電路制成的PLC（可編程邏輯控制器）。邏輯控制，相對繼電器組成的控制器，可以更方便更靈活地更換修改，邁出了微處理器控制工業(yè)應用的第一步。但當時正值冷戰(zhàn)，沒有人想到這個小東西會對工業(yè)生產帶來如此大的變化，以致值得稱之為革命。以后，硬件水平、集成度不斷提高，采用了C語言和更高級的編程語言，不僅可以描述簡單的邏輯關系，還可以描述各種復雜的控制策略（PID、自適應、自學習等等），現在已被廣泛使用，幾乎無處不在。

一個典型的例子是汽車工業(yè)。在上世紀80年代末，美國麻省理工學院完成的一項耗資500萬US$的調研報告“改變了世界的機器”說，日本汽車工業(yè)之所以能在20年里搶占世界1/3市場，除了“苗條”（零庫存）工廠外，最重要的一點是因為廣泛實現了裝配自動化，機器人輔助的裝配大幅度地提高了質量與生產率，因此，今后美國和歐洲的汽車工業(yè)很難與之競爭。但是，德國的汽車工業(yè)挺住了，其中一個原因就是，德國的機器人中都裝有PLC，程序可以靈活地不斷更換改進。

而第四次工業(yè)革命的目標則是工廠智能化。

中心：讓網絡技術進入制造業(yè)。

背景：今后制造業(yè)將面臨的形勢——緊缺的資源、能源轉變、員工年齡結構改變、全球化。

技術基礎：網絡和空間分布系統(tǒng)、順暢的通訊，寬帶速度達7000Mbit/s。

特點：靈活易變、高資源效率、考慮人類工程學以及使企業(yè)與顧客、業(yè)務伙伴最緊密地結合。

未來工業(yè)變革的具體體現

生產工藝與信息技術融合

目前所說的數字化工廠，首先強調的是生產計劃數字化和大量使用各種計算機輔助技術：CAD、CAM、CIM、PPS（生產計劃控制系統(tǒng)）、PDM、DMU（數字試驗模型）、PLM（產品生命周期管理），等等，較多地是基于一個相對固定、由上而下的生產集中控制系統(tǒng)。而新的革命強調的則是分散，降低集中控制度，增加生產設備的自主控制，把分散的自主的智能化的制造設備，通過網絡的形式緊密地連接在一起，具有更開放，更積極通訊的系統(tǒng)結構，更具動態(tài)性和靈活性，從而能發(fā)掘出更多優(yōu)化的可能，估計可以提高生產效率30%。其中，CPS將起一個核心的作用。

CPS——Cyber-Physical System，網絡實體融合控制系統(tǒng)是一個由傳感器、控制電腦、執(zhí)行器以及網絡組合的控制系統(tǒng)。

目前在某些領域，例如航空、汽車、化工生產、基礎建設、能源、健康、制造、交通控制、娛樂和消費性電子產品等等，已出現了類似于CPS的電子組合控制系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)目前通常都是嵌入式系統(tǒng)，比較強調其運算控制能力，CPS則更強調實體裝置和電腦網絡的聯結。

CPS是借用技術手段實現人的控制在時間、空間等方面的延伸，本質就是人、機、物的融合。所以，也被稱為人機物融合系統(tǒng)。

產品個性化

生產高度靈活的工廠可以迎合顧客對產品個性化、多樣化、不斷改變的要求，可以通過現代化的手段，以大批量生產的成本，制造批產量的產品。從某種意義上說，回到了第一次工業(yè)革命之前。顧客與工廠頻繁交流溝通，不僅在訂合同前，而且在下訂單后、設計、加工、裝配、調試階段。因此，顧客甚至可以在產品生產過程中改動他的訂單細節(jié)。

力士樂泵廠，雖說年產100萬臺以上，但十幾個大類，每類有十幾個規(guī)格，每個規(guī)格的變量功能有十幾種，不同的限壓、恒功率值等等要設定。因此，最終產品好幾萬種，每批量并不很多。靈活多變的管理是極其重要的。

生產人性化

通過工廠智能化，更多的員工可以有靈活的工作時間，因此工作更安心了。

利用網絡，生產可以分散，從而可以分散能量供應。

利用網絡，員工可以就近，甚至在家里上班。他們認為，如果大量員工每天長途開車上班，到廠里再花很大力氣節(jié)能減排，沒有多大實際意義。德國Wittenstein公司在斯圖加特市內新建了一個所謂“住宅區(qū)工廠”，機床、生產工具和半成品都已聯網，產品細節(jié)在最后一分鐘還可以更改。制造的精密齒輪被用于方程式I的賽車、航空與航天等設備中。

力士樂公司推出了開放核心（如圖），即工程師可以用各種高級編程語言，通過各種編程工具，從各類硬件的各種操作系統(tǒng)出發(fā)，調用核的控制功能，完成各種應用。演示模型是一個平板電腦，通過無線網絡（W-LAN），控制一個六自由度的平臺，隨平板電腦擺動。

圖為力士樂設想的將來的工廠，全自動車間，技師帶著平板電腦，利用無線網絡，與各設備聯絡，了解情況，調整狀況。

尾聲

“第四次工業(yè)革命”在2013漢諾威工業(yè)博覽會上也被廣泛地討論了。較普遍的意見是：

首先，德國在機械制造、自動化及信息技術方面已經很強大，德國經濟就是依靠know-how（技能）、高質量和首創(chuàng)的產品生存，所以，有最好的前提條件，在第四次工業(yè)革命中起領導作用，以保持并擴大德國制造業(yè)的傳統(tǒng)核心和國際領先地位。

其次，第四次工業(yè)革命不會是一個從今天到明天，一下子拋棄全部已有設備的突變，而是一個漸進的過程（2020-2030年）。前幾次工業(yè)革命中，每個階段也都延續(xù)幾十年。因為，在進行實質性的工程技術改造之前，首先需要的是，在參與者的腦子里發(fā)生改變，要進行跨技術領域的思考。現在，經濟界、法律界、工會都已參與進來。

第三，要注重實效，不斷改進、不停創(chuàng)新。

最后，最終要贏得的是商業(yè)伙伴和員工。如果做不到這點的話，所有閉門思考出來的方案都是沒有用的。