工業(yè)4.0：一場“看不見的世界”戰(zhàn)爭

美國辛辛那提大學(xué)特聘講座教授、上海交通大學(xué)特聘講座教授與先進產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院前瞻顧問李杰，曾先后受邀參與討論德國“工業(yè)4.0國家戰(zhàn)略”和美國“CPS計劃”的制訂。日前，他在上海接受了《解放周一》的獨家專訪。

制造業(yè)的新境界

“工業(yè)4.0是德國提出的口號，卻是全球制造業(yè)共同的發(fā)展方向?！惫I(yè)4.0概念在歐洲乃至全球工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域引發(fā)關(guān)注和認(rèn)同，各國紛紛出臺自己的工業(yè)4.0版本，其中包括美國的“CPS戰(zhàn)略計劃”、中國的“中國制造2025”。

“現(xiàn)有的技術(shù)、原有的經(jīng)驗，都不足以支撐我們邁向工業(yè)4.0這個全新的時代?！崩罱苷f。新時代的新要求，就是必須能夠解決“看不見的問題”。

看不見的問題通常表現(xiàn)為設(shè)備的性能下降、零部件磨損、運行風(fēng)險升高等。這些因素由于很難通過測量被定量化呈現(xiàn)，往往是工業(yè)生產(chǎn)智能不可控的風(fēng)險，大部分看得見的問題都是這些看不見的因素積累到一定程度后造成的。比如，一輛集裝箱卡車有18個輪胎，以前什么時候換輪胎只能憑司機的經(jīng)驗來判斷，或者到了一定的期限，18個輪胎一起換掉。但工業(yè)4.0時代，要求輪胎制造企業(yè)提供的不僅是物理狀態(tài)的輪胎，還要有輪胎在使用過程中的實時狀態(tài)。未來，司機可以通過儀表盤上的簡單圖示，精確地知道哪個輪胎需要作調(diào)整、維護或?qū)⑵鋼Q掉，傳統(tǒng)維護方式將從一門依靠經(jīng)驗判斷的“藝術(shù)”變?yōu)橐婚T可以精密掌握的“科學(xué)”。

滿足“看不見的需求”

工業(yè)4.0的另一個特點是制造過程和制造價值向使用過程的延伸。就是通過分析用戶的使用數(shù)據(jù)來發(fā)掘用戶自己都還未曾意識到的需求。

例如，人們在買車時會有省油的需求，各家汽車制造商因此致力于改進車型和發(fā)動機，讓汽車更加省油，卻很少去關(guān)注用戶的駕駛習(xí)慣對于油耗的影響，而用戶也不會想到要求汽車具備管理駕駛行為的功能。

但是，工業(yè)4.0時代的汽車4S店也許會是另一番景象。人們不僅在店內(nèi)可以定制自己喜歡的車

型、顏色和內(nèi)飾等，還可以在一輛布滿傳感器的車內(nèi)進行試駕：當(dāng)用戶坐上駕駛座椅時，傳感器會自動記錄整個座椅上的壓力分布，一款符合用戶身形和坐姿習(xí)慣的座椅就自動設(shè)計完成了；在用戶開車過程中，汽車內(nèi)部的傳感器自動記錄用戶的駕駛動作，進而預(yù)測用戶的駕駛習(xí)慣，一套兼顧駕駛操作體驗和舒適性的動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)即被自動匹配完成；在用戶駕駛汽車的過程中，汽車能夠自動識別用戶駕駛習(xí)慣的改變，提醒用戶這種改變對于能耗和剩余里程的影響；在上下班高峰期，汽車能夠通過海量的交通數(shù)據(jù)預(yù)測出未來一段時間內(nèi)可能通過道路的擁堵情況，并為用戶推薦最佳路徑；在駕駛過程中，汽車還可以記錄路面的平整度，這些數(shù)據(jù)首先在系統(tǒng)內(nèi)被分享，提醒后面的駕駛者減速駛過一段坑洼的路面，隨后被發(fā)送給市政管理部門，第二天再經(jīng)過相同路段時發(fā)現(xiàn)坑洼的路面已經(jīng)被修補好了。用戶到家后，可以通過手機或網(wǎng)頁查看一天的駕駛記錄，不同駕駛模式下的能耗情況一目了然，可以與社區(qū)內(nèi)的其他用戶比一比誰更加節(jié)能環(huán)保，同時系統(tǒng)還提供了相應(yīng)的駕駛習(xí)慣改善建議。

此外，用戶還能查看汽車的健康狀態(tài)報告，包括各個關(guān)鍵部件的健康狀況、損耗情況和故障風(fēng)險等，與之相配的維護保養(yǎng)建議也被自動提供，這時用戶可隨手在網(wǎng)上與4S店預(yù)約維修時間。如果只是簡單的零件更換，網(wǎng)上還會提供帶文字講解的視頻來詳細(xì)說明步驟。最終用戶會發(fā)現(xiàn)，不僅自己去4S店的次數(shù)和保養(yǎng)維修的費用明顯減少了，而且汽車出故障的概率幾乎降到了零。

設(shè)備也要能“自省”

針對工業(yè)4.0時代對制造業(yè)提出的新要求，李杰的應(yīng)對之策是“預(yù)測式制造”。預(yù)測式制造系統(tǒng)包括一系列先進的預(yù)測性工具和方法，可以將制造過程中不斷產(chǎn)生出來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息，以便讓生產(chǎn)管理人員精準(zhǔn)掌握生產(chǎn)全過程。也就是說，預(yù)測性制造系統(tǒng)讓設(shè)備擁有“自省能力”，隨時檢查自己的產(chǎn)能、效率和潛在的安全問題。

預(yù)測式制造的另一層含義是通過對消費者消費行為的分析，反過來去修正產(chǎn)品的制造。

以李杰團隊做過的智能電池為例。他們發(fā)現(xiàn)，司機的駕車習(xí)慣、經(jīng)常行駛路段的路況等因素都會導(dǎo)致不同的耗電量，于是就從關(guān)注人、監(jiān)控電池被使用的狀態(tài)出發(fā)，得到了電池在使用、維護、管理等方面的數(shù)據(jù)，從而也就知道了電池制造中使用哪種材料、哪種電路更為合適?；谶@種思路，開發(fā)出軟件，放在云端，然后設(shè)置進iPhone、iPad等終端，開車時只要連上這些智能終端，駕車者就能接收到汽車電池使用狀況的數(shù)據(jù)，軟件將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成清楚明白的信息，由終端推送到駕車者面前，比如到哪里充電、什么時候換電池等。

讓大數(shù)據(jù)開口說話

工業(yè)4.0是一場在“看不見的世界”里進行的“戰(zhàn)爭”，而數(shù)據(jù)則是連接可見與不可見世界的橋梁。

李杰將工業(yè)大數(shù)據(jù)對制造業(yè)的意義歸納為兩個方面：

一是實現(xiàn)智能生產(chǎn)。在智能制造中，通過信息物理系統(tǒng)實現(xiàn)工廠/車間的設(shè)備傳感和控制層的數(shù)據(jù)與企業(yè)信息系統(tǒng)融合，使得生產(chǎn)大數(shù)據(jù)傳到云計算數(shù)據(jù)中心進行存儲、分析，形成決策，并反過來指導(dǎo)生產(chǎn)。在一定程度上，工廠/車間的傳感器所產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)直接決定了“工業(yè)4.0”所要求的智能化設(shè)備的智能水平。

二是實現(xiàn)大規(guī)模定制與價值創(chuàng)造。大數(shù)據(jù)是制造業(yè)智能化的基礎(chǔ)，其在制造業(yè)大規(guī)模定制中的應(yīng)用包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、訂單管理、智能化制造、定制平臺等，核心是定制平臺。大數(shù)據(jù)能夠幫助制造企業(yè)提升營銷的針對性，降低物流和庫存的成本，減少生產(chǎn)資源投入的風(fēng)險。

消費者與制造企業(yè)之間的交互和交易行為也會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，挖掘和分析這些消費者動態(tài)數(shù)據(jù)，能夠讓消費者參與到產(chǎn)品的需求分析和產(chǎn)品設(shè)計等創(chuàng)新活動中，從而生產(chǎn)出更符合個性需求的定制產(chǎn)品。

（摘自《解放日報·周一》2015年9月14日 顧學(xué)文/文）