■ 晉 煜

?

工業(yè)4.0及其對我國國防裝備制造業(yè)兩化融合的啟示

■ 晉 煜

本文通過對德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略背景及其內(nèi)涵的解讀，指出其與我國兩化融合戰(zhàn)略在本質(zhì)上高度契合；繼而根據(jù)我國國防裝備制造業(yè)兩化融合的發(fā)展現(xiàn)狀與不足，從工業(yè)4.0的理念出發(fā)，提出其對我國新時期國防裝備制造業(yè)兩化融合深度發(fā)展的若干啟示。

一、工業(yè)4.0戰(zhàn)略背景及其內(nèi)涵

國際金融危機以后，歐美等發(fā)達國家開始反思以往大規(guī)模離岸外包和制造業(yè)空心化對本國創(chuàng)新能力的損害和創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的破壞，意識到新經(jīng)濟增長必須依靠實體創(chuàng)新而非“去工業(yè)化”和過度金融化。在此背景下，歐美各國紛紛推出“新經(jīng)濟戰(zhàn)略”和“再工業(yè)化戰(zhàn)略”，旨在轉變以往的經(jīng)濟增長模式，重新重視和回歸以先進制造業(yè)為代表的實體經(jīng)濟，通過擴大和優(yōu)化政府投資、加快智能制造的技術創(chuàng)新等，以數(shù)字制造技術和新能源技術等高新技術為依托，發(fā)展先進制造業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)，以之引領產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟發(fā)展。其中德國提出的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，在全球工業(yè)領域引起了極大關注。

“工業(yè)4.0”于2011年提出的初衷是通過物聯(lián)網(wǎng)等新技術的應用提高德國制造業(yè)水平，它在德國被看作是繼18世紀60年代至19世紀后期通過蒸汽機實現(xiàn)工廠機械化的“工業(yè)1.0”、19世紀后半期至20世紀初采用電力實現(xiàn)產(chǎn)品批量生產(chǎn)新模式的“工業(yè)2.0”、始于20世紀70年代并延續(xù)至今的電子信息技術驅(qū)動制造過程不斷提高自動化程度的“工業(yè)3.0”之后的又一次工業(yè)革命。德國學術界和產(chǎn)業(yè)界認為，未來若干年，人類將迎來以虛擬—實體系統(tǒng)（Cyber-Physical System ，CPS，又譯為信息物理系統(tǒng)）為核心，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為標志的第四次工業(yè)革命。2013年“工業(yè)4.0”被有關政府部門納入《高技術戰(zhàn)略2020》的十大未來項目中，隨后首個德國工業(yè)4.0標準化路線圖問世，標志著這一戰(zhàn)略在國家層面步入實施。德國領導人多次強調(diào)，德國想要繼續(xù)保持工業(yè)強國地位，必須實現(xiàn)以數(shù)字化工業(yè)生產(chǎn)為基本內(nèi)涵的“工業(yè)4.0”。目前德國正致力于設立“工業(yè)4.0”標準并積極向歐洲乃至全球推行。

德國的“工業(yè)4.0”項目的重點是“智能工廠”和“智能生產(chǎn)”，智能工廠重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及基于數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡化分布式生產(chǎn)設施的實現(xiàn)；智能生產(chǎn)主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及3D技術在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應用等。

“工業(yè)4.0”強調(diào)在生產(chǎn)要素高度靈活配置條件下大規(guī)模生產(chǎn)高度個性化產(chǎn)品，實現(xiàn)以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、3D打印等數(shù)字化技術為基礎的“智能制造”，通過現(xiàn)代信息技術與制造業(yè)的融合、制造與服務的融合來提升復雜產(chǎn)品的制造能力以及制造業(yè)快速滿足消費者個性化需求能力，建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務的生產(chǎn)模式。在這種模式下，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將模糊甚至消失，產(chǎn)業(yè)鏈分工和價值鏈重心將被重新整合，繼而催生新的業(yè)務領域和商業(yè)模式創(chuàng)新。

二、工業(yè)4.0與我國兩化融合戰(zhàn)略高度契合

我國“以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進信息化”、促進工業(yè)技術和信息技術相融合的兩化融合發(fā)展戰(zhàn)略，為信息化時代我國工業(yè)的轉型升級指明了方向。2011年4月，我國工信部、科技部、財政部等五部委發(fā)布《關于加快推進信息化與工業(yè)化深度融合的若干意見》，工信部主持起草制定的《工業(yè)企業(yè)信息化與工業(yè)化融合評估國家標準》及《信息化與工業(yè)化融合管理體系》，將工業(yè)企業(yè)的兩化融合劃分為單項應用、綜合集成、協(xié)同創(chuàng)新等幾個階段，其中協(xié)同創(chuàng)新階段的目標，就是通過互聯(lián)網(wǎng)及各項信息技術的深入應用，實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的信息協(xié)同、資源協(xié)同、業(yè)務協(xié)同和市場協(xié)同，最終實現(xiàn)智能生產(chǎn)和柔性制造。

具體而言，就是在產(chǎn)品研發(fā)設計方面，除了應用信息技術提高設計效率，還要綜合應用計算機技術、網(wǎng)絡通信技術、控制技術、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和傳感技術，使裝備成為信息物理融合系統(tǒng)的一部分；在經(jīng)營管理中充分運用信息技術實現(xiàn)企業(yè)縱向和橫向集成，實現(xiàn)管理模式和業(yè)務流程的創(chuàng)新，提高經(jīng)營決策的科學性；在生產(chǎn)制造方面實現(xiàn)智能制造、綠色制造，提高生產(chǎn)的柔性，提高信息資源的利用，向物聯(lián)網(wǎng)、智慧企業(yè)、智慧產(chǎn)業(yè)邁進。

“工業(yè)4.0”在本質(zhì)上仍是工業(yè)化和信息化的深度融合，被稱為“德意志的兩化融合”，是具備傳統(tǒng)制造業(yè)競爭優(yōu)勢的德國在新技術不斷涌現(xiàn)的信息化時代因時制宜，應對勞動力緊缺等自身問題和國際競爭挑戰(zhàn)的一種戰(zhàn)略，其實質(zhì)是充分應用信息技術改造傳統(tǒng)工業(yè)，實現(xiàn)以技術創(chuàng)新引領工業(yè)升級，在以先進制造業(yè)為重要表現(xiàn)的未來全球競爭中贏得先機?？梢钥闯?，我國和德國處于制造業(yè)的不同發(fā)展階段，而我國兩化融合戰(zhàn)略尤其是協(xié)同創(chuàng)新階段的目標，本質(zhì)上是和工業(yè)4.0的內(nèi)涵高度契合的。

三、我國國防裝備制造業(yè)兩化融合發(fā)展現(xiàn)狀與不足

兩化深度融合是促進和提高國防裝備制造業(yè)“三效”（效率、效益、效果）、“三力”（生產(chǎn)力、創(chuàng)新力、競爭力）、“三降”（降低成本、降低能耗、降低物耗）的重要工具，是支撐國防裝備制造業(yè)自主創(chuàng)新、實現(xiàn)“小核心、大協(xié)作”、提高資源配置效率、促進優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)鏈和軍民融合區(qū)域特色產(chǎn)業(yè)集群形成的主要手段，其發(fā)展趨勢表現(xiàn)為集成化、協(xié)同化和服務化：

集成化——從重點支持產(chǎn)品設計制造向支持產(chǎn)品全生命周期管理發(fā)展；從進行企業(yè)內(nèi)業(yè)務集成向跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨行業(yè)甚至跨國界的全球業(yè)務集成拓展；

協(xié)同化——“小核心、大協(xié)作”和更高的資源配置效率要求通過信息協(xié)同、資源協(xié)同、業(yè)務協(xié)同和市場協(xié)同，實現(xiàn)跨行業(yè)協(xié)同、軍民協(xié)同、產(chǎn)業(yè)協(xié)同、企業(yè)協(xié)同；

服務化——以公共服務平臺為基礎，采用一對多的服務方式，提供制造業(yè)信息化的應用服務，支持企業(yè)的業(yè)務過程、實現(xiàn)企業(yè)間的信息和業(yè)務集成。

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化技術的快速發(fā)展，通過兩化融合戰(zhàn)略的實施和推動，與傳統(tǒng)機械加工制造模式相比，我國國防裝備制造業(yè)在產(chǎn)品設計、工藝規(guī)劃設計與管理、零件制造、裝配、產(chǎn)品檢測、物料配送與供應鏈管理、售后服務等產(chǎn)品全生命周期的各環(huán)節(jié)都發(fā)生了革命性的改進，企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量水平得以大大提升。

以航空裝備制造為例，其產(chǎn)品設計經(jīng)歷了從二維手工制圖到全三維數(shù)字化產(chǎn)品定義，從串行設計到面向制造的并行協(xié)調(diào)設計的演進；產(chǎn)品協(xié)調(diào)逐步從模線——樣板——標準樣件的模擬量協(xié)調(diào)過渡到全三維數(shù)字量協(xié)調(diào)模式；工藝設計逐步從二維離散式手工編制向基于知識的全三維結構化自動工藝設計方向演進，工藝仿真技術的應用打破了“設計-制造-評價”和“實物驗證”這一傳統(tǒng)模式，突破了傳統(tǒng)二維裝配工藝設計需要實物驗證、周期長、效率低的瓶頸，工藝、工裝的有效協(xié)同確保了在設計階段即可消除潛在的裝配沖突與缺陷，確保了設計階段的產(chǎn)品可制造性與可維護性，實現(xiàn)了真正意義上的數(shù)字化并行工程；在零件制造方面，機械加工已實現(xiàn)依據(jù)產(chǎn)品三維設計模型快速編程和仿真，部分車間建立了車間物聯(lián)網(wǎng)，依據(jù)設備的使用情況和需求自動排產(chǎn)；鑄造、鍛造、熱處理及表面處理工藝也開始進入自動控制、數(shù)字量數(shù)據(jù)傳遞時代；鈑金成型技術由手工成型逐步向柔性多點模精確成型發(fā)展，應用仿真技術可以提前預判零件的成型工藝性，采用回彈補償技術，降低零件返修率，縮短零件制造周期30%以上；復合材料制造從按樣板手工鋪疊發(fā)展到按三維模型數(shù)控下料、自動鋪疊；飛機裝配模式逐步從大型復雜剛性工裝“一對一”手工裝配模式逐步向自動化系統(tǒng)“一對多”柔性裝配模式發(fā)展等；物料配送和供應鏈管理發(fā)生了根本性變化，例如標準件配送和采購逐步由“干一備三”的大批量庫存、年終盤點、手工計數(shù)領用的傳統(tǒng)模式向標準件自動揀選、按需采購、零庫存或適度備貨的模式轉變等等。

與此同時，我們也應看到，與世界發(fā)達國家相比，我國以航空裝備制造為代表的國防裝備制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化程度還存在不小差距，主要表現(xiàn)在：

（1）尚未建立起符合國防裝備制造特點的、行之有效的信息化行業(yè)標準、專業(yè)標準、系統(tǒng)標準、認證標準；

（2）國防裝備制造的關鍵重要數(shù)字化加工設備關鍵零部件、核心基礎部件及軟件主要依賴進口；

（3）信息化應用主要停留在單元技術或集成技術的初級應用，信息化孤島現(xiàn)象嚴重，離設計制造全面集成和經(jīng)營管理一體化還有很大距離；

（4）公共服務平臺建設尚處在初創(chuàng)發(fā)展階段，難以對包括眾多民口企業(yè)在內(nèi)的國防裝備制造體系起到有效支撐作用，需進一步培育、壯大和支持面向國防裝備制造業(yè)的公共服務平臺和專業(yè)化服務能力；

（5）具有自主知識產(chǎn)權的國防裝備制造業(yè)軟件產(chǎn)品研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化面臨較大挑戰(zhàn)，產(chǎn)品兼容性、集成性、適應性、穩(wěn)定性差，尚不完全具備集成平臺與綜合系統(tǒng)的開發(fā)能力；

（6）國防裝備制造信息化建設總體投入力度小，具備信息、IT、科技和管理知識的綜合性信息化人才匱乏。

四、工業(yè)4.0對新時期我國國防裝備制造業(yè)兩化深度融合的啟示

工業(yè)4.0戰(zhàn)略與我國的兩化深度融合有若干相通之處，關注、認識、學習和借鑒工業(yè)4.0的理念，對破解我國國防裝備制造業(yè)兩化融合深入發(fā)展面臨的階段性矛盾，促進國防裝備制造業(yè)轉型升級與提質(zhì)增效具有重要的現(xiàn)實意義。通過對德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的分析解讀，結合我國國防裝備制造信息化發(fā)展現(xiàn)狀，我們認為，目前我國國防裝備制造業(yè)的兩化深度融合發(fā)展，要深入研究、重點解決以下問題：

（一）建立國防裝備制造的信息化標準管理體系

標準是行業(yè)的通用語言，是跨越企業(yè)邊界進行分工協(xié)作的基礎，也是連通“信息孤島”的橋梁和信息化成敗的關鍵。在市場化條件下，圍繞型號任務和制造項目建立國防裝備制造的統(tǒng)一的信息化標準管理體系，制定兩化融合共同基礎標準，統(tǒng)一IT架構，是國防裝備制造企業(yè)協(xié)同、行業(yè)協(xié)同乃至跨行業(yè)協(xié)同和軍民融合深度發(fā)展的必然要求。在現(xiàn)階段，應由國家有關部門牽頭，會同產(chǎn)業(yè)界、學術界，盡快制定國防裝備制造的信息化協(xié)同專項基礎標準和管理體系標準，搭建參照架構，以引導相關企業(yè)的納標、貫標和信息化協(xié)同工作。

（二）保障國防裝備制造兩化融合的信息安全

國防裝備制造涉及國家秘密，信息安全和保密問題是不可逾越的紅線。在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術應用環(huán)境下，在推進高端制造裝備數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化，使裝備成為虛擬—實體融合系統(tǒng)（CPS）的有機部分并有效推進協(xié)同化的同時，應強化高速互聯(lián)專用網(wǎng)絡建設，建立連接跨地區(qū)、跨行業(yè)的國防裝備制造供需雙方，涵蓋市場需求和技術信息等的專用保密網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)信息傳輸通道，防止敏感數(shù)據(jù)信息泄露、確保關鍵信息安全需要。

（三）突破關鍵核心元器件和軟件工程化應用等技術瓶頸

用于數(shù)據(jù)采集的傳感器件和高端數(shù)字化設備控制系統(tǒng)軟件是國防裝備制造信息化建設的重要物質(zhì)基礎，也是制約我國國防裝備制造乃至制造業(yè)信息化創(chuàng)新發(fā)展的一大瓶頸，有必要加大投入，凝聚力量，在政府引導下，依靠市場機制推動官產(chǎn)學研用社會化大協(xié)作，爭取獲得技術突破，促進相關科研成果轉化為現(xiàn)實生產(chǎn)力，縮短原理樣機和工程化應用的周期，盡快擺脫對外依賴，實現(xiàn)自給自足。

（四）建立國防裝備制造信息化專業(yè)人才培養(yǎng)渠道

工業(yè)4.0的核心在于人機關系的深刻變革。我國裝備制造信息化高端適用專業(yè)人才嚴重匱乏，已成為阻礙兩化深度融合發(fā)展的障礙。應加大高技能人才隊伍建設力度，建立國防裝備制造信息化專業(yè)人才培養(yǎng)渠道，抓緊培養(yǎng)急需緊缺的相關專業(yè)技術人才和經(jīng)濟管理人才，充分發(fā)揮企業(yè)、科研院所、高校、職業(yè)院校和其他培訓機構的平臺作用，形成良好的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，建立起校企聯(lián)合培養(yǎng)人才的長效機制，同時加強海外高層次人才和國外智力的引進工作，盡快和國際先進模式接軌，為國防裝備制造信息化發(fā)展提供人力支撐。

（五）加強國際技術合作和交流，構建跨國產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟

德國等發(fā)達國家擁有先進裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)技術和效率優(yōu)勢，而我國擁有較大的產(chǎn)品、技術市場需求和較低的人力成本，兩者處于制造業(yè)發(fā)展的不同階段，國際合作互補性較強。我國應積極拓展和強化與德國等先進國家的技術合作和交流，構建產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟，加強創(chuàng)新合作機制建設，設立跨國技術合作研發(fā)中心，加大基礎研究和技術創(chuàng)新研究投入，共享研發(fā)成果，推動我國裝備制造兩化融合向更高階段邁進。

參考文獻：

［1］陳志文.“工業(yè)4.0”在德國：從概念走向現(xiàn)實［J］.世界科學，2014（5）：6-13.

［2］杜品圣.智能工廠——德國推進工業(yè)4.0戰(zhàn)略的第一步（上）［J］.自動化博覽，2014（1）：22-25

［3］宋大曉，韓龍寶，龍舟.德國工業(yè)4.0對國防科技工業(yè)信息化建設的若干啟示［J］.中國軍轉民，2015（2）：66-67

［4］丁純，李君揚.德國“工業(yè)4.0”：內(nèi)容、動因與前景及其啟示［J］.德國研究，2014（4）：49-64

［5］郭洪杰.中國航空制造離工業(yè)4.0有多遠？［N］.中國航空報，2014-07-17

作者簡介：（晉煜，中國航空規(guī)劃建設發(fā)展有限公司規(guī)劃咨詢研究院，碩士、高級工程師、專業(yè)主管工程師，主要研究方向：產(chǎn)業(yè)規(guī)劃）