那么到底什么是工業(yè)4.0？

簡單的說“工業(yè)4.0”，是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命。

隨著信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的高度融合，網(wǎng)絡(luò)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、軟件與自動化技術(shù)的深度交織產(chǎn)生新的價值模型，在制造領(lǐng)域，這種資源、信息、物品和人相互關(guān)聯(lián)的“虛擬網(wǎng)絡(luò)-實體物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS）”，德國人稱其為“工業(yè)4.0”。

工業(yè)4.0概念首先由德國提出。2013年4月德國在漢諾威工業(yè)博覽會上首次發(fā)布《實施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略建議書》，德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會于2013年12月發(fā)布“工業(yè)4.0”標準化路線圖。2014年漢諾威工業(yè)博覽會的主題“融合的工業(yè)——下一步”很好地契合了德國自2013年以來力推的創(chuàng)新概念“工業(yè)4.0”。

東方證券對工業(yè)4.0的定義是：在現(xiàn)代智能機器人、傳感器、數(shù)據(jù)存儲和計算能力實現(xiàn)突破的條件下，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將供應(yīng)鏈、生產(chǎn)過程和倉儲物流智能連接，從而實現(xiàn)智能生產(chǎn)的“四化”：供應(yīng)和倉儲成本較小化，生產(chǎn)過程全自動化，需求相應(yīng)速度較大化和產(chǎn)品個性化。

工業(yè)4.0的終極目的是使制造業(yè)脫離勞動力稟賦的桎梏，將全流程成本降到較低，從而實現(xiàn)制造業(yè)競爭力的較大化。在4.0時代，不僅制造環(huán)節(jié)的人工將得到節(jié)省（機器人為主體的自動化生產(chǎn)連線），前端供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)計劃（互聯(lián)網(wǎng)接入，實施管理訂單）、后端倉儲物流管理（WMS+自動化立體倉庫）都將實現(xiàn)實現(xiàn)無人化，以及較低的渠道庫存和物流成本。

工業(yè)4.0的特點是什么？

回顧前三次工業(yè)革命，實際上是應(yīng)用機械、電氣和信息技術(shù)等越來越先進的工具逐步將人力從生產(chǎn)中解放，從而提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的過程。而對于即將到來的工業(yè)革命4.0，一項更為偉大的工具 – 互聯(lián)網(wǎng)將深度參與到生產(chǎn)過程中去，從而將制造業(yè)對勞動力的依賴和生產(chǎn)成本的優(yōu)化帶到一個全新的高度。

中金公司認為，與現(xiàn)行的大規(guī)模、批量化生產(chǎn)相對應(yīng)，工業(yè)4.0將確保多批次，小產(chǎn)量狀態(tài)下產(chǎn)業(yè)的獲利能力，確保工藝流程的靈活性和資源利用率。這種生產(chǎn)模式成功后，能夠提供品種更豐富的個性化、功能更齊全的多樣性、性能更穩(wěn)定的高質(zhì)量、使用更人性化的產(chǎn)品，中國依靠大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的、高性價比產(chǎn)品的吸引力將會降低。

東方證券指出，互聯(lián)網(wǎng)讓工廠設(shè)備“能說話，會思考”。

在理想化的智能車間里，所有加工設(shè)備、待加工部件（運輸小車）、裝料機器人都裝有CPS，都具有無線上網(wǎng)功能。待加工部件不通過中央控制器，直接與加工設(shè)備聯(lián)系確定，到哪臺設(shè)備進行哪些加工。工件控制工廠負責(zé)下道工序的加工設(shè)備直接調(diào)用待加工件，獨立自主的運輸小車根據(jù)地下鋪設(shè)的感應(yīng)線路，把工件送給裝料機器手。所有后續(xù)工序需要的產(chǎn)品信息，包括生產(chǎn)銷售文件都由各工件自己攜帶。如果出現(xiàn)差錯，或顧客的特別要求與現(xiàn)有的CAM數(shù)據(jù)不符，研發(fā)部的工程師會立刻得到報警。補充改進措施會立刻在一個虛擬的試驗環(huán)境下檢查，然后發(fā)給工件。

為什么要推動工業(yè)4.0？

隨著人口紅利的消失，勞動力供給減少、人工成本上升和新一代勞動力制造業(yè)就業(yè)意愿的下降，對我國制造業(yè)的國際競爭力形成了巨大制約。有數(shù)據(jù)顯示中國沿海地區(qū)勞動力綜合成本已經(jīng)與美國本土部分地區(qū)接近。客觀上說，推進“工業(yè)化和信息化”融合，搶先進入“工業(yè)4.0”時代，以保持第一大支出產(chǎn)業(yè)-制造業(yè)競爭力，是中國無法不選擇的一個命題。

李克強總理2014年10月份訪德期間簽訂“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略合作框架，顯示出高層對制造業(yè)4.0升級改造的強力支持，工業(yè)4.0大概率將上升到國家戰(zhàn)略高度。

工業(yè)4.0在國際上的發(fā)展情況

中金指出在國際分工體系中德國成為市場主導(dǎo)者：

德國成為新一代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)(即CPS)的供應(yīng)國和主導(dǎo)市場（標準制定者、領(lǐng)先供應(yīng)商），從而使德國制造業(yè)在持續(xù)發(fā)展的前提下提升它的全球競爭力。意味著德國人創(chuàng)建了新的生產(chǎn)環(huán)境，包括新的管理、流程、模型等，還提供新的智能生產(chǎn)裝備和新的技術(shù)手段。將推動德國的機器人、制造成套裝備、IT技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)等核心產(chǎn)業(yè)的變革，并加入到工業(yè)4.0體系內(nèi)，再借助這新的工業(yè)體系生產(chǎn)制造出來的產(chǎn)品沖擊世界原有生產(chǎn)體系中的產(chǎn)品，“確保了德國制造業(yè)的未來”。

德國的工業(yè)4.0概念是建立在德國在自動化裝備全球領(lǐng)先的優(yōu)勢地位上，幾乎所有國內(nèi)的大型自動化工業(yè)企業(yè)，以及上千的中小企業(yè)也將加入到這一體系里去。西門子、菲尼克斯電氣、倍福、施耐德電氣、庫卡等都在朝這一方向努力。

?西門子（Siemens）：憑借全集成自動化（TIA）和“數(shù)字化企業(yè)平臺”，西門子長久以來占據(jù)著信息技術(shù)集成領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。西門子公司還將與德國弗勞恩霍夫研究院以及大眾汽車公司，通過利用產(chǎn)品生命周期管理軟件（PLM）進行虛擬生產(chǎn)規(guī)劃，可降低生產(chǎn)線上機器人的能耗高達50%。

?菲尼克斯電氣（Phoenix Contact）：全面投入Profinet工業(yè)以太網(wǎng)的開發(fā)，目前形成了全面的基于Profinet工業(yè)以太網(wǎng)的競爭力。

?倍福（Beckhoff）：與傳感器、視覺系統(tǒng)及機械廠商一起參與“科技自動化-系統(tǒng)化工程”與“極速控制-標準加工設(shè)備能效提升”兩個項目的實施。

?施耐德電氣（Schneider Electric）：推出的EcoStruxure能效管理平臺，除了實現(xiàn)了對電力、工業(yè)、建筑樓宇、數(shù)據(jù)中心和安防5大領(lǐng)域的技術(shù)和專業(yè)經(jīng)驗的整合，EcoStruxure與其子系統(tǒng)更強調(diào)軟件帶來的靈活性。

?羅克韋爾自動化（Rockwell Automation）：通過與思科密切合作，推進標準以太網(wǎng)EtherNet/IP快速發(fā)展。Ethernet/IP是未經(jīng)修改的以太網(wǎng)標準，可以和現(xiàn)在所有的標準以太網(wǎng)設(shè)備透明銜接，使得產(chǎn)業(yè)融合成為可能。值得關(guān)注的是：2014年4月全球最大的工業(yè)展會“漢諾威工業(yè)博覽會”上，西門子展示的新一代汽車生產(chǎn)線吸引了很多人。從表面來看只是機器人對生產(chǎn)線上的車體進行組裝，任何一個汽車工廠都有這樣的組裝線。不過，制造的思路卻完全不同。在該生產(chǎn)線上，車體與機器人一邊“對話”一邊進行組裝。其工作原理為在車體內(nèi)嵌入IC標簽，記錄汽車型號、必要零部件以及組裝順序等信息。車體接近機器人時會發(fā)出“需要5扇門”等指示。機器人會按照指示進行作業(yè)。

其他工業(yè)化先進國家也在積極推進“新工業(yè)戰(zhàn)略”

與德國的工業(yè)4.0相比，其他工業(yè)化國家雖然未普遍使用這一術(shù)語，但盡可能降低生產(chǎn)操作成本、提高靈活性和加快創(chuàng)新周期也是這些國家的共同目標。

?美國：在美國，GE主導(dǎo)的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”革命同樣如火如荼，已經(jīng)成為美國“制造業(yè)回歸”的一項重要內(nèi)容。

與工業(yè)4.0的基本理念相似，它同樣倡導(dǎo)將人、數(shù)據(jù)和機器連接起來，形成開放而全球化的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，但其內(nèi)涵已經(jīng)超越制造過程以及制造業(yè)本身，跨越產(chǎn)品生命周期的整個價值鏈，涵蓋航空、能源、交通、醫(yī)療等更多工業(yè)領(lǐng)域（九大平臺）。

相比于西門子的“工業(yè)4.0”，GE的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”方案更加注重軟件、網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等對于工業(yè)領(lǐng)域的服務(wù)方式的顛覆—— 與德國強調(diào)的“硬”制造不同，“軟”服務(wù)恰恰是軟件和互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟發(fā)達的美國經(jīng)濟較為擅長的。

根據(jù)GE的預(yù)測，在美國，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠使生產(chǎn)率每年提高1%-1.5%，那么未來20年，它將使美國人的平均收入比當(dāng)前水平提高25%-40%；如果世界其他地區(qū)能確保實現(xiàn)美國生產(chǎn)率增長的一半，那么工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在此期間會為全球GDP增加10萬億-15萬億美元—— 相當(dāng)于再創(chuàng)一個美國經(jīng)濟。

?日本：一是采用“小生產(chǎn)線”的企業(yè)增多，本田公司通過采取新技術(shù)減少噴漆次數(shù)、減少熱處理工序等措施把生產(chǎn)線縮短了40%，并通過改變車身結(jié)構(gòu)設(shè)計把焊接生產(chǎn)線由18道工序減少為9道，建成了世界最短的高端車型生產(chǎn)線。二是采用小型設(shè)備的企業(yè)增多，日本電裝公司對鋁壓鑄件的生產(chǎn)設(shè)備、工藝進行改革，使得鑄造線生產(chǎn)成本降低了30%，設(shè)備面積減少80%，能源消費量降低50%。三是通過機器人、無人搬運機、無人工廠、“細胞生產(chǎn)方式”等突破成本瓶頸，佳能公司從“細胞生產(chǎn)方式”到“機械細胞方式”，再到世界首個數(shù)碼照相機無人工廠，大幅度地提高了成本競爭力。

此外政府加大了開發(fā)力度，加大對3D打印機等尖端技術(shù)的財政投入。2014年，經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省繼續(xù)把3D打印機列為優(yōu)先政策扶持對象，計劃當(dāng)年投資45億日元，實施名為“以3D造型技術(shù)為核心的產(chǎn)品制造革命”的大規(guī)模研究開發(fā)項目，開發(fā)世界最高水平的金屬粉末造型用3D打印機。

中國面臨什么樣的挑戰(zhàn)和機遇

東方證券指出，美德等發(fā)達國家的工業(yè)革命信號給我國制造業(yè)敲響了警鐘。歐洲計劃到2030年將其制造業(yè)占GDP的份額提高5個百分點，而競爭的矛頭即直指世界第一制造業(yè)大國——中國。

反觀我國，隨著人口紅利的消失，勞動力供給減少、人工成本上升和新一代勞動力制造業(yè)就業(yè)意愿的下降，對我國制造業(yè)的國際競爭力形成了巨大制約。根據(jù)美國某咨詢機構(gòu)統(tǒng)計，中國沿海地區(qū)勞動力單位綜合成本已經(jīng)與美國本土部分地區(qū)接近。

客觀上說，搶先進入“工業(yè)4.0”時代、保持第一大支出產(chǎn)業(yè)-制造業(yè)競爭力，是中國無法不選擇的一個命題。

中國作為生產(chǎn)1/3世界的制造大國如果不積極應(yīng)對，一方面，規(guī)模化生產(chǎn)模式生產(chǎn)出來的產(chǎn)品將受到挑戰(zhàn)；另一方面，產(chǎn)業(yè)升級時將被動接受德國的新標準、新設(shè)備。

近幾年來，國家及各級政府不斷推出支持工業(yè)機器人行業(yè)發(fā)展的政策，推動行業(yè)發(fā)展。例如上海 、昆山、徐州、蕪湖等多地規(guī)劃了機器人產(chǎn)業(yè)園，推出政府引導(dǎo)資金、所得稅優(yōu)惠等多項產(chǎn)業(yè)扶持政策。2013年11月，浙江省提出在未來五年年均實施“機器換人”項目5000項、完成技術(shù)改造投入5000億元。

2014年10月，李克強總理訪問德國期間，在第三輪中德政府磋商后發(fā)表的《中德合作行動綱要》中宣布，兩國將開展“工業(yè)4.0”合作，該領(lǐng)域合作有望成為中德未來產(chǎn)業(yè)合作的新方向。

中國社會科學(xué)院工業(yè)經(jīng)濟研究所黃群慧等認為，“工業(yè)4.0”不僅會削弱中國等發(fā)展中國家的低成本比較優(yōu)勢，而且有利于發(fā)達國家形成新的競爭優(yōu)勢，通過發(fā)展現(xiàn)代裝備制造業(yè)控制產(chǎn)業(yè)制高點，發(fā)達國家可以運用現(xiàn)代制造技術(shù)和制造系統(tǒng)裝備傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)來提高傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率，通過裝備新興產(chǎn)業(yè)來強化新興技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化能力。同時，其在高端服務(wù)業(yè)的領(lǐng)先優(yōu)勢也可能被進一步強化。

因此，后發(fā)國家的產(chǎn)業(yè)趕超將面臨來自發(fā)達國家的全方位抑制。“第三次工業(yè)革命”本質(zhì)是人機關(guān)系的深刻變化，這種變化大大增加了對知識和技能的需求。而與先進制造技術(shù)相適應(yīng)的知識和技能的形成和積累，恰恰是中國這樣的發(fā)展中國家遇到的最大挑戰(zhàn)。

工業(yè)4.0離真正的產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用還有相當(dāng)長的路要走。中金公司在報告中指出：提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品能效以及自動化整體水平，降低生產(chǎn)能耗是我國當(dāng)前制造業(yè)轉(zhuǎn)型的第一步。目前我國已經(jīng)在兩化深度融合、智能制造裝備重大專項、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)等方面有了諸多布局。中央和各地方政府也在紛紛支持工業(yè)機器人、3D打印等新型智能制造項目的發(fā)展。