導(dǎo)讀:德國(guó)工業(yè)4.0的著眼點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)是什么?工業(yè)4.0要解決的重點(diǎn)問題是什么?它突破方向最有可能在哪里?目前來看,它已經(jīng)解決了哪些問題?一段時(shí)間以來,德國(guó)工業(yè)4.0與智能制造在全國(guó)制造業(yè)界引起巨大反響。據(jù)聞,在相當(dāng)一些德國(guó)企業(yè)尚未清楚工業(yè)4.0的情形下,國(guó)內(nèi)輿論宣傳與國(guó)外相比,甚至更加普遍,聲音更加響亮。那么到底什么是工業(yè)4.0?它將帶給現(xiàn)代中國(guó)裝備制造業(yè)界什么樣的影響?在這樣的情形下,當(dāng)前的中國(guó)業(yè)界如何看待這些問題?應(yīng)該做些什么?
近日召開的第二屆中國(guó)(沈陽)國(guó)際機(jī)器人展上,工業(yè)機(jī)器人所占比例超過了70%。
(中國(guó)工業(yè)報(bào)記者 李淑梅 攝)
作為中國(guó)機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域老資格的領(lǐng)導(dǎo)者之一,原機(jī)械工業(yè)部副部長(zhǎng)沈烈初以其數(shù)十年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn),特別是扎實(shí)深厚的專業(yè)功底,以及求真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng),對(duì)德國(guó)工業(yè)4.0以及未來中國(guó)智能制造的發(fā)展提出了非常有見地的意見及建議。與之交流過的一些企業(yè)界人士評(píng)價(jià),這是一個(gè)自工業(yè)4.0概念提出以來,國(guó)內(nèi)有關(guān)對(duì)其詮釋與理解十分到位的一篇文章。只有經(jīng)過認(rèn)真思考、踏實(shí)調(diào)研、有深厚專業(yè)背景以及對(duì)行業(yè)深刻理解和洞察之人,才能產(chǎn)生如此有針對(duì)性、有見地的意見。
“智能制造是一項(xiàng)長(zhǎng)期系統(tǒng)的過程,不能一蹴而就;要在考慮企業(yè)效益(指質(zhì)量、成本、交貨期)的前提下,用投入產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)學(xué)理論審視實(shí)施智能制造。
中國(guó)裝備工業(yè)現(xiàn)階段還在于加強(qiáng)科學(xué)化、信息化管理,距離智能化尚有很長(zhǎng)一段過程;智能制造發(fā)展需要全方位人才。
沈烈初先生根據(jù)學(xué)習(xí)與調(diào)查實(shí)踐,歸納德國(guó)工業(yè)4.0的主要內(nèi)容:即1.0為機(jī)械化;2.0為電氣化、半自動(dòng)化;3.0為信息化,即高度自動(dòng)化、少人化;而4.0就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化及智能化了,即虛擬實(shí)體系統(tǒng)CPS(cyberphysicalSystem),也有人翻譯為信息物理系統(tǒng)。
沈烈初認(rèn)為,首先要認(rèn)識(shí)我國(guó)國(guó)情。我國(guó)制造業(yè)水平不同于德國(guó),推進(jìn)我國(guó)智能制造發(fā)展,工業(yè)4.0可作為參考而不能簡(jiǎn)單復(fù)制,必須通過實(shí)踐和總結(jié)找到屬于我們自己的成功之路。
智能化首先需要高度信息化
沈烈初說,工業(yè)3.0是信息化、高度自動(dòng)化、少人化,而工業(yè)4.0應(yīng)該是高度信息化(即數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化)+智能化,構(gòu)成CPS系統(tǒng)。“三化”發(fā)展呈序列順序進(jìn)步,高度信息化向智能化過渡,這一過程需要很長(zhǎng)時(shí)間完成。
他非常形象地描述到,數(shù)字化是將物體特征或工藝過程轉(zhuǎn)化為數(shù)字描述或數(shù)學(xué)模型。網(wǎng)絡(luò)可以看作為信息高速公路,沈烈初說,沒有信息的網(wǎng)絡(luò),類似沒有汽車的高速公路。沒有網(wǎng)絡(luò),信息就無法高速傳遞,互聯(lián)互通。信息化即是數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的融合,包括信息獲取、信息傳遞、信息處理、信息再生和信息利用。所謂物聯(lián)網(wǎng),就是人或物這樣的實(shí)體用數(shù)字描述,通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行物與物、物與人、人與物、人與人四維互聯(lián)互通。
辨別信息化(數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化)與智能化最簡(jiǎn)便的辦法是:前者是管理的開環(huán)系統(tǒng),后者是管理的閉環(huán)系統(tǒng)。智能化是在信息化基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自組織、自記憶、自診斷、自決策、自適應(yīng),使系統(tǒng)在更佳或最優(yōu)情況下運(yùn)行,因而需要建立大量的數(shù)據(jù)庫,建立各類數(shù)學(xué)模型或?qū)<蚁到y(tǒng),而且信息必須是實(shí)時(shí)采集、加工、通信和處理。由此可以看到,智能化的發(fā)展是一個(gè)漫長(zhǎng)、不斷改進(jìn)與完善,進(jìn)而發(fā)展的過程,不是一蹴而就的,更不是通過實(shí)施一兩個(gè)專項(xiàng)就可以變身為智能制造了。
“中國(guó)制造2025”中的十大高端裝備都要求定位在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化及智能化之上,這就要求同時(shí)也要使其生產(chǎn)、制造過程實(shí)現(xiàn)“三化”管理。
在沈烈初看來,智能制造的“三化”即數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化;而制造過程的“三化”,實(shí)際上應(yīng)該是兩個(gè)領(lǐng)域,提供產(chǎn)品制造的裝備和制造過程。首先是裝備的“三化”,其次是制造過程的“三化”,這兩個(gè)概念有很大不同,既有聯(lián)系又有區(qū)別。智能制造即產(chǎn)品制造過程的“三化”,是建立在提供裝備的“三化”基礎(chǔ)上,有這樣的“智能體”作為前提,才能實(shí)現(xiàn)智能制造。裝備的“三化”水平,在較大程度上決定了各行業(yè)“三化”的水平以及實(shí)現(xiàn)的難易程度。
沈烈初同時(shí)強(qiáng)調(diào),單機(jī)制造構(gòu)成不了生產(chǎn)力,只有成套才能真正發(fā)揮生產(chǎn)力的作用,因而裝備單機(jī)實(shí)行“三化”過程中,要注意通訊接口,可與上下游設(shè)備互聯(lián)互通、信息交換及時(shí)、共享。對(duì)于成套設(shè)備來源于不同企業(yè)的,如何“三化”更加重要。
辯證看待實(shí)體制造和虛擬制造
沈烈初說,我用一生獲得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是,就技術(shù)論技術(shù),很難真正推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展。虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造是一種手段,是為實(shí)體設(shè)計(jì)、實(shí)體制造服務(wù)的。信息技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在,有可能用計(jì)算機(jī)推演千百種方案進(jìn)行比較,取得最佳方案后,再變?yōu)閷?shí)體設(shè)計(jì)與實(shí)體制造,開發(fā)出新產(chǎn)品,再驗(yàn)證修正完善。這就可以大大縮短研發(fā)周期,節(jié)約研發(fā)資金。新產(chǎn)品定型后,再用計(jì)算機(jī)推演得出最佳制造過程,從而安排實(shí)體制造的工藝及生產(chǎn)。盡管這樣,也有一個(gè)不斷完善的過程,因?yàn)檠邪l(fā)與制造過程受多種內(nèi)外因素的干擾,在這里仍然需要有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師、工程師、制造工藝師決策和干預(yù),這樣才能做出好的產(chǎn)品,才能保質(zhì)量、降成本、縮短生產(chǎn)周期。
計(jì)算機(jī)運(yùn)行的海量數(shù)據(jù),其基礎(chǔ)采集必須來源于實(shí)踐和實(shí)體,所謂大數(shù)據(jù)、云平臺(tái),都是將海量數(shù)據(jù)經(jīng)過分析,提取有用的信息,為實(shí)體制造與實(shí)體設(shè)計(jì)服務(wù)的。
只有實(shí)體制造才能生產(chǎn)出產(chǎn)品,滿足人們衣食住行用各方面需要。
不同階段的智能化需要不同的頂層設(shè)計(jì)與實(shí)施步驟
目前國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)大多處于工業(yè)1.0、2.0時(shí)代(只有少數(shù)企業(yè)處于3.0或3.0初期),因行業(yè)、地區(qū)、企業(yè)大小,所有制、創(chuàng)新能力、發(fā)展階段等有很大差異,因此必須分類指導(dǎo)推進(jìn)智能化。
沈烈初認(rèn)為,參考模型對(duì)于企業(yè)實(shí)踐來說,僅起引導(dǎo)作用,智能制造是一個(gè)長(zhǎng)期的過程。很多企業(yè)的智能化管理還處于起步時(shí)期,尚處于規(guī)劃階段,遠(yuǎn)未達(dá)到高度信息化水平。要清楚地了解,智能化的前提是高度信息化(數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化);而信息化的前提是科學(xué)化管理,如精益化生產(chǎn)LP、準(zhǔn)時(shí)化管理JIT等。
沈烈初告誡,如生產(chǎn)管理中形成數(shù)據(jù)不規(guī)范,或不全面,則不可能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的信息化管理。他參觀調(diào)研的企業(yè)中,大部分生成數(shù)據(jù)不真實(shí),不能實(shí)時(shí)提供,據(jù)此進(jìn)行的信息化管理又有什么意義呢?在現(xiàn)階段,企業(yè)管理不排斥在庫存、財(cái)務(wù)、工資等局部小系統(tǒng)不斷地引進(jìn)應(yīng)用CAD、CAM、CAPP、CAE、SCM、CRM等,以此來培養(yǎng)員工,不斷使生產(chǎn)過程科學(xué)化,遇有機(jī)會(huì)便可把各個(gè)獨(dú)立的信息孤島互聯(lián)互通。這就要求企業(yè)必須有一個(gè)頂層設(shè)計(jì),分步實(shí)施,局部操作,積累經(jīng)驗(yàn),培養(yǎng)人員,最終實(shí)現(xiàn)高度信息化管理。要注意系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),各信息孤島之間保留可鏈接的端口,以實(shí)現(xiàn)信息交換兼容。
標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化是實(shí)現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)
信息化管理與產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)、模式等有極大關(guān)系。德國(guó)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一直采取模塊化,零部件尺寸要素標(biāo)準(zhǔn)化,這是為適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化制造的需要,其技術(shù)模式可追溯到第二次世界大戰(zhàn)之前。沈烈初用自己在德國(guó)學(xué)習(xí)時(shí)的經(jīng)驗(yàn)說明,工業(yè)結(jié)構(gòu)為社會(huì)化、專業(yè)化大生產(chǎn)方式,可以節(jié)約資源、降低成本,并可迅速轉(zhuǎn)型升級(jí),有利于縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期。由于產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì),企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)組織要相應(yīng)地變化。
沈烈初介紹,德國(guó)在上世紀(jì)80年代已普遍采用制造島(productioncell)模式:結(jié)構(gòu)相似、工藝相近的零部件在一個(gè)“制造島”生產(chǎn),這是成組加工(GT)的進(jìn)一步發(fā)展。如今德國(guó)的一些企業(yè)仍然采用“制造島”生產(chǎn)模式,由于采用信息化管理又有了新的內(nèi)涵。“制造島”現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的互聯(lián)互通,就構(gòu)成了所謂的二級(jí)管理“智能體”。
我國(guó)制造業(yè)管理模式存在著不同的形式,水平亦不同于德國(guó)。以機(jī)床行業(yè)為例,上世紀(jì)60年代即進(jìn)行了兩種不同模式的生產(chǎn)管理,一種以零件為對(duì)象的專業(yè)化車間,一種以產(chǎn)品為對(duì)象的封閉式車間。如今,這兩種不同的生產(chǎn)組織模式仍在機(jī)床企業(yè)存在。可以想見,在此基礎(chǔ)上實(shí)行的信息化管理模式也會(huì)有很大差別。
在沈烈初看來,實(shí)現(xiàn)定制化、專業(yè)化、端對(duì)端、縱向集成、橫向集成、硬件與軟件結(jié)合的工業(yè)4.0的現(xiàn)代化大生產(chǎn)模式,必須從設(shè)計(jì)上改革,采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì),盡量減少非標(biāo)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。他說,在經(jīng)濟(jì)全球化的今天,不論研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與銷售的信息化管理都已面向全球,要真正做到利用國(guó)內(nèi)外兩種資源(包括人力、物力、信息)、兩種市場(chǎng)、兩種資金,“以我為主,師洋而不崇洋”,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)國(guó)之夢(mèng)。
自主可控工業(yè)軟件與系統(tǒng)集成急需解決
眾所周知,信息化與智能化的發(fā)展靠硬件,更要靠軟件。國(guó)內(nèi)工業(yè)軟件研發(fā)與應(yīng)用存在的短板必須徹底解決,實(shí)現(xiàn)自主可控的工業(yè)軟件研發(fā)和應(yīng)用體系,智能制造才能持續(xù)發(fā)展。
對(duì)此,沈烈初提出建議,大型企業(yè)或集成商要有自己的軟件開發(fā)人員,通用性軟件如CAD、CAPP、CAM、CAE、ERP等可以買到,但結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工藝與生產(chǎn)需要的應(yīng)用軟件要靠自己開發(fā)。相關(guān)工作人員要懂得信息化、智能化技術(shù),更要懂得工作對(duì)象的產(chǎn)品與工藝,否則兩化不可能真正融合。在他看來,凡信息化管理成功的企業(yè),應(yīng)用軟件都是自行開發(fā)的。很多企業(yè)的實(shí)踐表明,自主研發(fā)的應(yīng)用軟件既經(jīng)濟(jì)適用,又便于商業(yè)保密。
沈烈初繼續(xù)以關(guān)鍵部件傳感器為例說明,長(zhǎng)期以來傳感器仍受制于發(fā)達(dá)國(guó)家,因其重要作用,甚至有時(shí)引起政治與商業(yè)上的麻煩。在過去和今天的裝備工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中都將傳感器作為核心技術(shù)來攻關(guān),目前來看,雖得到高度重視,但收效不明顯。沈烈初直言,無論虛擬制造與實(shí)體制造,亦或信息與物理系統(tǒng)的橋梁,都是傳感器。沒有傳感器就沒有智能制造,沒有裝備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化,就沒有物聯(lián)網(wǎng),也就發(fā)揮不了互聯(lián)網(wǎng)的作用。
沈烈初認(rèn)為,信息化管理推進(jìn)中,還有一個(gè)重點(diǎn)要素即集成商,連結(jié)需求千變?nèi)f化的企業(yè)和提供軟硬件供應(yīng)商。目前國(guó)際廠商很多都與中國(guó)的大企業(yè)、大集團(tuán)簽訂了合作協(xié)議,出售他們的軟硬件及應(yīng)用系統(tǒng)的同時(shí),了解并掌控了中國(guó)企業(yè)的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)。在這里,沈烈初注意到了信息安全問題。他認(rèn)為,中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的安全問題需要一大批推動(dòng)智能制造的集成商,建議一些有實(shí)力的企業(yè)成立信息化公司,不僅服務(wù)企業(yè)內(nèi)部,也可對(duì)外承接企業(yè)信息化管理的系統(tǒng)解決方案與實(shí)施。
智能制造的深層次描述
沈烈初認(rèn)為,我國(guó)裝備工業(yè)總體目前尚處于信息化階段,沒有進(jìn)入智能化時(shí)代。
他建議在推進(jìn)智能制造過程中應(yīng)結(jié)合自身實(shí)際,參照德國(guó)工業(yè)4.0八個(gè)優(yōu)先行動(dòng)計(jì)劃,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)、安全、培訓(xùn)、監(jiān)管、資源效率等相關(guān)內(nèi)容作出系統(tǒng)考慮。
比如人才方面不僅要充分重視高端科技人才、管理人才,更要發(fā)揮身懷絕技、具有長(zhǎng)期制造經(jīng)驗(yàn)積累的能工巧匠的作用,發(fā)揚(yáng)“工匠精神”。特別是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化制造的過程中,如何更好地在法律法規(guī)環(huán)境下保護(hù)商業(yè)機(jī)密和知識(shí)產(chǎn)權(quán)、加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督,以及針對(duì)不同的制造模式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)和價(jià)值鏈的變化,財(cái)政稅收制度的改革支撐,完善監(jiān)管體系和配套的法律法規(guī)文件的任務(wù)十分重要。
最后,沈烈初特別提示,在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)下行壓力下,企業(yè)效益連續(xù)下降,產(chǎn)品質(zhì)量尚未得到解決,要把“能用不太可靠”轉(zhuǎn)為“好用而可靠”十分困難。因此,在新產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級(jí)步履維艱的情況下,更要因地制宜,因企制宜,因產(chǎn)品與生產(chǎn)方式制宜。統(tǒng)一規(guī)劃,分步實(shí)施,先易后難,要在考慮企業(yè)效益(指質(zhì)量、成本、交貨期)的前提下,用投入產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)學(xué)理論來審視實(shí)施,不要為智能制造而智能制造。裝備工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)階段還在于科學(xué)化、信息化管理,不求其名,但求其效果。