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工業4.0與生產線革命


如今,隨著網絡與智能化的突飛猛進,第四次工業革命又悄然而至。在這種背景下,美國等西方國家制造業回流的趨勢已經顯現,制造業最為發達的德國也在推行所謂的“工業4.0”運動。

從消費意義上來說,“工業4.0”就是一個將生產原料、智能工廠、物流配送、消費者全部編織在一起的大網,消費者只需用手機下單,網絡就會自動將訂單和個性化要求發送給智能工廠,由其采購原料、設計并生產,再通過網絡配送直接交付給消費者。

在不久的將來,買車可能實現個性化定制——在手機里打開智能汽車工廠的App,從數百種配置中選擇一款車型,然后在個性化訂單中輸入諸如“把轎車內飾設計成綠巨人”的要求,約一個月,一輛用工業4.0流水線為你度身設計、制造的“綠巨人版轎車”就會送到買家家門口,價格并不比量產車貴多少。

工業4.0與生產線革命

因此,中國必須采取有效措施,促使生產力增速超過成本增速,否則可能像很多新興經濟體一樣落入“中等收入陷阱”。

顯然,中國政府已經意識到了制造業競爭力的逐漸下滑,也在積極推進信息化與工業化的深度融合,以實現可持續的工業發展。這與德國的工業4.0戰略可謂不謀而合。2014年10月,中國工業和信息化部部長苗圩訪問德國,就兩國在智能制造領域開展戰略合作等事宜進行會談,并考察了SAP位于波茨坦的創新中心,參觀了開放式集成工廠展示。

這個開放式集成工廠誕生于SAP聯合創新實驗室(SAPCo-InnovationLab),是SAP將先進的車間概念付諸實踐的成果。我們看到,小批量、多批次、差異化生產將是未來制造業的趨勢,由此所打造的開放式集成工廠幾乎代表著一場生產線革命:它融合了世界一流的制造技術與IT系統,尤其是基于SAP云的訂單管理和生產控制系統。在此基礎上,車間的同一生產線能夠生產任意訂單、任意數量的不同產品,不僅擺脫了對于生產線控制員的依賴,同時還能靈活處理訂單更改、產品組合及流程調整。

智能工廠開始落地

當下,在“兩化融合”(信息化與工業化深度融合)戰略與工業4.0模式影響下,珠三角很多城市已在探路借助工業4.0的東風實現制造業的智能化轉型。致力于打造以電子信息、石油化工、汽車為代表的“電汽化”三大產業引擎的惠州也不例外,一些產業領域正準備迎接工業4.0的到來。

從工業機器人的生產,到全自動化生產線的推廣;從車聯網的應用,再到探索建立“智能工廠”……以TCL、德賽、華陽等為代表的本土巨頭企業以及包括利元亨、惠州三協等在內的一批中小型精密制造與自動化公司,正奏響惠州制造業邁向工業4.0的序曲。

走進TCL多媒體制造中心的彩電生產車間,映入眼簾的是全自動生產線上機器自行運轉的忙碌景象——AGV(自動導引運輸)小車在自動物料呼叫系統指引下準確及時運送生產物料;LCM(液晶顯示模組)裝配線上全自動螺絲機快速定位操作,通過自動翻轉機把背光模組平穩送入自動化老化線;包裝工位上自動封箱機、打帶機、堆垛機輪番上陣,一臺臺電視機從生產到包裝一氣呵成,快節奏合格下線……

這是TCL多媒體制造中心2014年圍繞建立“智能工廠”的轉型目標力推的生產自動化項目,涵蓋了模組裝配與整機組裝整條產線,在不同工位上有步驟分階段地研發設計自動化設備以替代人工操作。

同樣的情形出現在TCL通訊惠州全球制造中心。自動打螺絲機、自動掃描稱重機、全自動MMI(人機交互)測試設備……通過直接引進和自主開發,TCL通訊公司自動化制造水平不斷提升,自動化貢獻率從2012年的2%,提升至2014年的10%,2015年則計劃達到20%。

服務創新與資本管理趨勢

毋庸置疑,前沿的車間技術能夠幫助中國應對當下的生產力挑戰。然而,要解決中國制造業面臨的更深層次的問題,僅僅解放生產線還遠遠不夠,面向未來,我們看到中國制造企業的角色將逐漸向“服務提供商”轉變,他們不僅出售設備,還需提供維保等全套服務。因此,服務創新將是制造企業的下一個戰略高地。

幸運的是,工業4.0理念并非局限在生產線,它還與物聯網(IoT)技術緊密聯系,這便為中國制造企業攀登戰略高地創造了全新機遇。

以設備維保為例:以往,企業往往需要投入大量時間和人力進行硬件維護,以確保其正常運轉。然而,工業4.0和物聯網則徹底顛覆了傳統模式:通過采用能夠自行報告運轉性能的智能設備,制造企業可以實時收集海量數據,利用SAPHANA等高速計算工具進行分析,預先掌握設備性能狀態。隨后,維保團隊再依據實際情況制定計劃并安排人員,對可能出現問題的部分采取針對性措施,避免突發故障造成損失。

總之,工業4.0以生產流程為基礎,聯動整個價值鏈,有能力幫助中國制造企業提升運營效益,化解生產成本攀升的壓力,并以工業智能化推動生產力躍升。

與技術和硬件的智能化相匹配,制造業員工的技能和管理水平也要相應提升。然而,人力資本管理卻成為很多制造企業轉型的瓶頸。

2014年,SAP與牛津經濟研究院(OxfordEconomics)共同進行了一項名為《勞動力2020》的全球性調查,覆蓋了5400多名來自27個國家不同行業的員工和企業管理者,而中國也在此次調查范圍之列。這項調查獲得了很多重要發現:例如,調查顯示,未來三年在中國需求量增長最快的創新技術將是商務分析(158%)、云技術(65%)和移動商務(19%),但僅有33%的員工有望在三年內熟練掌握商務分析的創新技術,而已經掌握這項技能的員工只有16%。

此外,盡管82%的中國高管表示,他們的企業已制定了各種補充性培訓計劃來培養新技能,但是只有27%的員工表示,企業為他們提供了幫助他們發展和提高工作績效的合適工具。顯然,雇主與雇員的供需和認知均存在鴻溝。此外,中國企業也普遍面臨管理人才短缺的問題:僅有33%的企業管理者表示,所在企業制定了重要職位的繼任與連任計劃。39%的管理者表示,缺乏合格管理團隊將限制市場拓展計劃。

在制造業破局時代,企業應當采取怎樣的“人才4.0”戰略呢?企業雇主需要采用更智能的方式來吸引、培養和保留人才,建立有效的管理人才培養策略,并將持續學習作為企業成功的基石。面對當下的種種人才瓶頸,制造企業需要制定全面、靈活的人力資源戰略,并確保該戰略與其他業務職能相協調。在這一過程中,智能化的人力資本管理解決方案將保障人力資源戰略的高效實施,這也正是工業4.0理念的題中之義。

工業4.0帶來的挑戰

工業4.0是2013年4月份德國政府在工業展覽正式提出的戰略。工業4.0由德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部聯手資助,在德國工程院、弗勞恩霍夫協會、西門子公司等德國學術界和產業界的建議和推動下形成的,并已經上升為國家級戰略。

工業4.0其實是以智能制造為主導的第四次工業革命。李哲認為,工業4.0主要包括三個方面的內容:第一是智能工廠,研究智能生產系統及過程以及網絡化分布式生產設施的實現;第二是智能生產,涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等;第三是智能物流,通過互聯網、物聯網等整合物流資源。

在智能制造方面,我國目前取得了一批基礎研究成果和智能制造技術,智能制造裝備產業體系初步形成,國家對智能制造的扶持力度不斷加大。但企業的理論和技術的建設相對落后,智能制造中長期發展戰略缺失,高端技術、高端設備、核心部件依靠進口,重硬件輕軟件的現象突出。目前基本上關鍵的智能設備、裝備、工業軟件都依靠進口,尤其是90%左右的工業軟件和90%的工業機器人,都需要依靠進口,而且費用昂貴。此外,80%左右的集成電路芯片70%左右的汽車制造關鍵設備、40%左右的大型石化裝備等也需要依靠進口。

發展工業4.0要立足國情

工業4.0概念提出以來,受到中國業界的廣泛關注,這是好事,表明中國業內對新一輪科技革命和產業變革的關注,但需要清醒地認識中國工業發展所處的階段,切忌盲目跟風,動輒提借助工業4.0實現工業趕超,到頭來恐怕落得“麻雀跟著夜貓子飛——打食的打食,熬夜的熬夜”的窘境。

理論體系是整個數字化智能化網絡化的基礎,也是全面發展數字化智能化網絡化的前提。目前國內對數字化智能化網絡化的發展側重技術追蹤和技術引進,而基礎研究能力相對不足,對引進技術的消化吸收力度不夠,原始創新匱乏。

盡管對中國工業化所處階段仍然存在爭議,但正如國務院發展研究中心指出的,總體上看,中國的工業化處于中期階段,但已出現向后期階段過渡的明顯特征。

就存在的問題而言,與工業發達國家相比,以及與制造業快速發展的需求相比,矛盾和問題依然存在。

一是基礎理論和技術體系建設滯后。理論體系是整個數字化智能化網絡化的基礎,也是全面發展數字化智能化網絡化的前提。目前國內對數字化智能化網絡化的發展側重技術追蹤和技術引進,而基礎研究能力相對不足,對引進技術的消化吸收力度不夠,原始創新匱乏。控制系統、系統軟件等關鍵技術環節薄弱,技術體系不夠完整。先進技術重點前沿領域發展滯后,在先進材料、增材制造等方面差距還在不斷擴大。

二是關鍵數字化智能化網絡化技術及核心基礎部件主要依賴進口。構成智能制造裝備或實現制造過程智能化的重要基礎技術和關鍵零部件主要依賴進口,如新型傳感器等感知和在線分析技術、工業機器人及關鍵部件技術、典型控制系統與工業網絡技術、高性能液壓件與氣動元件、高速精密軸承、大功率變頻技術等。許多重要裝備和制造過程尚未掌握系統設計與核心制造技術,如精密工作母機設計制造基礎技術(設計過程智能化技術)、百萬噸乙烯等大型石化的設計技術和工藝包等均未實現國產化。

三是重硬件輕軟件的現象突出。數字化智能化網絡化技術是以信息技術、自動化技術與先進制造技術全面結合為基礎的。而中國制造業的“兩化”融合程度相對較低,低端CAD軟件和企業管理軟件得到很好普及,但應用于各類復雜產品設計和企業管理的智能化高端軟件產品缺失,在計算機輔助設計、資源計劃軟件、電子商務等關鍵技術領域與發達國家差距依然較大。

四是中國高端數控機床、工業機器人等智能制造裝備重點領域急需稀缺領域的專業人才和統籌裝備制造經濟管理的管理人才。對海外高層次人才和國外智力的引進工作力度不夠,高端人才引進政策不夠靈活。企業、科研院所、高校、職業院校和其他培訓機構的平臺作用發揮不夠充分,還沒有形成良好的創新人才培養模式,對充分掌握機械、自動化、信息計劃等復合人才的培養投入不足。尚未建立起企校聯合培養人才的長效機制。

中國的工業4.0發展道路

要順應新一輪科技革命和產業變革趨勢,立足各地發展實際,制訂各自的“工業4.0”發展路線圖,東部部分發達省市可以率先探索。中國還是要堅持走中國特色新型工業化道路,加快推動信息化和工業化深度融合。

這不是說我們要自外于新一輪科技革命與產業變革之外,而是要立足中國的基本國情和工業發展實際,探索新形勢下工業發展的道路。除了工業發展基礎不同,中國確立的信息化與工業化兩化深度融合戰略與工業4.0的理念是一致的,所以可稱之為中國特色的“工業4.0”發展道路。

面對新形勢,新一屆領導集體提出了“打造中國經濟升級版”的總體戰略,工業作為實體經濟的主戰場,其支柱地位進一步加強,加快工業轉型升級已成為打造中國經濟升級版的重要組成部分。

在此背景下,一方面中國應制訂工業發展總體戰略,即工業發展路線圖,在“十二五”工業轉型升級規劃基礎上,制定并實施國家層面的“中國制造2025發展規劃綱要”,打造以制造業數字化、智能化為核心特征的工業升級版。另一方面,要順應新一輪科技革命和產業變革趨勢,立足各地發展實際,制訂各自的“工業4.0”發展路線圖,東部部分發達省市可以率先探索。

德國提出的“工業4.0”,實質仍然是將信息網絡技術與制造業在產品、生產過程層面進行深度融合。

中國提出將信息化與工業化深度融合作為工業轉型升級的重要抓手,并推出了《信息化和工業化深度融合專項行動計劃(2013-2018年)》,但對照德國“工業4.0”,中國在信息基礎設施、數據資源、標準化體系、制造系統管理等平臺建設方面投入力度尚需加大,尤其是國家相關部委、不同類型企業間的協同推進亟須加強,以支持更廣泛的研究開發和創新應用。

中國在高端裝備領域仍大量依靠進口,高端裝備業已成為制約中國工業轉型升級的重要瓶頸。

近年來,中國將高端裝備制造業納入七大戰略型新興產業加以扶持,并專門設立了大飛機重大科技專項、智能制造裝備專項,在信息技術與裝備制造業結合方面具備了較好的基礎。中國應搶抓新工業革命的戰略機遇,借鑒德國“工業4.0”戰略,加強信息技術在高端裝備中的應用,積極搭建平臺,推動高等院校、科研機構、裝備制造生產企業與用戶的協同創新,率先實現高端裝備的數字化、智能化,以支撐中國工業經濟升級版的打造。強化關鍵核心技術攻關和能力建設,加快信息安全產業發展,健全網絡與信息安全保障體系,提高兩化融合形勢下網絡信息安全管理能力和水平,為兩化深度融合發展提供安全保障,解決制造企業的后顧之憂。

同時,加強與歐、美發達國家和地區的聯系與交流,借鑒其經驗和做法推動中國工業的轉型升級。實施更加積極主動的開放戰略,鼓勵和支持與互聯網密切結合的跨國公司、國際學術機構在華設立研發機構,搭建聯合研究平臺,同時支持和鼓勵國內企業和科研機構積極利用互聯網平臺與國外開展技術交流與合作,到海外建立研發機構或生產基地,搭建全球創新網絡。


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