“工业4.0”落地中国 四大难点亟待突破

作者: admin 分类: 一些分享 发布时间: 2019-04-05 12:04

  “工业4.0”最初是在2011年德国举办的工业设备展览会“汉诺威工业博览会2011”上被提出的,两年后的2013年“汉诺威工业博览会”上发布了最终报告,开始实施“工业4.0”的国家战略。德国作为制造业大国,希望在未来制造业中的各个环节应用互联网技术,将数字信息与现实社会之间的联系可视化,将生产工艺与管理流程全面融合。由此实现智能工厂,生产出智能产品。

  “工业4.0”在德国被认为是第四次工业革命,旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新,保持德国的国际竞争力。制造业在德国国民经济中的占比为26%,作为提升传统制造业的战略发展方向,实施“工业4.0”是德国政府顺应全球制造业发展新趋势、推进智能制造新模式的客观要求。

  “工业4.0”VS“中国制造2025”

  自2014年10月我国总理李克强访问德国,并签订《中德合作行动纲要》以来,“工业4.0”的概念在我国迅速走红,一时间,“工业4.0”、“智能制造”的战略地位迅速提升。

  与“工业4.0”巧合的是,对于国内工业转型升级,工信部早在三四年前就开始规划一项未来10年制造业发展的“中国制造2025”。如今,这项规划将以德国“工业4.0”为启示,学习德国的智能制造,为我国的现代化工业强国描绘出清晰的路线图。

  “工业4.0”是一个发展的过程,不可能一蹴而就,“中国制造2025”也弱化了以往规划中5年时间的限制,规划年限扩展到2025年,更注重中长期规划,主要围绕我国工业有待加强的领域进行强化,力争使我国在2025年从工业大国转型为工业强国。

  从目标上来看,德国“工业4.0”主要是期望继续领跑全球制造业,保持德国制造业的全球竞争力,抗衡美国互联网巨头对制造业的吞并。而今年“两会”中,工信部苗圩部长首次公开披露了“中国制造2025”制定情况,表示大体需要用3个10年左右的时间,完成中国从制造业大国向制造业强国的转变,并提出了分三步走的战略。“中国制造2025”也就是三步走第一个十年的行动纲领,它是一个路线图,有具体的时间表。通过实施“中国制造2025”规划纲要,通过10年的努力,让中国制造进入全球制造业的第二方阵。

  从时间表来看,德国“工业4.0”战略工作组也认为德国实现“工业4.0”需要10年时间,在时间上和我们的“中国制造2025”大体在一个时间段。

  有了“中国制造2025”的10年战略规划,有了智能制造的具体行动计划,相信通过这样的努力和清晰的路线图,我们将很快接近发达国家未来制造业发展水平的目标,如同工信部苗圩部长所说,“中国完全能够搭上新一轮工业革命的快车”。

  四大难点亟待突破

  “工业4.0”是由大规模批量生产向大规模定制生产转变,是由集中生产向网络化异地协同生产转变,是由传统制造企业向跨界融合企业转变。德国“工业4.0”工作组的最终报告认为,实现“工业4.0”尚存在标准化、复杂的系统管理、通信基础设施建设、网络安全保障等4方面的难题,同样的难题也适用于我国未来的制造业。与德国加强“工业4.0”方面的合作,有助于前瞻性地解决这些难题,为未来制造业发展铺平道路。

  1、标准化

  工厂要对内外各种物品与服务进行联网,那么,通信方式、数据格式等许多内容都需要标准化。目前在国际标准化舞台上,美、德、日等发达国家能够长期保持主导地位,主要凭借的就是强大的制造业综合实力,而我国目前在国际标准化舞台上仍然处于“听众”角色,也从一个侧面反映了我国制造业整体水平的差距。

  标准先行是“工业4.0”战略的突出特点。为了保障“工业4.0”顺利实施,德国将标准化排在行动首位,成立一个工作组,专门处理标准化和参考架构方面的问题。2013年12月,德国电气电子和信息技术协会发布了“工业4.0”标准化路线图。我国在推进信息技术与工业深度融合的具体实践中,也应高度重视标准化在制造业发展中的引领作用,及时出台“两化融合”或“两化深度融合”的标准化路线图,尽最大可能实现标准的国际化,使中国标准得到国际上的广泛采用。

  此外,跨学科、跨领域是制造业高技术发展的显著特点。随着制造业技术不断发展,各种高新技术以前所未有的广度和深度渗透到制造业的各个环节中,使制造业的产品生产过程和管理方式都发生了深刻,甚至是革命性的变化,催生了一大批新兴高技术制造业出现。反过来,制造业在发展过程中,不断融入和集成各种技术,形成极为复杂的系统化过程。为此,只有从一开始就进行标准化的约束和引导,才能有序开展与推广“两化融合”。

  2、复杂的系统管理

  实际生产过程与各种业务管理系统协同之后,系统整体更加复杂化,对其进行管理将更加困难。产、学、研、用多个层面的联合机制在一定程度上能够化解系统的复杂化,不断完善管理体系。德国“工业4.0”是由德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子、博世等企业联合发起的,工作组成员也是由产、学、研、用多方代表组成的。因此,“工业4.0”战略一经提出,就很快得到了学术界、产业界的积极响应。

  从我国制造业来看,企业普遍重视技术,但不重视流程管控,尤其是在技术研发方面。而未来的制造业体系将越来越复杂,这就需要产、学、研、用多个层面联合来推动制造业创新发展。因此,我国应该充分吸收和借鉴德国“工业4.0”的联合模式,一方面,政府要通过引导和支持的方式促进不同类型的产、学、研合作联盟发展;另一方面,选择几个重点行业和关键技术领域进行试点,由创新意愿较高的企业牵头,联合科研实力雄厚的大学或科研机构,组建多种形式的研发联盟,充分调动各方资源和力量,共同推进技术研发与应用推广。

  德国认为,迈向“工业4.0”的道路上,生产过程与各种业务管理系统协同之后,系统整体会更加复杂化,对其进行管理将更为困难。为此,需要实现“制造系统的横向、纵向集成”和“工程端到端的集成”。横向集成主要解决企业和企业之间复杂系统管理,实现信息无缝的交流;纵向集成主要解决企业内部的复杂系统管理,在企业的研发、设计、制造、验证、物流、交互各环节,所有的信息都无缝隙、高效、顺畅地传递;端到端集成主要解决贯穿整个价值链的工程化信息系统集成的复杂系统管理问题,以保障大规模个性化定制的实施。

  3、通信基础设施建设

  德国“工业4.0”的本质就是基于信息物理系统(CPS)实现“智能工厂”,让制造业的各个环节充分地与互联网融合,形成工业互联网。而实现工业互联网就需要适用于工业的、具有高可靠性的通信基础设施建设作为基本保障。此外,随着工业互联网的形成,也必然会出现工业大数据。工业大数据的采集、传输、交互和共享,必然要求建立容量、带宽、存储与数据处理能力更强大的基础实施。

  而当前的网络基础设施恐怕难以满足“工业4.0”时代的要求。因此,构建容量更大、服务质量更可靠的工业通信基础设施,将成为未来制造业迫切需要解决的一项课题。

  4、网络安全保障

  工厂与外界实现联网之后,恶意软件入侵、网络受到攻击的危险性会有所提升,这就需要制定保障网络安全的对策与解决方案。

  进入21世纪以来,各种针对工业基础设施的网络攻击就开始出现。例如:澳大利亚下水道监控系统和美国核电站监控系统曾被第三方经由无线网络系统侵入,波兰地铁信号系统也被入侵。而近年来,这样的攻击更是愈演愈烈。2012年8月,沙特国营石油公司Aramco受到网络攻击,攻击者的目标为制油/制气工程,意图通过使工程中止,让石油/天然气的生产发生异常。

  随着“工业4.0”时代的到来,人力、物料、生产设备、各种生产管理系统以及价值链上的众多协同企业都将互联,随之而来的是网络安全问题的隐忧,这就迫切需要建立一套完善的工业互联网信息安全认证体系,此外在认证制度的设计和标准规范的研究与设计方面,还需要大量的经验积累。

  初期,我国可以与国际认证机构合作,开展联合认证服务,同时逐步建立自己的安全认证机制。这不仅是与国际通行做法接轨,也有利于信息安全领域的国际交流与合作,在切实提高我国信息安全水平的同时,帮助和促进工业企业提升信息安全技术水平,引导产业健康发展。

  对话专家

  Q:在德国出台“工业4.0”战略之前,我国推出了信息化与工业化融合的“两化融合”战略,在您看来,“两化融合”与“工业4.0”存在哪些异同点?

  A:工信部成立以来,一直致力于推进“两化融合”工作,通过信息化的融合与渗透,对传统制造业产生革命性影响。“工业4.0”本质上是由信息技术引发的,与我国的“两化融合”有异曲同工之处。在未来制造业中,我们应该将“两化深度融合”作为主要着力点,进一步继续加快推进信息化。

  不同点在于,德国“工业4.0”将积极部署信息物理系统(CPS)平台,实现工厂的“智能制造”。“智能制造”已成为全球制造业发展的新趋势,智能设备和生产手段在未来必将广泛替代传统的生产方式。而CPS将改变人类与物理世界的交互方式,能够使未来制造业中的物质生产力与能源、材料和信息3种资源高度融合,对实现“智能工厂”和“智能制造”提供有效保障。美国、德国等世界工业强国都高度重视信息物理系统的构建,加强战略性、前瞻性的部署,并已取得了积极的研究进展。而我国目前的制造业发展仍然以简单的扩大再生产为主要途径,迫切需要通过智能生产、智能设备和“工业4.0”理念改造和提升传统制造业。

  Q:当前我国政府提出了智能制造、“互联网+”战略,这些战略与“工业4.0”的关系是什么?

  A:“互联网+工业”就是德国的“工业4.0”。也就是说,把互联网技术和工业、制造业技术更加紧密结合起来。德国打造信息物理系统实际上是从本国制造业实力及实际情况出发的,德国制造业比较强,但是互联网信息技术相对较弱,“工业4.0”的目的就是通过发挥其制造领域的优势,带动制造业服务包括互联网经济的发展。

  那么对于我国制造业而言,随着智能制造时代的到来,工业互联网将是“互联网+”最早实现的行业之一。智能制造和工业互联网将顺应新一轮工业革命和产业变革,成为“互联网+”最早实现的行业之一。

  Q:工业制造领域门类众多,您认为“工业4.0”将在哪些领域发挥作用?

  A:随着“工业4.0”的深入发展,CPS概念将进一步外延。在未来的智能制造业中,CPS将涵盖自动化、生产技术、汽车、机械工程、能源、运输以及远程医疗等众多工业部门和应用领域,意义非常重要。因CPS而实现的许多应用,将产生新附加价值链和业务模式。

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