德國(guó)為保持在制造業(yè)的領(lǐng)先地位，在2013年提出工業(yè)4.0概念。工業(yè)4.0是一個(gè)高科技戰(zhàn)略計(jì)劃，該項(xiàng)目由德國(guó)聯(lián)邦教育局及研究部和聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)合資助，投資預(yù)計(jì)達(dá)2億歐元。旨在提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應(yīng)性、資源效率及人因工程學(xué)的智慧工廠，在商業(yè)流程及價(jià)值流程中整合客戶及商業(yè)伙伴。其技術(shù)基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)實(shí)體系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)。
德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—信息物理系統(tǒng)相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。
有意思的是，中國(guó)制造業(yè)界和投資界對(duì)工業(yè)4.0的熱情程度超過了德國(guó)人。近一年來，國(guó)內(nèi)幾乎每天都有工業(yè)4.0相關(guān)主題的演講、論壇和沙龍，業(yè)內(nèi)業(yè)外都在熱烈討論工業(yè)4.0。按其熱度，似乎工業(yè)4.0馬上要落地，真實(shí)的工業(yè)4.0到底距離我們還有多遠(yuǎn)？
一、數(shù)字工廠和人機(jī)是亮點(diǎn)
德國(guó)企業(yè)在生產(chǎn)自動(dòng)化上已經(jīng)達(dá)到很高水平，同樣的，日本企業(yè)的精益生產(chǎn)方面也有很高水平，但兩相比較，德國(guó)并不占太大優(yōu)勢(shì)。德國(guó)企業(yè)要想獲得領(lǐng)先，必須有新突破，而網(wǎng)絡(luò)化涉及的產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)太多，整合難度較大，需要很長(zhǎng)時(shí)間。所以目前的突破口只有選在數(shù)字化工廠。西門子在本屆漢諾威工業(yè)展上還強(qiáng)調(diào)，做數(shù)字化工廠要注意積累專業(yè)的行業(yè)知識(shí)和服務(wù)，而每個(gè)行業(yè)、乃至每個(gè)企業(yè)，它們的行業(yè)特點(diǎn)和能提供的服務(wù)都有所不同，這就意味著每個(gè)行業(yè)甚至每個(gè)企業(yè)實(shí)踐工業(yè)4.0的路徑都可能會(huì)不一樣。
數(shù)字工廠既包含產(chǎn)品的數(shù)字化，也包含生產(chǎn)過程的數(shù)字化，以及全生命周期的數(shù)字化。西門子推廣工業(yè)4.0，不會(huì)忘記推銷自家現(xiàn)成的軟硬件產(chǎn)品和方案，其涵蓋從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、工藝工程、生產(chǎn)執(zhí)行和服務(wù)的全套數(shù)字化軟件方案，也提供了可資參考的德國(guó)安倍格市的數(shù)字化工廠樣版。
為了工人安全，一般工業(yè)機(jī)器人的工作區(qū)與工人隔離開，機(jī)器人像野獸一樣被關(guān)在籠子里。同時(shí)，還安裝了很多機(jī)器安全設(shè)備，如安全繼電器、安全地毯、安全光幕、急停開關(guān)等，以防止對(duì)人身產(chǎn)生傷害。而協(xié)作機(jī)器人可以和工人一起協(xié)同工作，無需安全護(hù)欄，顯然參展企業(yè)認(rèn)為自己的機(jī)器人沒有安全隱患。
KUKALBRIIWA機(jī)器人為觀眾倒啤酒，從拿杯子、開瓶、倒啤酒，動(dòng)作流暢靈活，一氣呵成。KUKA的LBRIIWA機(jī)器人有七個(gè)軸，特別適用于電子、醫(yī)藥、精密儀器等行業(yè)，這些行業(yè)對(duì)柔性、靈活度和精準(zhǔn)度要求較高。
這些機(jī)器人之所以有較好的人機(jī)協(xié)作，是因?yàn)檫@些機(jī)器人所有的軸都具有碰撞檢測(cè)功能和關(guān)節(jié)力矩傳感器，在它碰到人時(shí)會(huì)自動(dòng)減速或停止，工人也可以輕易地推開它。在安裝工件時(shí)，它還能模仿人類的裝配動(dòng)作，它可以像人類一樣用鑰匙開門，它將鑰匙插入鑰匙孔一樣，上下左右轉(zhuǎn)動(dòng)，感覺反饋回來的力矩，找到合適的角度進(jìn)行裝配。加之機(jī)器人具有較輕的機(jī)身，動(dòng)作都較為溫和，對(duì)人不易產(chǎn)生傷害。
根據(jù)IHS公司的研究報(bào)告，目前工業(yè)機(jī)器人85%以上的應(yīng)用都在汽車相關(guān)行業(yè)，而汽車行業(yè)已經(jīng)成熟，未來機(jī)器人的應(yīng)用增長(zhǎng)空間有限。目前ABB和KUKA大力推廣協(xié)作機(jī)器人是將目光投向了潛力更大的3C制造，該行業(yè)需要應(yīng)用更多的協(xié)作機(jī)器人。
一般工業(yè)機(jī)器人屬于工業(yè)3.0時(shí)代的自動(dòng)化產(chǎn)品，它們僅僅實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。機(jī)器人只有實(shí)現(xiàn)了既能按既定程序去執(zhí)行，還能與人、材料，以及其他設(shè)備產(chǎn)生交互，才能叫作智能機(jī)器人。機(jī)器人協(xié)作會(huì)有多種外部通信端口與外界通信，與人類協(xié)作，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)和數(shù)字化生產(chǎn)。
德國(guó)科研系統(tǒng)中，公共大學(xué)與公立研究機(jī)構(gòu)主要從事基礎(chǔ)研究，而私立的企業(yè)研究院從事應(yīng)用研究。但是Fraunhofer這樣的應(yīng)用型研究機(jī)構(gòu)則是基礎(chǔ)研究和企業(yè)創(chuàng)新之間的重要橋梁。Fraunhofer聯(lián)盟對(duì)中小企業(yè)創(chuàng)新支持項(xiàng)目的實(shí)施，為產(chǎn)學(xué)研合作研究提供重要的公共平臺(tái)。在德國(guó)，研究人員也要發(fā)論文，但是他們更加注重應(yīng)用型的科研，需要既有戰(zhàn)略前瞻又能與企業(yè)需求對(duì)接的應(yīng)用技術(shù)。
二、數(shù)字化有深挖的空間
日本的研究所主要包括國(guó)立和公立的研究所（產(chǎn)業(yè)綜合技術(shù)研究所和理化學(xué)研究所是典型代表）、特殊法人研究所及財(cái)團(tuán)法人和社團(tuán)法人和民間企業(yè)研究所等。在2000年前后，日本政府將原來隸屬于多個(gè)省廳的研究所調(diào)整為獨(dú)立法人機(jī)構(gòu)，研究所所長(zhǎng)由政府直接任命，所有人員都為聘用人員，實(shí)行獨(dú)立法人制度，在賦予大學(xué)和科研單位更大的行政權(quán)力的同時(shí)，這些獨(dú)立法人也需要做好盈虧預(yù)算，運(yùn)營(yíng)績(jī)效也要被考核，并以此推動(dòng)了人員的流動(dòng)和重組，充分發(fā)揮出科研的效益。日本科研力量的主體來自于企業(yè)，每年企業(yè)研發(fā)經(jīng)費(fèi)的投入占日本R&D（全社會(huì)研究與試驗(yàn)發(fā)展）經(jīng)費(fèi)的80%左右，其中絕大部分來自于大型企業(yè)。
人是工業(yè)系統(tǒng)和產(chǎn)品中非常重要的元素。譬如汽車的功能是運(yùn)輸人或物，同時(shí)汽車也是由人來操控，正常行駛的汽車就是一個(gè)機(jī)器與人組成的系統(tǒng)。人類對(duì)汽車的零配件的形狀、材料、功能已經(jīng)有了深入認(rèn)識(shí)，甚至早已為汽車建立了數(shù)字化模型。但這個(gè)人機(jī)系統(tǒng)中，我們了解最少的卻是人，對(duì)于復(fù)雜的人在這個(gè)人機(jī)系統(tǒng)中的作用我們還沒有太多認(rèn)識(shí)，人成為這個(gè)系統(tǒng)中最薄弱的一環(huán)。
原來為人建模的方法是在人體表面放置標(biāo)識(shí)，通過為這些標(biāo)識(shí)建模來構(gòu)建整個(gè)人體模型。持丸教授的新方法不用標(biāo)識(shí)，直接通過捕捉人體的視頻圖像、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度和相對(duì)位置來建立完整的人體數(shù)字模型。目前持丸教授的人體數(shù)字模型已經(jīng)開始應(yīng)用到了日本汽車廠的汽車碰撞測(cè)試，消費(fèi)類公司的運(yùn)動(dòng)鞋設(shè)計(jì)、游戲公司游戲設(shè)計(jì)、外骨骼機(jī)器人、醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人等服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)以及虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中。
狹義的工業(yè)4.0主要在生產(chǎn)系統(tǒng)，它的三大集成包含了生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，而廣義的工業(yè)4.0包含了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，這個(gè)系統(tǒng)的外延擴(kuò)展到物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)。工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一直在強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)、M2M和人機(jī)協(xié)作，持丸教授的人體數(shù)字化的研究其實(shí)是將人這個(gè)重要元素融入工業(yè)4.0打開了一扇窗戶。
三、德日大多數(shù)企業(yè)的態(tài)度
德國(guó)前十大貿(mào)易伙伴，除了美國(guó)和中國(guó)外，其他全是歐洲國(guó)家，中國(guó)和美國(guó)加起來也只占了15%。相比較歐盟成員國(guó)和非成員國(guó)之間的貿(mào)易，歐盟成員國(guó)之間的交易有更多優(yōu)惠條件。從2002年到2012年十年間，德國(guó)是歐盟經(jīng)濟(jì)一體化最大的收益者，同時(shí)也是最大的貢獻(xiàn)者。而日本的主要出口貿(mào)易伙伴集中在亞太區(qū)域，同樣也說明區(qū)域經(jīng)濟(jì)對(duì)國(guó)家出口的影響巨大。
除了區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化，德國(guó)和日本兩個(gè)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)多于合作，因?yàn)槿毡局皇堑聡?guó)第17大出口目的地，而德國(guó)只是日本第8大出口目的地，而且占比只有2.7%。
具體到制造業(yè)行業(yè)，日本和德國(guó)在汽車、化工、基礎(chǔ)材料、鋼鐵等行業(yè)全面競(jìng)爭(zhēng)；在機(jī)械設(shè)備上，德國(guó)和日本的數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、注塑機(jī)、機(jī)器人、建筑機(jī)械、食品機(jī)械直接競(jìng)爭(zhēng)；在自動(dòng)化產(chǎn)品上更是全面競(jìng)爭(zhēng)，包括PLC（可編程序控制器），變頻、電機(jī)、伺服、減速機(jī)等產(chǎn)品；從半導(dǎo)體來看，在功率元器件和控制芯片上面競(jìng)爭(zhēng)也比較大。
日本制造業(yè)界對(duì)德國(guó)工業(yè)4.0概念比較冷靜，目前只是研究而已，并沒有像中國(guó)一樣大勢(shì)渲染。日本雖然有自己的工業(yè)4.1J，但這個(gè)是個(gè)民間組織，影響力并不大。
德國(guó)的大型企業(yè)、軟件公司、大學(xué)和研究所提工業(yè)4.0更多一些，中小企業(yè)特別是一些基礎(chǔ)自動(dòng)化原件廠商對(duì)工業(yè)4.0還處在學(xué)習(xí)探索的階段。在斯圖加特Sudtec和柏林CWIEME展會(huì)的論壇現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)Fraunhofer，Smartfactory協(xié)會(huì)和ZVEI電氣電子協(xié)會(huì)的專家講工業(yè)4.0時(shí)，偌大的會(huì)場(chǎng)聽者寥寥，但講行業(yè)和具體產(chǎn)品的專家演講時(shí)，論壇現(xiàn)場(chǎng)瞬間滿場(chǎng)。對(duì)于做配套元器件的中小公司，可能對(duì)大的工業(yè)4.0概念不太感興趣，而更關(guān)注自身的產(chǎn)品銷售和行業(yè)市場(chǎng)。
德國(guó)中小企業(yè)（GermanyMittelstand）在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域都比較活躍，超過99%的德國(guó)公司屬于中小型企業(yè)，很多德國(guó)的中小企業(yè)都是家族擁有或運(yùn)營(yíng)，這些企業(yè)的目標(biāo)是做百年老店。它們行事謹(jǐn)慎，很少借貸，以求代代相傳。德國(guó)同行之間在價(jià)格方面并不搞惡性競(jìng)爭(zhēng)，他們或者在細(xì)分行業(yè)上構(gòu)筑自己的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，或者在質(zhì)量和產(chǎn)品創(chuàng)新上競(jìng)爭(zhēng)。
標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化是工業(yè)4.0的重要概念，對(duì)于這些只做配套元器件的中小企業(yè)，是工業(yè)4.0的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品或模塊產(chǎn)品供應(yīng)商，比較好的策略是專心做好自家產(chǎn)品，跟蹤工業(yè)4.0的發(fā)展，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候融入到工業(yè)4.0的大體系中來。所以，對(duì)于工業(yè)4.0概念大多數(shù)德企略顯謹(jǐn)慎。
日本企業(yè)生態(tài)模式中，大型企業(yè)或母公司扮演了帶頭大哥的角色，子企業(yè)或?qū)O企業(yè)跟隨大企業(yè)做配套。公司和銀行集團(tuán)關(guān)系緊密，通過復(fù)雜的交叉持股聯(lián)系在一起；由于銀行和其他工商企業(yè)關(guān)系密切，公司管理者受到保護(hù)，從而使之能夠不受股東影響而可以進(jìn)行長(zhǎng)線投資。大型企業(yè)和中小型企業(yè)形成了緊密的企業(yè)群體結(jié)構(gòu)，日本小型企業(yè)以供應(yīng)大型企業(yè)為主，依賴幾家大客戶，這樣以來日本小廠商在創(chuàng)新方面很難產(chǎn)生自己的想法。
德日兩國(guó)企業(yè)對(duì)工業(yè)4.0的熱情明顯不及中國(guó)企業(yè)，它們的著眼點(diǎn)還是聚焦于自身傳統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)力的提高。不過，中國(guó)人的熱烈討論并非多余，正因?yàn)橛辛诉@些討論和爭(zhēng)論，工業(yè)4.0的概念漸漸豐滿起來，甚至反過來完善了德國(guó)的工業(yè)4.0的理論體系和實(shí)踐案例。譬如青島紅領(lǐng)C2M模式和青島海爾的倒金字塔模式就引起了德國(guó)人的高度關(guān)注。中國(guó)一些大型企業(yè)，比如流程制造型企業(yè)寶鋼，離散制造型企業(yè)華為等公司甚至在工業(yè)4.0概念提出之前就已經(jīng)開始了智能制造的實(shí)踐。
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