工業(yè)4.0：提高制造效率
制造業(yè)依舊是國民經濟的支柱產業(yè)，而占全球制造業(yè)GDP60%的美國、中國、日本、德國、韓國和印度六國，更是在制造業(yè)上爭奪激烈。
2008年全球金融危機后，由于產能增加但全球消費市場有限，各國為了保持國家的長期競爭力，紛紛出臺各種引領制造業(yè)升級的國家戰(zhàn)略和產業(yè)政策。
美國先后提出了《重振美國制造業(yè)政策框架》、《美國先進制造業(yè)的領先地位計劃》和《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃》等政策，利用機器人、自動化和3D打印等新興產業(yè)構成美國的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，這也是美國建國后的第五個國家戰(zhàn)略，其重要性可見一斑。
德國則針對美國和中國制造業(yè)的步步緊逼，提出了《高新技術戰(zhàn)略2020》和《把握德國制造業(yè)的未來：實施工業(yè)4.0的建議》，認為將物聯(lián)網(wǎng)和服務引入制造業(yè)的趨勢將迎來第四次工業(yè)革命，明確把工業(yè)4.0定位為國家發(fā)展戰(zhàn)略，通過西門子、寶馬等大公司形成標準而推廣到國內為數(shù)眾多的中小企業(yè)，以提高德國在生產和研發(fā)上的國際優(yōu)勢。當然日本、韓國、英國、印度等國也紛紛根據(jù)自身情況提出了相應的先進制造發(fā)展戰(zhàn)略。
中國在2013年短暫地成為全球第一制造大國，后迅速被美國的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略沖擊而在2014年讓出了這一位置。在實體經濟遭遇下滑、制造企業(yè)大量倒閉的情況下，中國政府也開始在制造業(yè)產業(yè)政策上發(fā)力，于2015年推出了“中國制造2025”，計劃通過三步走，推進信息化與工業(yè)化的融合，以實現(xiàn)綜合實力進入世界制造強國行列的遠期目標。
《中國制造2025》發(fā)布之后，許多人將之解讀為中國版的工業(yè)4.0，一方面是由于德國政府主動邀請中國加入工業(yè)4.0體系，另一方面則是因為兩國在制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化方向上有許多重合之處。
工業(yè)4.0隨之在中國升溫，但基本上還是定位在智能生產、智能工廠、智能物流和智能服務四個領域的縱向集成、橫向集成和端到端集成等制造領域上。
幾年來，從西門子、博世、寶馬、空客到弗勞恩霍夫協(xié)會斯圖加特研究所、德國工業(yè)科學聯(lián)盟，筆者多次到德國工業(yè)4.0的發(fā)起企業(yè)和標準制定部門參觀訪問，從中發(fā)現(xiàn)，工業(yè)4.0中真正行之有效的革命并不是表現(xiàn)在制造環(huán)節(jié)的提升上，而在于全制造過程中各個物流環(huán)節(jié)的創(chuàng)新。
工業(yè)4.0是以賽博物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem，CPS）來打通整個制造的數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，通過完善供應鏈條的待加工件（包括產品、零部件及原材料），實現(xiàn)與設備、相關人的實時互聯(lián)。其在改型改性的加工或包裝的技術、設備和工藝上并未有創(chuàng)新或本質的改變，生產管理中的生產計劃、實時調度、質量控制、設備運維和故障診斷也未因賽博物理系統(tǒng)CPS而有節(jié)點上的創(chuàng)新突破。因而，工業(yè)4.0并不比其他的生產管理模式（如福特的反U型生產線、大野耐一的JIT、沃馬克的精益生產）更為有效，也不一定比企業(yè)資源規(guī)劃ERP、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES、并行工程、虛擬制造等軟硬件系統(tǒng)在制造環(huán)節(jié)的效率提升上更為創(chuàng)新。
但是，工業(yè)4.0卻在全供應鏈的各個物流環(huán)節(jié)上取得了突飛猛進的效率提升。其利用賽博物理系統(tǒng)CPS為核心，將原材料、零部件或最終產品賦予關聯(lián)的數(shù)據(jù)屬性，通過自組織的智能規(guī)劃，主動尋找同樣賦予關聯(lián)數(shù)據(jù)屬性的移動載體、分揀設備、加工設備等加工或包裝載體、各環(huán)節(jié)的管理人員、操作人員或機器人，并可以通過自組織的協(xié)同、協(xié)調能力，有效準時地完成需要的處理任務。簡單地說，就是零部件可以自己找車、找設備、找工人進行符合最優(yōu)規(guī)劃的加工，或者原材料、產品可以自己找車、找?guī)?、找人進行符合最優(yōu)規(guī)劃的采購、庫存、包裝和交付。
賽博物理系統(tǒng)CPS是工業(yè)4.0的核心，它包含了計算、網(wǎng)絡和物理實體，通過計算、通訊和控制技術的協(xié)同和融合，實現(xiàn)了人機交互和物理進程交互。
事實上，由于賽博物理系統(tǒng)CPS的存在，可以使得建立全產業(yè)鏈的供應鏈管理仿真模型，利用物聯(lián)網(wǎng)將產品、AGV、叉車、貨架、托盤、周轉箱、加工設備、機器人、由人機交互設備輔助控制的操作人員和管理人員直接接入賽博物理系統(tǒng)CPS，通過完整供應鏈供應任務或終端市場真實而個性化的需求，綜合優(yōu)化供應鏈資源，并進行實時的資源重組，形成自組織協(xié)同能力，完成最有效的物流保障任務。
因此，在工業(yè)4.0運行環(huán)境中，產品設計、開發(fā)、加工設備、加工技術、加工工藝、生產線以及生產管理中的排產、調度、質量控制和設備運維并不需要改變，需要改變的是每一個智能化的保障系統(tǒng)或保障單元，如待加工件、AGV小車、貨架及周轉箱、分揀系統(tǒng)、機器人等，這些保障系統(tǒng)和保障單元通過主動協(xié)同賽博物理系統(tǒng)的其他相關單元，使得物流作業(yè)網(wǎng)絡更加高效、準時和低成本，以完成供應鏈的系統(tǒng)優(yōu)化。
在工業(yè)4.0中，人是極其重要的組成單元。一方面是因為人本身就具有自組織的主動協(xié)調和協(xié)同作業(yè)能力，另一方面則是可以通過人機交互接口實現(xiàn)對人操作的輔助支撐功能，讓人發(fā)揮出更大的主動能力。
中國制造業(yè)企業(yè)的信息化基礎還很差，但是互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、供應鏈商業(yè)渠道優(yōu)化的基礎卻位居全球前列，完全有條件先在制造過程的物流保障體系、供應鏈系統(tǒng)優(yōu)化方面實現(xiàn)信息化與工業(yè)化融合，提高制造過程的效率，從而形成制造業(yè)的競爭力。
朱先生