2013年4月份，德國政府在漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出工業(yè)4.0的戰(zhàn)略規(guī)劃。它是德國《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來項目之一，旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。此后，這一概念在世界上引起極大的反響。 

　　2015年3月25日召開的國務院常務會議提出，要加快推進實施“中國制造2025”，實現(xiàn)制造業(yè)升級。德國工業(yè)4.0和“中國制造2025” 的相同點：新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的主要特征是信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合。這一變革的趨勢和核心就是制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。在這一點上， “中國制造2025”和德國工業(yè)4.0都是在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下針對制造業(yè)發(fā)展提出的一個重要的戰(zhàn)略舉措。 

　　然而，不同的是德國制造業(yè)具有強大的技術(shù)基礎(chǔ)，而中國工業(yè)還面臨著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，有待向在高端領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越式發(fā)展，這比德國實現(xiàn)工業(yè)4.0 更加復雜、更加艱巨。因此，我們需要認清工業(yè)4.0的本質(zhì)，結(jié)合自己的實際情況做出決策，避免在具體做法上邯鄲學步。冶金行業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化之 路，只能靠中國人自己走。 

　　工業(yè)4.0的背景與本質(zhì) 

　　德國把工業(yè)生產(chǎn)分成4個階段。第一個階段始于18世紀末的工業(yè)革命，蒸汽機的發(fā)明全面帶動了機械化。第二個階段開始于20世紀初，其特征是大范 圍使用電動設(shè)備，用流水線方式組織生產(chǎn)。第三個階段起始于上世紀70年代，通過引入以PLC（可編程邏輯控制器）為代表的電子和信息技術(shù)，使自動化水平顯 著提升?，F(xiàn)在面臨的是第四個階段，即工業(yè)4.0。其特征是將CPS（Cyber-Physical System，信息物理系統(tǒng)）全面引入工業(yè)體系，推動 智能制造。 

　　CPS是美國學者2006年提出的概念。其中，Physical指零件、設(shè)備、產(chǎn)品等物理實體，Cyber 則指信息和控制部分，也有人理解為 物理實體在計算機網(wǎng)絡(luò)中的鏡像。CPS可以看成“控制系統(tǒng)”的升級版，能夠智能化應對復雜的變化。CPS原本主要是應用于嵌入式系統(tǒng)，工業(yè)4.0的貢獻在 于將CPS全面地用于工業(yè)。具體地說，就是將CPS用于信息系統(tǒng)的橫向集成、縱向集成和端到端集成。其中，橫向集成是指供應鏈上的企業(yè)或上下工序之間的信 息集成，縱向集成是基礎(chǔ)自動化、過程控制、生產(chǎn)管理等計算機層級間的信息集成，端到端集成則是從用戶向企業(yè)提出需求到企業(yè)為用戶提供產(chǎn)品和服務這一過程的 信息集成。3個集成的理論，來自美國ARC公司于2002年提出的協(xié)同制造模型（CMM）。 

　　最近10多年，信息和通信技術(shù)（ICT）取得了長足的發(fā)展，CPS、PLM（產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)）、ERP（企業(yè)資源計劃）等技術(shù)的提出與完善，為工業(yè)4.0戰(zhàn)略的誕生奠定了基礎(chǔ)。當然，工業(yè)4.0戰(zhàn)略帶有明顯的德國特色。 

　　首先，工業(yè)4.0戰(zhàn)略與德國的勞動力危機有關(guān)。德國是世界上老齡化最嚴重的國家之一，退休年齡已延長至67歲。很多制造企業(yè)員工的平均年齡在 40歲以上，年輕員工比例不斷減少。德國推進工業(yè)4.0的目的，不僅要保持其技術(shù)的領(lǐng)先，還可以延長勞動者的工作生涯，解決老齡化問題并吸引年輕人進入工 業(yè)界。 

　　其次，工業(yè)4.0戰(zhàn)略與其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相關(guān)。德國既有西門子這樣世界級的大型制造企業(yè)，也有成千上萬具有核心競爭力的中小制造企業(yè)。利用這種優(yōu)勢，德國采用“領(lǐng)先的市場和供應商”的“雙重戰(zhàn)略”推進工業(yè)4.0。 

　　再其次，德國工業(yè)有生產(chǎn)定制化產(chǎn)品的傳統(tǒng)，而“個性化定制”是保證工業(yè)4.0經(jīng)濟可行性的重要依托。 

　　最后，德國工業(yè)以離散制造業(yè)為主。工業(yè)4.0的設(shè)想和案例，多以離散制造業(yè)為背景，很少涉及化工、冶金等流程行業(yè)。 

　　對工業(yè)4.0的內(nèi)在邏輯，筆者認為，起因是勞動力危機促使企業(yè)減少從事體力勞動的工人。過去，離散制造業(yè)（產(chǎn)品的生產(chǎn)過程通常被分解成多項加工 任務來完成）的工人主要從事運輸、設(shè)備切換等工作。工業(yè)4.0針對的目標人群就是這批人。為了做到這一點，要將CPS嵌入縱向集成，讓機器智能地完成這些 工作。這件事情完成后，生產(chǎn)過程的柔性就會大大增強，這就為實施個性化定制奠定了基礎(chǔ)。 

　　對工業(yè)4.0的本質(zhì)，有專家認為，工業(yè)4.0的本質(zhì)是智能制造，包括產(chǎn)品智能化、設(shè)備智能化、生產(chǎn)智能化、管理智能化和服務智能化。同時，工業(yè) 4.0是互聯(lián)，是數(shù)據(jù)，是集成，是創(chuàng)新，也是轉(zhuǎn)型。這些關(guān)鍵詞可以這樣串起來：CPS就是智能控制系統(tǒng)；在3個維度的應用CPS就是在設(shè)計、生產(chǎn)、管理、 服務過程中全面推進智能化；當產(chǎn)品本身是個CPS時，它就是一個智能產(chǎn)品。充分、完整的數(shù)字化才能保證CPS的順利執(zhí)行，而完整的數(shù)字化有賴于3個維度信 息的集成，信息集成需要互聯(lián)；采用CPS需要技術(shù)的創(chuàng)新、信息互聯(lián)則需要商業(yè)模式的創(chuàng)新，而商業(yè)模式創(chuàng)新必然伴隨企業(yè)的業(yè)務轉(zhuǎn)型。 

　　事實上，不同行業(yè)、企業(yè)的具體做法可能相差很大。典型的差別是，產(chǎn)業(yè)鏈前端的企業(yè)其實應該強調(diào)產(chǎn)品的標準化，后端才會強調(diào)個性化定制；大企業(yè)應做橫向集成的發(fā)起者，而中小企業(yè)則應主動被集成。 

　　工業(yè)4.0給中國制造業(yè)帶來的挑戰(zhàn) 

　　廉價勞動力供給是中國制造業(yè)持續(xù)高速發(fā)展的主要驅(qū)動力之一。改革開放以來，數(shù)以億計的農(nóng)村剩余勞動力轉(zhuǎn)移到非農(nóng)產(chǎn)業(yè)。但是，這個過程大約在 2008年前后就基本結(jié)束了。在此后的幾年中，東部地區(qū)“用工荒”愈演愈烈，用工成本急劇上升。2012年，中國勞動人口總量開始減少，伴隨而來的是中國 經(jīng)濟進入了中高速發(fā)展的新常態(tài)。面向未來，中國的勞動力形勢會更加嚴峻。受計劃生育政策的影響，在2022年~2031年的10年中，中國每年將減少 1000萬~1500萬個勞動力，其中絕大多數(shù)是體力勞動者。這勢必會對中國制造業(yè)造成重大的沖擊。 

　　隨著中國勞動力短缺時代的到來，國外的競爭壓力也不斷增大。一方面，外企紛紛將工廠搬遷到勞動力成本更低的東南亞地區(qū)；另一方面，發(fā)達國家智能 制造水平的提高，促進了制造業(yè)的回流。這也為中國制造帶來了威脅。例如，美國一家熱水器企業(yè)搬回美國后，采用了智能制造技術(shù)，結(jié)果，材料成本、人工成本都 降低了，質(zhì)量和節(jié)能效果也提高了。如果工業(yè)4.0在發(fā)達國家得以實現(xiàn)，中國的勞動力優(yōu)勢就會蕩然無存。所以，工業(yè)4.0的思潮是我們不得不面對的問題。 

　　作為制造業(yè)的組成部分，冶金行業(yè)不可能置身其外。冶金行業(yè)整體經(jīng)濟效益低、工作環(huán)境差，老一代工人退休后，未來的勞動力危機可能更加嚴重。由于 全行業(yè)產(chǎn)能過剩、需求總量已到達頂峰甚至開始下滑，未來必然有許多企業(yè)面臨淘汰。勞動力危機很可能成為壓垮某些冶金企業(yè)的最后一根稻草。 

　　面對國內(nèi)外挑戰(zhàn)，中國制造業(yè)必須擺脫依賴于廉價勞動力的生產(chǎn)模式。2013年和2014年，機器人在中國的銷量分別增加了60%和54%。在冶 金行業(yè)，企業(yè)正在減少行車、臺車、機車的操作崗位，在特殊崗位采用機器人，有些企業(yè)甚至建立了無人化倉庫，而這些都可以看作是應對勞動力危機的辦法。但 是，在筆者看來，這些做法在國外很早就有了，中國企業(yè)現(xiàn)在只是進行必要的“補課”，還不能將其歸屬到工業(yè)4.0的范疇。

　　冶金企業(yè)應對工業(yè)4.0之策 

　　工業(yè)4.0的許多概念，在冶金行業(yè)并不陌生。鋼鐵企業(yè)熟知的“數(shù)學模型”本質(zhì)上就是工業(yè)4.0時代廣泛采用的CPS，而某些企業(yè)推行的“標準+α”本質(zhì)上就是個性化定制。 

　　但是，CPS應用的局限性還非常大，距離智能生產(chǎn)、研發(fā)、服務和供應鏈管理還差得很遠；個性化定制的成本還太高，要推進個性化定制與批量化生產(chǎn)的結(jié)合，即“大規(guī)模定制”；需要加強個性化服務，推動“批量化生產(chǎn)、個性化服務”。 

　　從自動化到智能化的過程中，需要經(jīng)歷數(shù)字化這一中間環(huán)節(jié)。在筆者看來，數(shù)字化是整個冶金行業(yè)的短板，同時也是盲點。很多人認為，數(shù)字化工作已經(jīng) 做了很多年了，為什么還要繼續(xù)做？其實，過去的數(shù)字化是針對自動化的數(shù)字化，而不是針對智能化的數(shù)字化，無法全面承載CPS。在未來的工業(yè)4.0時代，生 產(chǎn)制造、開發(fā)制造、采購銷售可能都是靠CPS運轉(zhuǎn)的，現(xiàn)在的數(shù)字化水平顯然是不夠的。冶金行業(yè)需要在3個方面推進數(shù)字化：生產(chǎn)管理與控制、研發(fā)與服務、采 購與銷售，以便與前述的3個維度的集成相對應。這些工作，未來很可能將由工業(yè)大數(shù)據(jù)的云平臺來承載。當然，落實這些工作將是個漫長的過程，需要結(jié)合企業(yè)的 自身條件，分步驟地耐心推進。 

　　有一種錯誤的思維方式，可能會將冶金行業(yè)的數(shù)字化工作引入誤區(qū)。這就是，將商務大數(shù)據(jù)的理念和做法生搬硬套到工業(yè)大數(shù)據(jù)。其中，忽視數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化可能是一種致命的錯誤。事實上，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建水平，決定了CPS能否順利運行并持續(xù)拓展，從而決定了數(shù)字化的成敗。 

　　筆者認為，冶金行業(yè)數(shù)字化工作的當務之急是建立產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)（PLM）。PLM是端到端集成的核心信息系統(tǒng)，用于支持產(chǎn)品研發(fā)和服務。 依靠PLM，可以幫助企業(yè)實現(xiàn)由制造到服務和研發(fā)的轉(zhuǎn)型。目前，PLM在離散制造業(yè)的應用很廣，冶金行業(yè)了解該系統(tǒng)的人卻很少。這種情況與冶金行業(yè)的數(shù)字 化工作特別困難有關(guān)。 

　　與離散制造業(yè)相比，冶金行業(yè)的制造過程會發(fā)生復雜的物理變化與化學變化，設(shè)備狀態(tài)和工藝過程對產(chǎn)品質(zhì)量的影響很大。這會導致冶金生產(chǎn)過程的數(shù)字化特別復雜。實踐證明，在冶金行業(yè)推進數(shù)字化，一定要做好頂層設(shè)計，否則，很容易流于形式，走錯方向。 

　　我們必須學會用辯證的觀點面對工業(yè)革命，要吸取工業(yè)4.0的思想精髓，根據(jù)行業(yè)和企業(yè)的具體情況制定對策；照搬是不行的，全盤否定也不可取，必 須放眼未來，同時，又不能做“帶著望遠鏡走路”的人；要以現(xiàn)狀為出發(fā)點，充分發(fā)揮經(jīng)驗的作用，也不能被現(xiàn)狀和經(jīng)驗所約束。另外，無論是企業(yè)的數(shù)字化建設(shè)還 是CPS開發(fā)，都會面臨方法和理念的改變。要意識到變化的發(fā)生，才能主動適應變化。 

（本文刊登于2015年4月2日《中國冶金報》第3版）

              來源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網(wǎng)