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-180-“形势与政策”专题讲稿工业4.0：中国的危与机□ 工信部国际经济技术合作中心电子商务研究所所长 王喜文教学目的：以德国工业4.0为代表的新一轮世界工业革命悄然迫近。这一轮工业革命以网络信息技术与工业制造业融合的“智能制造”为特征，将对全球制造业产生深远影响。我国正面临制造业的转型升级，欲抓住这场工业革命的机遇，实现从制造业大国到制造业强国的跨越。通过教学，要让大学生了解全球制造业发展的最新趋势，我国制造业发展现状和困境，以及我国采取的应对策略和举措，并引导学生结合所学专业，思考新工业革命带来的机遇。课程内容： 1.工业革命发展史2.工业4.0的概念与内涵3.中国制造面临的挑战4.我国谋划先进制造业发展的举措2014年“双十一”电商购物节再次打破了中国电子商务的多项纪录，支付宝全天交易额达到创纪录的571亿元人民币。正当电子商务前景看似一片光明之际，却有这样的声音传来：工业4.0到来，“淘宝模式”10年内将被淘汰。“工业4.0”是什么？在国际工业制造业领域，工业4.0被视为“第四次工业革命”。未来，在工业4.0模式下，人们可以跳过中间的销售环节，直接向智能工厂订购商品，从设计到功能，都可以根据自己的喜好订制，而且价第七讲-181-专题讲稿格更低廉。也就是说，工业4.0时代，将不再需要线上、线下的销售商。因此，说工业4.0将“消灭淘宝”，并非夸大其词。自人类进入工业社会以来，社会的每一次重大进步，都经历了由新技术引发产业革命，继而引发社会形态和社会治理模式的重大变革这一过程。进入21世纪，全球产业结构调整，以工业4.0为代表的新技术革命迎来曙光。作为世界第二大经济体和主要制造业大国的中国，面对这场新工业革命，将迎来前所未有的机遇和挑战。一、从蒸汽革命到工业4.0历史上，人类社会先后发生过三次工业革命。第一次工业革命发生在18世纪至19世纪，始于英国，逐渐发展到法国、美国、德国、意大利等国。这次工业革命以蒸汽机的使用为标志，因此又叫“蒸汽革命”，纺织、冶铁、煤炭等都是这个时代风头最盛的行业。在此之后，人类社会的经济生产从以农业、手工业为基础转型到了以工业以及机械制造带动经济发展的模式。在工业制造业领域，人类实现了机械生产代替手工劳动的重大飞跃。第二次工业革命发生于19世纪后半期，几乎是同时在几个先进的资本主义国家发生。电气化是这次革命的主要标志，因此又叫“电力革命”，机械、电力是这个时代的“先锋产业”。在此期间，科学技术开始更加紧密地与经济社会相结合，新机器、新产品不断涌现，生产效率快速提高。同时，远距离通信取得突破，交通运输进入新纪元，地球的距离被大大“拉近”。在工业制造业领域，第二次工业革命推动了工业生产线的形成，零部件生产与产品装配成为彼此独立的环节，这开创了产品批量生产的新模式。第三次工业革命发生于20世纪后半期。原子能、电子计算机、空间技术和生物工程都是这次工业革命的主要标志，又被称为“信息革命”。这一阶段，科学技术转化为直接生产力的速度进一步加快，信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术等发展迅猛，不仅改变了社会经济发展方式，更改变了人类社会的生产、生活和思维方式。在工业制造业领域，电子工程和信息技术在这一时期被植入到工业过程中，实现了生产过程的自动化。自此，机械-182-“形势与政策”专题讲稿能够逐步替代人类作业。第三次工业革命发生后，特别是近20年来，西方发达国家工业制造业占整体经济的比重呈现不断下降的趋势。这一方面是因为发达国家产业结构发生演变，另一方面也受到了20世纪90年代所谓“知识经济”兴起的影响。由于服务业、金融业异军突起，创造高额利润，非制造产业似乎已经取代制造业，成为最具竞争力的产业。因此，欧美发达国家纷纷出现“制造业空心化”“去工业化”趋势。但在2008年金融危机后，金融业、信贷业受到严重打击，促使各国重新反思产业结构问题。它们得出的普遍结论是：实体经济在国家的经济命脉中依旧占据着不可替代的位置。曾经一度被边缘化的工业制造业，其战略地位再次得到了重视。无论是欧盟、美国还是日本，都提出了“再工业化”的口号，将工业制造业的复兴作为其经济复苏计划的重要组成部分。发达国家重振工业制造业，并不是简单的“回归”，而是旨在通过创新为其注入新动力。在“再工业化”的浪潮中，网络信息技术与工业制造业的融合显现出巨大潜力，物联网、大数据、云计算等先进技术应用于工业制造业，激发出极其广阔的前景，使人们看到了新一轮工业革命的曙光。为此，西方各发达国家纷纷制定了较长期的制造业创新战略，如美国国家科学技术委员会发布了《先进制造业国家战略计划》，英国政府科技办公室制定了《英国制造2050战略》等，争取在新工业革命中抢占先机。作为老牌工业强国，德国拥有强大的机器和设备制造业，在信息技术领域也表现出很高的水平和能力。在开拓新型工业化的探索中，他们提出了一个崭新的概念：工业4.0。这一概念最早在2011年德国举办的工业设备展览会“汉诺威工业博览会2011”上提出，两年后，在“汉诺威工业博览会2013”上，工业4.0战略最终报告发布，较为系统全面地阐述了新一轮工业革命的形态、内容、面临的挑战和应对之策。报告认为，工业4.0时代将实现由物联网与服务互联网构成的“智能工厂”，由网络技术决定生产制造过程，并实现实时管理。工业制造业在第一次工业革命实现了机械化，在第二次工业革命实现了电气化，在第三次工业革命实现了自动化，而今，通过工业4.0，将步入“分散化”的新时代。-183-专题讲稿二、什么是工业4.0工业4.0，用一句话来概括，就是以智能制造为主导的生产方法。它通过信息物理系统构建标准化的智能工厂，采用动态配置的方式实现智能生产。我们可以通过以下这些关键词，初步了解工业4.0的基本概念。1.工业4.0的本质：智能工厂智能工厂是工业4.0的本质。对于智能产品和智能服务，现代人并不陌生。无论是日常使用的智能手机，还是建设中的智慧城市、智能电网，都给人们带来了前所未有的便利。而工业4.0则是要实现工厂本身的智能化。在未来智能工厂中，人类、机器和资源能够互相通信，就像社交网络中一样自然。智能产品“知道”它们如何被制造出来的细节，也知道它们的用途。它们将主动地与制造流程“交谈”，回答诸如“我是什么时候被制造的”“对我进行处理应该使用哪种参数”“我应该被传送到何处”等问题。在智能工厂中，产品从设计到制造，整个过程中产生的数据源源不断地汇总成一个即时更新的“产品数据库”，让厂商能够对生产流程的每个细节实现动态化、精细化掌控，并根据生产需要及时做出相应改变。即使在生产过程中出现问题和故障，也可以灵活应对，优化决策。通过这种新型生产模式，生产者也可以用较低的成本让客户充分实现个性化的订制需求。世界上最先进的数字化工厂已经开始进行智能工厂的探索。例如西门子公司位于德国安贝格市的电子制造工厂中，真实工厂与虚拟工厂同步运行，真实工厂生产时的数据参数、生产环境信息都会反映到虚拟工厂平台，人则通过虚拟工厂对真实工厂进行把控。工厂超过3亿个元器件都拥有自己的“身份信息”，它们来自哪条生产线、是由何种材质制造的、当时使用了哪些工艺和配件、加工时的参数是多少，都被一一录入。当一个元件进入某道工序时，机器就可以根据这些“身份信息”，灵活调整生产参数，以达到精密加工、减少出错、节约能耗的目的。此外，智能工厂是工业4.0的本质，还意味着工业4.0的落脚点始终是制造业本身，而不是让信息技术“架空”制造业。无论是大数据还是云计算，-184-“形势与政策”专题讲稿这些先进的信息技术都只是制造业所借助的技术手段，而不是生产的中枢。2.工业4.0的原理：信息物理系统信息物理系统是实现智能工厂的前提。信息物理系统是指通过传感网紧密连接网络与现实世界，将网络空间的高级计算能力有效运用于现实世界中。它将计算进程和物理进程统合为一体，是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统，将改变人类与物理世界的交互方式，使未来制造业中的物质生产力与能源、材料和信息三种资源高度融合，对实现“智能工厂”和“智能制造”提供有效的保障。通过信息物理系统，工厂可以升级成为自主管理、自行调整的智能网络，使得工业控制和管理实现最优化，实现对有限资源的最大限度使用，从而降低工业和资源的配置成本，让生产过程能够高效地进行。当前，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、前瞻性部署，并已经取得了积极的研究进展。信息物理系统的原理并不复杂，即依靠信息技术、物联网技术，通过传感技术实时感知数据。通俗地说，就是把生产过程的每一个细节，都变成可以采集、分析的数据。在生产制造过程中，生产线、生产设备各流程都将配备传感器，设计、开发、生产有关的所有数据都将通过这些传感器进行采集，与企业信息系统融合，并传到云计算数据中心进行存储、分析，形成可自律操作的智能生产系统。传感器在生产中传输的数据不仅用于监控生产过程，而且在快速处理后，可以自主判断哪些流程可以改进、哪些设计需要调整，并且将这些改进和调整应用到生产过程中。比如，在设备运行过程中，不可避免会发生自然磨损，从而导致产品的品质发生一定的变化，而传统生产线很难实时针对这种磨损进行调整。有了信息物理系统，就可以实时监测到生产过程中出现哪些故障，哪里需要配件，生产过程中的种种因素可以最大限度地精确控制。再比如，通过监控所有的生产流程，可以及时发现在哪些环节能耗较高或是能耗异常，这样就可以在生产过程中实时对能源分配进行优化，从整体上大幅度降低生产能耗。3.工业4.0的核心：动态配置的生产方式动态配置的生产方式是工业4.0的核心。它主要是指从事作业的机器人-185-专题讲稿（工作站）能够通过网络实时访问所有与生产相关的信息，并根据信息内容，自主切换生产方式、更换生产材料，将生产作业调整到最匹配模式。动态配置的生产方式能够实现为每个客户、每个产品制定不同的设计、零部件构成、产品订单、生产计划、生产制造、物流配送方案，杜绝整个链条中的浪费环节。过去的传统生产线生产的是统一设计、统一标准的产品，而在动态配置的生产线中，在生产之前或生产过程中，都能够随时变更最初的设计方案。例如，过去想要推出一款新车，可能需要设计人员设计3年、生产模具1年、建设工厂4年，总共至少需要8年的时间。而在实现动态配置的智能工厂生产线中，固定的生产线概念消失了，采取的是动态、有机的模块化生产方式。就像在一些科幻电影中那样，正在进行装配的汽车能够自主地在生产模块间穿梭，接受所需的装配作业，一条生产线能同时生产多个车型。每个车型都能自动选择适合的生产模块，进行动态的装配作业。如果生产环节、零部件供给环节出现瓶颈，生产线还可以及时调度其他车型的生产资源或者零部件，继续进行生产。动态配置的生产方式能够动态管理设计、装配、测试等整个生产流程，既保证了生产设备的运转效率，又可以使生产种类实现多样化。在这种具有高度灵活性的生产条件下，客户可以根据个人喜好选择车型、车辆配置，甚至可以实现当月定制，下个月就生产出来。4.工业4.0的最终目标：工厂标准化标准化是工业生产中的一个重要概念。以高精尖制造业闻名的德国工业之所以在世界上具有重要影响力，其中一个主要因素就是现行很多工业技术国际标准都诞生于德国。但在过去，我们常常听到的都是产品的“标准化”，而工业4.0将推行“工厂的标准化”。在工业4.0变革中，标准化主要是指围绕智能工厂生态链上各个环节制定合作机制。为此，需要制定一揽子共同标准，并通过在生产过程中推行一系列具体标准对生产流程进行优化。如果说智能工厂代表了工业4.0的生产样式，那么工厂标准化则是制定工业4.0时代的“游戏规则”。如果一个国家或经济体能将自身的工业4.0标准推广到国际市场，那么就将在未来的工业制造业的竞争中处于极为有利的领先地位。5.工业4.0的愿景：解放生产力，推动社会进步工业4.0之所以被人们寄予厚望，是因为它具备解放生产力的巨大潜力。-186-“形势与政策”专题讲稿其一，它能够满足用户的个性化需求。过去，定制产品成本高昂，而通过工业4.0动态配置的生产方式，即使生产一次性项目、只