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工業4.0與智能制造的概念本質及其在行業的落地

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日期:2016-08-30

 最近,關于工業4.0、智能制造的爭論特別多:長征七號是不是工業4.0?工業4.0是不是一場革命?鋼鐵行業首先要追求個性化生產嗎?我覺得,產生這些爭論的原因,部分是對理論的本質理解不深、容易陷入邯鄲學步。




 為了闡明本質,我首先用最簡短的方式給工業4.0工廠下一個定義:


 理想的工業4.0就是:在(自動化)流水線上經濟性地生產定制化產品。


 這里,筆者在自動化上加了一個(),意思是理想的狀況應該是自動化生產線。與常見說法不同的是,我的這個概念不是用互聯網、CPS等技術要素來定義的,很可能會引起爭議。為此,需要說明一下。我認為,在理想狀態下,工業4.0的工廠應該以自動化流水線(工業3.0)為基礎。每一次的工業革命都是對上一次工業革命繼承基礎上的延伸:工業1.0是機器生產,工業2.0是機器生產基礎上的流水線;工業3.0是流水線基礎上的自動化流水線。按照這個邏輯,工業4.0應該是工業3.0的自然延伸、集成基礎上的延伸,所以應該以自動化流水線為基礎。


 這種認識可能引發的爭議,是把“工業4.0”的外延縮小了;工業4.0的主流企業可能非常少:未必采用個性化定制的生產方式,甚至也未必采用自動化流水線。


 把“工業4.0”的外延縮小是不是有道理呢?我們還是要看看現狀:即便是在工業最發達的西方國家,也不是所有的工業企業都用自動化流水線(工業3.0)組織生產。這些情況包括:特殊的產品(如科研設備、高檔奢侈品)、體積特別大或特別重要的產品(特別是工程項目,如工廠的生產線、飛船、大壩等)。這些行業沒有發展到工業3.0的階段,恐怕未必適合延伸到工業4.0。另外,還有些3.0的行業未必需要升級到工業4.0,如零部件的生產企業。在零部件層面,更加重視標準化而不是個性化。


 如果上述觀點是成立的,則無論長征七號火箭的數字化設計水平再高,都不能算是以工業4.0的方式生產的。當然,其很多技術顯然屬于智能制造的范疇。


 長期以來,定制化和自動化流水線兩種方式是共存的,卻很少結合在一起。工業4.0的目標,是試圖將兩者結合在一起。導致兩者難以結合的矛盾在于:流水線本身的成本是靠批量生產來攤薄的。所以,要實現工業4.0須有兩個基本的條件:大量的定制化需求、能夠生產定制化產品的自動化流水線。這樣才能實現經濟性、超越工業3.0。


 這樣看來,轉型是個量變到質變的過程。網絡化、數字化的作用是提高了工業4.0的經濟性。這一點至少體現在如下四點:


 首先,互聯網擴大定制化的市場。如果沒有互聯網,個性化需求的收集就很困難,本質是增加了成本。


 其次,數字化保證了定制化生產的交貨期。


 第三,信息集成和CPS解決了定制化的生產組織問題。


 第四,數字化、網絡化有效地解決了產品的維修維護問題。


 然而,凡事都有例外。國內外很多優秀的鋼鐵企業,在20多年前就在自動化生產線上實現了按訂單組織生產等個性化定制。如何解釋這種現象呢?這是由鋼鐵行業的特殊性決定的。


 首先,鋼鐵行業的個性化定制,還是有一定批量的;一定批量意味著生產的節奏不會太快,人可以有效地介入生產組織;這時,信息來源必須統一(寶鋼稱作數據不落地),但卻不一定需要CPS進行自動的調度。


 其次,跟蹤問題容易解決。鋼鐵的跟蹤是從鋼包到鋼坯再到鋼卷,是順序生產下來的。這一點不像有些機械加工行業,一個產品需要跟蹤大量的相關零件和部件,必須依靠RFID才行。需要跟蹤的信息也相對簡單。


 第三,鋼鐵的用戶是企業,定制的需求和價值更大。歷史上,鋼鐵是最重要的工業行業之一;由于體量大,任何微小的改進都能帶來巨大的經濟效益。所以,先進技術往往首先用在鋼鐵上。我們同時注意到:即便是鋼鐵產品,也是定制化生產和非定制化生產并存的。其中的差別,就是經濟性的差異決定的。


 某種意義上講,這反映了鋼鐵行業的先進性和復雜性。所謂先進性,指的鋼鐵行業率先實現了自動化流水線上的“定制化生產”、實現了“工業3.5”;對定制化的反對聲,是因為鋼鐵人首先意識到過于強調個性化的危害。所謂復雜性,指的是鋼鐵的品種很多、質量要求千差萬別,有些理念不適合所有品種。


 由此可見,先進的鋼鐵行業目前的重點應該是解決“工業3.5后”的問題。在筆者看來,這個階段強調的不是通過信息化實現“個性化生產”,而是用信息化手段推進“個性化服務”,其本質就是將“知識”和“信息”疊加在產品上,從而讓用戶使用更方便。


 在中國,工業4.0還有一個“異類”,這就是紅領制衣。這個企業是在手工流水線而不是自動化流水線的基礎上進行個性化定制。也就是說,同時具備工業2.0和工業4.0的雙重特點。從某種意義上說,這個例子也可以看作“工業3.5”。


 在筆者看來,工業3.0的極限應該是無人的自動化流水線。筆者認為:工業4.0的起步可以從手工流水線加個性化定制,終點是在無人的、全自動流水線上生產定制化產品。


 至于智能制造,在筆者看來,可以用技術要素來定義:數字化和網絡化。這樣一來,智能制造的范疇比工業4.0要大得多,影響的行業也多得多。



 從鋼鐵行業、紅領的例子可以看出,實踐者的腳步并不會被理論所局限,而是走到了理論的前面。技術進步是以經濟上的成功為前提的。在這個前提下,成功的路子有若干條,其共性是充分利用ICT技術,發現經濟增長點。

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