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行業動態

德國“工業4.0”及其影響

作者:發布日期:2014-11-20 11:28:49來源:上海瓷熙瀏覽:54
      1、德國工業4.0的內涵
  德國是全球制造業中最具競爭力的國家之一,其裝備制造行業全球領先。這是由于德國在創新制造技術方面的研究、開發和生產,以及在復雜工業過程管理方面高度專業化使然。德國擁有強大的機械和裝備制造業、占據全球信息技術能力的顯著地位,在嵌入式系統和自動化工程領域具有很高的技術水平,這些都意味著德國確立了其在制造工程行業中的領導地位。因此,德國以其獨特的優勢開拓新型工業化的潛力——工業4.0(Industry 4.0),并開始推進這個產官學一體項目的新一代工業升級計劃。作為全球工業實力最為強勁的國家之一,德國在新時代發展壓力下,為進一步增強國際競爭力,從而提出了該概念。
  制造業的數字化、虛擬化正在徹底改變人們制造產品的方式。為此,以德國為代表的歐洲,以及美國都打算大幅提升工業產值。美國的通用電氣(GE)于2012年秋季提出了“工業互聯網”(Industrial Internet)概念,這是一個將產業設備與IT融合的概念,目標是通過高功能設備、低成本傳感器、互聯網、大數據收集及分析技術等的組合,大幅提高現有產業的效率并創造新產業。而日本的各企業也在推進M2M和大數據應用。
  德國“工業4.0”的大體概念是在2011年于德國舉行的“漢諾威工業博覽會”(Hannover Messe 2011)上提出的。當時,德國人工智能研究中心董事兼行政總裁沃爾夫岡·瓦爾斯特爾教授在開幕式中提到,要通過物聯網等媒介來推動第四次工業革命,提高制造業水平。在德國政府推出的《高技術戰略2020》中,工業4.0作為十大未來項目之一,聯盟政府投入2億歐元,其目的在于奠定德國在關鍵技術上的國際領先地位,夯實德國作為技術經濟強國的核心競爭力。2年后,在2013年4月舉辦的“Hannover Messe 2013”上,由產官學專家組成的德國“工業4.0工作組”發表了最終報告——《保障德國制造業的未來:關于實施“工業4.0”戰略的建議》(包括德語版和英文版)。與美國流行的第三次工業革命的說法不同,德國將18世紀引入機械制造設備定義為工業1.0,20世紀初的電氣化為2.0,始于20世紀70年代的信息化定義為3.0,而物聯網和制造業服務化宣告著第四次工業革命到來。
  “工業4.0”概念中的關鍵是將軟件、傳感器和通信系統集成于所謂的物理網絡系統。在這個虛擬世界與現實世界的交匯之處,人們越來越多地構思、優化、測試和設計產品。“工業4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變,目標是建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式。在這種模式中,傳統的行業界限將消失,并會產生各種新的活動領域和合作形式。創造新價值的過程正在發生改變,產業鏈分工將被重組。
  “工業4.0”的關鍵技術是信息通信技術(ICT),具體包括聯網設備之間自動協調工作的M2M(Machine to Machine)、通過網絡獲得的大數據的運用、與生產系統以外的開發/銷售/ERP(企業資源計劃)/PLM(產品生命周期管理)/SCM(供應鏈管理)等業務系統聯動等等。而第三次工業革命的自動化只是在生產工藝中運用ICT,“工業4.0”將大幅擴大應用對象。
  “工業4.0”項目主要分為兩大主題,一是“智能工廠”,重點研究智能化生產系統及過程,以及網絡化分布式生產設施的實現;二是“智能生產”,主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。該計劃將特別注重吸引中小企業參與,力圖使中小企業成為新一代智能化生產技術的使用者和受益者,同時也成為先進工業生產技術的創造者和供應者。
  德國“工業4.0”計劃強調,未來工業生產形式的主要內容包括:在生產要素高度靈活配置條件下大規模生產高度個性化產品,顧客與業務伙伴對業務過程和價值創造過程廣泛參與,以及生產和高質量服務的集成等。物聯網、服務網以及數據網將取代傳統封閉性的制造系統成為未來工業的基礎。
  德國電氣電子和信息技術協會表示,在計劃框架下,規劃生產要素、技術和產業互聯集成的關鍵前提是,各參與方需要就“工業4.0”涉及的技術標準和規格取得一致。該協會稱,由其下屬的德國電工委員會編纂的全球首個“工業4.0”標準化路線圖正是向這一目標邁出的重要一步,為所有參與方就“工業4.0”涉及的現有相關標準和規格提供一個概覽和規劃基礎。
  2、德國工業4.0是不是新的工業革命?
  德國學術界和產業界普遍認為,“工業4.0”概念即是以智能制造為主導的第四次工業革命,或革命性的生產方法,旨在通過充分利用信息通訊技術和網絡物理系統等手段,將制造業向智能化轉型!2013年12月19日,德國電氣電子和信息技術協會發布德國“工業4.0”標準化路線圖。德國“工業4.0”是德國政府確定的面向2020年的國家戰略,在2013年4月的漢諾威工業博覽會上首次發布《實施“工業4.0”戰略建議書》(以下簡稱“建議書”)。與美國流行的第三次工業革命的說法不同,建議書將18世紀引入機械制造設備定義為工業1.0,20世紀初的電氣化為2.0,始于20世紀70年代的信息化定義為3.0。鑒于技術正將實體物理世界和虛擬網絡世界融合,建議書稱,在制造領域,這種資源、信息、物品和人相互關聯的“虛擬網絡——實體物理系統(Cyber-Physical System,CPS)”可以被定義為工業4.0。CPS包括智能機器、存儲系統和生產設施,從入廠到出廠,整合整個制造和物流過程,實現數字化和基于信息技術的端對端集成。
  不過,對于這個“第四次工業革命”的提法,世界范圍內的認識并不一致;貞浧饋,現在市面上還有人在說著“第三次工業革命”,也有人提出了“第六次工業革命”。段心鑫在《21世紀經濟報道》發文認為,工業革命之所以配得上“革命”一詞,并不是說其能對生產效率有多大的提高,而在于其通過對生產方式的顛覆性變革實現了人的解放,從而推動了人類社會的巨大變革。從這個標準來看,蒸汽機、電與內燃機、信息技術的出現都做到了這一點。而原子能技術、航天技術、生物科學以及五花八門的新能源技術,至少現在還沒有。
  那么,如果把信息技術列為第三次工業革命的核心內容,德國的“工業4.0”實際上還未能跳脫出這個范疇。因為,通過信息技術使得工業生產智能化、個性化只是信息技術在工業上的發展和延續,而算不上是革命。人類先是用互聯網連接起電子產品,接著就想把更多東西聯網,比如IBM公司在2008年提出的“智慧地球”。
  “工業4.0”想連接的是生產設備。這就是生產的“一體化”。把不同的設備通過數據交互連接到一起,讓工廠內部,甚至工廠之間都能成為一個整體。這種工業設備生產數據的交互在德國正在變為現實。蔡司集團2013年在歐洲機床展上展出的一套名為PiWeb的系統,通過PiWeb能夠把跨國公司分布在不同地區工廠的測量數據進行網絡共享,生產經理在辦公室里即可看到每一個工廠的數據,實現全球數據的同步監測。德國的奔馳公司和大眾汽車已經開始使用了這套系統。
  “一體化”其實是為了“分散化”。也就是“工業4.0”提出的工業生產“由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變”,這與“Web2.0”時代的“去中心化”殊途同歸。“分散化”后的生產將變得更加靈活。這樣,不同的生產設備既能夠協作生產,又可以各自快速地對外部變化做出反應。這完全是信息時代產生的大量個性化需求反映到生產端的結果,它要求工業生產告別上一個時代的標準化。而由此產生的龐大數據流必然也要求各個生產設備實現一定的智能化,即智能的控制系統。
  西門子驅動技術集團機床事業部主管Joachim Zoll認為,這種“智能化”要求數控系統做到操作簡單、功能多樣、讓設備與工廠結合、出色地完成數據的采集和分析。在漢諾威歐洲機床展上,西門子與庫卡機器人公司簽訂了排他性的合作協議,旨在通過智能數控系統實現機器人自動化,使機器人與生產線無縫集成,其中數據交互也是重要的前提條件。
  凱文·凱利在他的著作《失控》中提出的“涌現”:大量遵循簡單規則的個體的交互會導致整體出現復雜度極高的狀態。而這種復雜的程度是任何單獨個體都不具備的。比如,由神經元構成大腦。這個概念也可以用來理解“工業4.0”中提出的“智能工廠”。分散的、具備一定智能化的生產設備,在實現了數據交互之后,就形成了高度智能化的有機體。
  3、發達國家的“再工業化”浪潮
  雖然對于現在處于第幾次產業革命,以及德國工業4.0算不算工業革命存在不同的理解,但是各個發達國家開始重新重視先進制造業的發展確實是個不爭的事實。美國也在通過各種計劃,促進先進制造業發展,有人稱之為“再工業化”。據《經濟參考報》報道,美國波士頓咨詢公司不久前一份研究報告說,由于競爭力上升,美國在未來六年內每年將從歐洲、日本和中國等出口大國奪取700億到1150億美元的制造業出口額。最近,中國美國經濟學會在復旦大學舉行“美國經濟發展問題”研討會,美國“再工業化”成為與會教授和專家熱門議題之一。
  1900年,美國實現工業化,20世紀80年代完成現代化進程。但從20世紀80年代初起,由于放松了對金融市場的宏觀監管,虛擬經濟惡性膨脹,2007年爆發次貸危機。2009年初,美國開始調整經濟發展戰略,同年12月,公布《重振美國制造業框架》,2011年6月和2012年2月,相繼啟動《先進制造業伙伴計劃》和《先進制造業國家戰略計劃》,實施“再工業化”。
  中國現代國際關系研究院副研究員張茂榮等認為,美國政府提出“再工業化”旨在達到“一石數鳥”效果:短期刺激經濟復蘇、緩解嚴重失業緩和社會矛盾;中期結構調整,培育新的增長動力,促進經濟再平衡;長期目標是抓住新一輪產業革命之機,謀劃戰略主導權,重塑國家競爭優勢。中國社會科學院榮譽學部委員陳寶森認為,美國“再工業化”與“制造業回歸”是奧巴馬上臺以來大力推動并已初見成效的一項經濟戰略,跨國公司海外制造業已出現回歸美國的初步跡象。
  中國社科院亞太研究院院長李向陽認為,美國經濟最困難時期已經度過。不過,不少教授和專家指出,美國經濟仍存在諸多制約因素。比如債務問題積重難返;財富分配不公,失業率仍高,貧富差距拉大;金錢深刻影響政治進程。國際貨幣基金組織預測,2013年美國經濟增長率將從上年的2.8%降至1.6%。清華大學高級研究員周世儉預測,美國經濟將繼續溫和增長。
  美國“再工業化”,包括調整、提升傳統制造業結構及競爭力和發展高新技術產業兩條主線。陳寶森的觀點是,美國制造業并沒有衰落,2010年美國制造業產出近1.8萬億美元,稍稍領先于中國,比日本制造業產出高2/3,是德國制造業產出的三倍,仍是世界最大的。2011年,美國制造業產量創歷史紀錄,比1990年高六倍。美國制造業的主要問題是就業崗位在減少,成因主要是國內生產自動化和勞動成本過高,迫使美國大公司將產業轉移到國外。1970年,在美國全部7000萬就業崗位中,在制造業就業者近1700萬,占25%。到2012年,在美國13370萬就業崗位中,在制造業就業者只有1190萬,僅占9%。美國政府鼓勵“制造業回歸”以來,已出現某些制造業回歸美國跡象。但專家們一致認為,美國“再工業化”主要目標是調整產業結構,轉變發展方式,發展先進制造業。比如3D打印技術產業已成為美國“十大增長最快的工業”之一。有專家認為,3D打印技術或許具有蒸汽機或電話相似的時代意義,很可能預示新的工業革命正在到來。
  日本政府也極端重視高端制造業的發展,大規模編制技術戰略圖。首先,政府加大了開發企業3D打印機等尖端技術的財政投入。2014年,經濟產業省繼續把3D打印機列為優先政策扶持對象,計劃當年投資45億日元,實施名為“以3D造型技術為核心的產品制造革命”的大規模研究開發項目,開發世界最高水平的金屬粉末造型用3D打印機。其次,快速更新制造技術,提高產品制造競爭力。近年日本制造業出現了三個新現象。一是采用“小生產線”的企業增多:本田公司通過采取新技術減少噴漆次數、減少熱處理工序等措施把生產線縮短了40%,并通過改變車身結構設計把焊接生產線由18道工序減少為9道,建成了世界最短的高端車型生產線;二是采用小型設備的企業增多:日本電裝公司對鋁壓鑄件的生產設備、工藝進行改革,使得鑄造線生產成本降低了30%,設備面積減少80%,能源消費量降低50%;三是通過機器人、無人搬運機、無人工廠、“細胞生產方式”等突破成本瓶頸:佳能公司從“細胞生產方式”到“機械細胞方式”,再到世界首個數碼照相機無人工廠,大幅度地提高了成本競爭力。
  無論是從工業增加值指標,還是從經常貿易賬戶余額來看,美歐發達國家在全球金融危機以來推行的“再工業化”發展戰略已取得了初步成效。根據美國波士頓咨詢公司的一份研究報告,未來六年美國工業競爭力將持續上升,每年將從其他出口大國“奪取”700億到1150億美元的制造業出口額。與此同時,我國制造業發展的前景卻出現令人憂慮的跡象。根據最新公布的數據,1月份匯豐中國制造業PMI降至榮枯分界線之下,而產能過剩問題在近些年更是一直困擾著我國制造業的發展。
  4、發達國家再工業化下中國制造業的反思
  在發達國家“再工業化”如火如荼之際,中國制造業將面臨怎樣的挑戰,出路何在?
  羅寧博士在《第一財經日報》發文認為,應當看到,在現有國際產業分工格局中,發達國家主要占據產業鏈高端環節,中國制造業仍主要集中在中低端,目前的產業轉移壓力主要來自于其他勞動力成本更低的發展中國家,與發達國家的直接競爭關系不明顯。因此,“再工業化”中出現的制造業回流發達市場,對中國雖會有一些影響,但總體沖擊程度有限。此外,就中低端環節而言,中國除了人力成本較低以外,還在產品供應鏈等方面具有優勢,國內市場未來的發展空間較大,對外資仍具有較強的吸引力。受到全球經濟復蘇疲軟及歐債危機持續惡化等因素影響,2012年中國實際使用外資(FDI)金額同比下降3.7%,但2013年迅速扭轉跌勢實現了4.8%的增長,全球對華投資的總體趨勢尚未扭轉。
  但需要警惕的是,發達國家可能將通過“再工業化”再次占領制高點,對中國提升產業競爭力形成挑戰。在即將到來的第三次工業革命中誰為主導雖然尚未有定論,但“再工業化”與第三次工業革命的結合,將可能使發達國家在科技、信息、資本等方面長期積累的優勢進一步強化,搶占全球產業鏈關鍵環節,主導新型裝備、新材料的生產和供應,成為未來科技革新與產業革命紅利的主要受益者,這將對中國提升產業競爭力形成挑戰。
  一方面,從盈利能力及品牌地位來看,中國制造業競爭力與發達國家存在較大差距。近30年來,中國制造業經歷了追趕乃至在規模上超越主要發達國家的過程,2010年中國制造業增加值在全球占比超越美國,成為世界制造業第一大國。但從整體來看,我國制造業仍處于產業中低端水平,盈利能力及品牌地位有待提升。從國內來看,2012年入圍中國500強的272家制造業企業利潤占比僅為25.04%;從國際來看,我國制造業缺乏世界一流大型企業與知名品牌,在全球產業鏈中的高附加值環節份額相對較小。
  另一方面,從研發投入比較來看,中國制造業競爭力提升亦面臨較大挑戰。近年來,我國對研發的重視程度不斷加大,研發投入規模占GDP比重從1995年的0.6%逐步提升到2011年的1.6%,但與美歐發達國家仍有一定差距。目前在全球研發投入排名前50的企業中有18家為美國企業。預計美國2012年的工業研發經費將達2730億美元,即使扣除美國企業在境外的相關投資,也將超過中國的研發總額。美歐發達國家長期以來積累的研發優勢使其搶占了技術制高點,其借此在各種技術指標上設定的所謂“國際標準”,更是對我國制造業向高端發展形成較大挑戰。
  挑戰與機遇往往是一個硬幣的兩面,發達國家“再工業化”也為中國實現跨越式發展帶來機遇。
  首先,發達國家“再工業化”與即將到來的第三次工業革命,向我們展現了不同于傳統流水線、集中化機器大生產的全新生產方式,生產要素、組織模式乃至市場供給與需求都將出現重大變化。這對我國進一步推進增長方式轉型、實現可持續發展給予了重要啟示。未來在繼續堅持增長方式由粗放式向集約式轉變的同時,應將轉型的對象從生產要素結構進一步擴展至供給結構、需求結構等領域,以經濟結構戰略調整為主攻方向,更強調協調經濟發展與自然環境的關系,個人、城鄉、區域間的利益關系,國民公平待遇關系,推動經濟發展方式加快轉變,實現經濟長期可持續發展。
  其次,“再工業化”是發達國家反思過度“去工業化”、推動回歸實體經濟的發展戰略。“再工業化”并非簡單的制造業回歸,而是在發展先進制造業的基礎上,加強制造業與服務業的融合,實現服務業高端化發展,優化產業結構。
  在過去一段時期,我國產業結構雖然順應需求變化,并支撐了經濟高速增長,但產業過度集中于原材料及加工制造中低端環節等問題,也成為影響我國未來經濟持續健康發展的重要因素。十八大報告明確指出,推進經濟結構戰略性調整是加快轉變經濟發展方式的主攻方向,優化產業結構是新時期加快轉變經濟發展方式的根本出路。在推動產業結構調整轉型的進程中,應充分汲取發達國家過度“去工業化”及發展高風險、高杠桿的金融業務導致實體經濟與虛擬經濟脫節的經驗教訓,借鑒其“再工業化”發展戰略中具有前瞻性、符合發展大勢的政策措施,根據不同類型行業的特點,有重點、有差別地推進結構優化升級,重點通過突破研發、設計、營銷網絡、品牌和供應鏈管理等制約產業結構升級的關鍵環節,改造提升制造業,優化三大產業比例關系,建立完善現代產業體系。
  如今主要經濟大國之間的競爭越來越集中于主導產業和戰略性新興產業的控制權方面,“再工業化”以及第三次工業革命使得中國取得先導性技術突破并將其產業化的需求日益迫切!“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》已明確將新一代信息技術、節能環保、新能源、生物產業、高端裝備制造、新材料、新能源汽車等七大產業確立為發展重點。未來應以戰略新興產業的發展為契機,進一步加快提高自主創新能力,突破制造業數字化、智能化關鍵技術,在工業革命制高點與市場先機的爭奪中占據有利地位,實現產業競爭力的持續提升。
  5、中國必須積極應對
  中國社會科學院工業經濟研究所黃群慧等撰文認為,德國“工業4.0”仍然屬于“第三次工業革命”中,我們必須積極應對新的工業革命。“第三次工業革命”可能會抑制后發國家的產業趕超。對我國來說,只要能形成獨特的制造技術和制造業升級路徑,完全可能成為贏家
  “第三次工業革命”不僅會削弱發展中國家的低成本比較優勢,而且有利于發達國家形成新的競爭優勢。通過發展現代裝備制造業控制產業制高點,發達國家可以運用現代制造技術和制造系統裝備傳統產業來提高傳統產業的生產效率,通過裝備新興產業來強化新興技術的工程化和產業化能力。同時,其在高端服務業的領先優勢也可能被進一步強化。
  因此,后發國家的產業趕超將面臨來自發達國家的全方位抑制。如果后發國家不能充分利用現代制造技術創造的技術和市場機會,“第三次工業革命”將使不利于發展中國家的“中心—外圍”世界分工體系被進一步固化。曾經為尋找更低成本要素而從發達國家轉出的生產活動有可能向發達國家回溯,導致制造業重心再次向發達國家偏移。
  “第三次工業革命”可能對中國制造業帶來沖擊,中國的比較成本優勢可能會加速弱化。從綜合競爭績效角度看,“第三次工業革命”對中國工業可能產生的負面影響更在于國外企業可以通過利用先進制造技術在維持“可接受成本”的基礎上,針對快速變化的市場需求,提供較中國產品種類更豐富、功能更齊全、性能更穩定、使用更人性化、環境更友好的產品。“第三次工業革命”本質是人機關系的深刻變化,這種變化大大增加了對知識和技能的需求。而與先進制造技術相適應的知識和技能的形成和積累,恰恰是中國這樣的發展中國家遇到的最大挑戰。
  與此同時,中國工業也面臨機會。首先,“第三次工業革命”為中國工業發展創造了新的增長機會。“第三次工業革命”不僅會導致工業機器人、3D打印機等新的制造系統和生產設備產業的發展,這些產業還會帶動信息產業、新材料產業以及工業設計等生產性服務業的增長,即通過創造新的產業部門,為中國在全球進入新一輪經濟衰退期時培育發展戰略性新興產業、尋找新的增長點提供方向和機會。其次,先進制造技術終歸是在工廠和制造環節的應用,中國龐大的制造基礎為先進制造技術和相關產業的發展提供了巨大的潛在市場和應用場所。只要有危機意識和戰略認識,充分利用中國的制造基礎優勢,調動廣大企業技術突破和應用的積極性,形成中國獨特的制造技術和制造業升級路徑,中國完全有可能成為“第三次工業革命”的贏家。
  為全面迎接“第三次工業革命”,我國的產業政策思路和措施應當適時調整。首先,要充分調動科研結構和企業的積極性,特別是重視通過高技術人才創業,加快先進制造技術的突破。其次,要改變目前產業政策“重研發、輕工藝”“重實驗室、輕車間”的做法,遴選設備先進、現場管理工作扎實的工廠進行重點建設和投資,將這些“現代工廠”建設成為中國先進制造技術突破、應用的場所,建設成為先進制造技術和先進現場管理方法持續改善的“現場實驗室”,從而最終以點帶面地推進中國制造水平的整體提升。最后,要加快針對“第三次工業革命”的高效能運算、工程數據庫等科技基礎設施的建設,加強對企業突破和應用現代制造技術的公共服務和保障能力。
  事實上,全球已進入空前的創新密集和產業變革時代。對此,作為擁有中國絕大多數高端核心科技的中央企業更是快馬加鞭。事實上,國資委一直在持續推行中央企業的科技創新能力。早在2011年,國資委就出臺了《關于加強中央企業科技創新工作的意見》,對中央企業的科技創新工作做出了系統的安排和部署。隨著新一輪科技和產業革命加快演進,特別是以互聯網為核心的信息技術廣泛應用,全球競爭態勢明顯加劇。市場競爭的制勝法寶已不再只是規模和價格,擁有差異化和高品質的品牌優勢,日益成為企業贏得市場競爭的關鍵。2013年10月15日,國資委副主任黃淑和在中央企業品牌建設工作座談會上說。“瞄準國際一流先進水平,通過引進消化吸收再創新,大力增強集成創新能力,培育原始創新能力,加快擁有一批核心關鍵技術,努力實現‘中國制造’向‘中國創造’的轉變。”

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