智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化——工業(yè)4.0時代的新常態(tài)

“工業(yè)4.0”研究項目由德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部聯(lián)手資助，在德國工程院、弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進協(xié)會、西門子公司等德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動下形成。2013年4月漢諾威工業(yè)博覽會期間，德國工程院院長代表“工業(yè)4.0”項目組向德國聯(lián)邦總理默克爾呈交“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略實施白皮書，至此，其正式上升為德國國家戰(zhàn)略。
    “工業(yè)4.0”的目的是為了提升德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機，該戰(zhàn)略得到了德國科研機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的廣泛認(rèn)同。德國弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進協(xié)會旗下7個制造領(lǐng)域的研究院已經(jīng)全面啟動相關(guān)研究，其中包括德國弗勞恩霍夫物流研究院（Fraunhofer IML，簡稱德國物流研究院）。
工業(yè)4.0是以移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)為驅(qū)動，以虛實融合系統(tǒng)（CPS）為基礎(chǔ)，通過深度融合機、電、自動化、信息與通信技術(shù)以及企業(yè)管理流程，實現(xiàn)向智能化制造的進化。工業(yè)4.0是在工業(yè)3.0的基礎(chǔ)上更加自動化和智能化，在極大提升生產(chǎn)效率與質(zhì)量的情況下達到低消耗、低能耗和低成本的個性化大規(guī)模定制。
從本質(zhì)上講，工業(yè)4.0包括將CPS系統(tǒng)技術(shù)一體化應(yīng)用于制造業(yè)和物流業(yè)，以及在工業(yè)生產(chǎn)過程中使用物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)技術(shù)。這將對價值創(chuàng)造、商業(yè)模式、下游服務(wù)和工作組織產(chǎn)生全新影響。
“工業(yè)4.0”對物流業(yè)的影響
首先，我們要看到“工業(yè)4.0”主要具備以下一些特性。
滿足用戶個性化需求——工業(yè)4.0允許在設(shè)計、配置、訂購、規(guī)劃、制造及運營等環(huán)節(jié)可以考慮客戶的特殊需求，即使在最后階段仍能變動。在工業(yè)4.0中，有可能在一次性生產(chǎn)且產(chǎn)量很低的情況下仍能獲利。
靈活性——基于CPS的自組織網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)業(yè)務(wù)過程的不同方面，如質(zhì)量、時間、風(fēng)險、價格及生態(tài)友好性等，進行動態(tài)配置。這意味著作業(yè)流程可以更加靈活，制造工藝可以實時改變，供應(yīng)短缺問題可以得到補償。
資源生產(chǎn)率和利用效率——CPS在貫穿整個價值網(wǎng)絡(luò)的各個環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上，對制造過程進行優(yōu)化。這意味著，系統(tǒng)可就生產(chǎn)過程中的資源利用和能源消耗進行持續(xù)優(yōu)化，而不需要停止生產(chǎn)。
“工業(yè)4.0”主要分為三大主題，一是“智能工廠”，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)；二是“智能生產(chǎn)”，主要研究整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等；三是“智能物流”，主要通過傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及服務(wù)聯(lián)網(wǎng)，整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源的效率，而需求方，則能快速獲得服務(wù)匹配，得到智能的物流支持。
“工業(yè)4.0”的重點是創(chuàng)造智能的產(chǎn)品、程序和過程。其中，智能工廠構(gòu)成了工業(yè)4.0的關(guān)鍵特征之一。在智能工廠里，人、機器和資源如同在一個社交網(wǎng)絡(luò)里一般，可以自然地相互溝通協(xié)作。
從全球物流業(yè)的發(fā)展角度來看，工業(yè)4.0帶來的更多是供應(yīng)鏈的創(chuàng)新與優(yōu)化。其中，不僅涉及到傳統(tǒng)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，還涉及到正在發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)，以及未來更加綜合的服務(wù)聯(lián)網(wǎng)。這樣的系統(tǒng)一般具有傳感器，既能感知周邊環(huán)境得到信息，還能根據(jù)獲得的指令，與環(huán)境感知互動。在執(zhí)行動作時，使用分散式的智能控制系統(tǒng)，通過感知周圍信息，智能地控制系統(tǒng)。
標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和數(shù)字化的產(chǎn)品設(shè)計是實現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。在工業(yè)4.0時代下，要想滿足客戶低成本個性化、定制化的市場需求，必須通過柔性化、靈活化的生產(chǎn)方式，多樣化的軟件與硬件集成方案來實現(xiàn)。以寶馬為例，其3系發(fā)動機共有4種型號供客戶選擇，在排氣量和缸體等指標(biāo)均相同的基礎(chǔ)上，通過選配不同的汽車電子單元，從而實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計的多樣性。
當(dāng)前，德國汽車制造業(yè)已率先進入工業(yè)4.0時代。其從產(chǎn)品設(shè)計到生產(chǎn)制造、供應(yīng)鏈管理，全程實現(xiàn)了智能裝配、智能生產(chǎn)配送和智能供應(yīng)鏈調(diào)度。汽車制造企業(yè)可以通過云端網(wǎng)絡(luò)為全球供應(yīng)商搭建一個信息化平臺。一旦任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題或變化，系統(tǒng)不僅可以自動報警，同時也可基于歷史數(shù)據(jù)優(yōu)化而提出相應(yīng)的解決方案。這一基于大數(shù)據(jù)、云計算的智能管理系統(tǒng)，即是工業(yè)4.0時代的產(chǎn)物。
智能物流是支撐工業(yè)4.0的重要主題
德國制造業(yè)作為世界上最具競爭力的制造業(yè)之一，在全球制造裝備領(lǐng)域擁有領(lǐng)頭羊的地位。這在很大程度上源于德國專注于創(chuàng)新工業(yè)科技產(chǎn)品的研發(fā)，以及對復(fù)雜工業(yè)過程的有效管理。德國的裝備供應(yīng)商為制造企業(yè)提供世界領(lǐng)先的技術(shù)解決方案，并以此成為工業(yè)4.0產(chǎn)品的全球領(lǐng)先的開發(fā)商、生產(chǎn)商和市場先導(dǎo)。
無論是全球系統(tǒng)集成領(lǐng)域排名第一的勝斐邇公司，還是全球工業(yè)車輛領(lǐng)域赫赫有名的永恒力公司，以不同的成長歷程走到今天，卻有著相似的戰(zhàn)略布局。從單元化產(chǎn)品起家，到后來向物流自動化領(lǐng)域進軍，再到近年來開始發(fā)力收購軟件公司。可以看出，全球領(lǐng)先的物流裝備企業(yè)已不滿足于不斷改進和研發(fā)新技術(shù)，而是有條不紊在為工業(yè)4.0時代到來做好準(zhǔn)備。
德國弗勞恩霍夫物流研究院通過對過去數(shù)千年工業(yè)發(fā)展史的研究發(fā)現(xiàn)，工業(yè)3.0時期之前，已經(jīng)誕生出很多自動化技術(shù)。1970年前后，由于工業(yè)自動化技術(shù)的大力推進，導(dǎo)致第三次工業(yè)革命全面啟動，物流技術(shù)裝備業(yè)從局部自動化向更深層次的全面自動化、標(biāo)準(zhǔn)化逐步演變。直至2010年，市場上不斷涌現(xiàn)出更加智能化的設(shè)備，全球物流技術(shù)裝備業(yè)開始向著規(guī)模化、信息化、自動化和智能化的方向高速發(fā)展。
工業(yè)4.0時期，物流裝備不僅要求是智能的，且設(shè)備之間還要實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，從而實現(xiàn)物流系統(tǒng)的智能化要求。在此方面，德國物流研究院作為歐洲最具權(quán)威的物流技術(shù)規(guī)劃和研發(fā)機構(gòu)，一直不斷引領(lǐng)全球物流技術(shù)裝備產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展。
例如，inBin智能周轉(zhuǎn)箱，德國物流研究院通過在單元化的周轉(zhuǎn)箱上加裝智能控制單元，使其可以自主管控。通過互聯(lián)通信，智能箱自動接收系統(tǒng)發(fā)送的指令完成任務(wù)，再把任務(wù)完成情況的信息上傳到網(wǎng)絡(luò)。這項技術(shù)讓基層數(shù)據(jù)信息與最高層的云端系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)，也從另一個角度證明智能化、單元化的物流技術(shù)，是工業(yè)4.0的技術(shù)基礎(chǔ)。
德國物流研究院作為德國國家級的物流與供應(yīng)鏈權(quán)威機構(gòu)，在德國及歐洲物流技術(shù)評審與標(biāo)準(zhǔn)制定方面扮演著中立的、權(quán)威機構(gòu)的角色。其德國總部有大量實驗室，和工業(yè)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展趨勢是保持一致的。德國作為全球工業(yè)制造領(lǐng)域的強者，德國物流研究院為工業(yè)界所進行大量的應(yīng)用技術(shù)研究，也提供了重要的支持。
在軟件方面，尤其是仿真軟件方面，德國人一直走在了業(yè)界最前沿。在供應(yīng)鏈領(lǐng)域，無論是產(chǎn)業(yè)園區(qū)或網(wǎng)絡(luò)布局規(guī)劃，還是供應(yīng)鏈或物流系統(tǒng)規(guī)劃，德國物流研究院從成立至今研發(fā)出了眾多實力很強的軟件產(chǎn)品，并用于研究院所承接的客戶項目中。
其中，德國物流研究院自主研發(fā)的OTD軟件是目前在德國應(yīng)用最廣的供應(yīng)鏈仿真軟件，德國各大汽車廠家基本都在采用，其可以對復(fù)雜的供應(yīng)鏈進行仿真，功能非常強大。此外，還包括Dismod是主要從事網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的一個軟件；LogiChain是專業(yè)的流程優(yōu)化的軟件；DOSIMIS則是物流系統(tǒng)仿真軟件。
在德國物流研究院所做的大眾OTD項目中，OTD本身是一個仿真軟件，同時也是智能決策支持軟件系統(tǒng)。因為大眾商務(wù)車的整車生產(chǎn)和發(fā)動機制造工廠分布在兩個國家，需要通過一個智能系統(tǒng)，對整個供應(yīng)鏈進行規(guī)劃和管控。工業(yè)4.0時代，我們需要及時掌控客戶需求，并讓所有信息實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。這個智能決策系統(tǒng)，能夠給生產(chǎn)線提供非常準(zhǔn)確的決策依據(jù)。
進入工業(yè)4.0時代，在以往信息化的基礎(chǔ)上還要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化，這一發(fā)展趨勢在德國物流研究院的OTD軟件產(chǎn)品及項目上，就有很好的體現(xiàn)，并在多年前就已實現(xiàn)了。OTD軟件，也是一個供應(yīng)物流集成調(diào)度智能系統(tǒng)，可對所有信息點進行采集、調(diào)度，對系統(tǒng)進行預(yù)測和報告。
研究德國工業(yè)4.0的理念、發(fā)展思路和行動綱領(lǐng)，有利于推進我國開展兩化融合工作，更好地把握兩化融合為我國工業(yè)發(fā)展帶來的機遇，使我國早日成為真正的制造強國與創(chuàng)新大國。
客戶需求個性化，產(chǎn)品創(chuàng)新周期縮短，生產(chǎn)節(jié)拍加快，這不僅是生產(chǎn)型企業(yè)面臨的重要課題，也是對支撐生產(chǎn)的物流系統(tǒng)提出的巨大挑戰(zhàn)。在具有產(chǎn)業(yè)革命意義的工業(yè)4.0戰(zhàn)略中，智能物流是支撐工業(yè)4.0的重要因素。作為世界物流技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，德國對中國這一全球最大的物流技術(shù)裝備市場持續(xù)關(guān)注。中德在物流技術(shù)領(lǐng)域的合作，將成為中國物流技術(shù)裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要機遇。