数字工厂是工业4.0愿景的基础

刘俊卿

制造业对于一个国家的重要性毋庸置疑，各国政府均推出了振兴制造业政策。中国制定“十二五”规划提升国家工业基础水平，发展新兴产业，加强“两化融合”，最近我国政府相关部门又在编制《中国制造2025》规划，而美国也提出“制造业复兴”计划。

“工业4.0”是由德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念。它描绘了制造业的未来愿景，提出继以蒸汽机的应用、规模化生产和电子信息技术为标志的三次工业革命后，人类将迎来以信息物理融合系统（CPS）为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。

西门子工业领域驱动技术集团CEO Ralf-Michael Franke在接受本刊记者采访时，描绘了制造业的未来、“工业4.0”时代愿景及西门子的努力。

工业4.0在西门子

CEI： 西门子对“工业4.0”的解读是什么？

Ralf-Michael Franke：：在西门子看来，“工业4.0”有三个要素：第一是跨企业的生产网络融合。MES将会起更加重要的作用，自动化层和MES之间的对接会变得更加重要，且更加的无缝化，还能跨企业来实现柔性的生产。所有的信息都要实时可用，供生产网络化环节使用。

第二是虚拟与现实的结合。也就是产品设计以及工程当中的数字化世界和现实世界的融合，这就使我们能够满足生产效率越来越高、产品上市周期越来越短、产品日趋多样性等带来的挑战。

第三是信息物理融合系统（CPS）。未来的智能工厂中，产品信息都被输入到产品零部件本身，他们会根据自身生产需求，直接与生产系统和设备沟通，发出接下来所需生产过程的指令，指挥设备把自己生产出来。这种自主生产模式能够满足每位用户的“定制”需求。我们将基于强大的制造运行管理系统（MOM）来实现灵活的价值链管理。

客户可以通过电子数据互换（EDI）的方式来管理供应商，在库存达到限值时ERP系统会通知供应商补货，这其中没有任何人为的干预。产品数字化不仅局限于商品本身，商品中非常复杂的部件也可以实现数字化。ERP系统可以由此计算出所有的成本，根据当下机器运转的情况去确定最大供货量和最优价格。ERP系统能做出决策的建议，让客户实现与供应商之间的最佳交流。

我们在将来肯定会敢于依赖机器，这是“工业4.0”从愿景到现实的第一步。要实现柔性的制造和生产，降低产品上市的时间，我们仍然需要更多的自动化集成。现在大家都在用“即插即用”的方式，就像你买一台新的打印机，把它插在笔记本电脑上就能使用。当一个机器人进入到了生产网络和系统当中，让机器人也可以拥有“即插即用”的能力。当然，未来的工厂并不会是“无人工厂”，人将会担当更有挑战性的角色，创新、规划、监督和协调机器的运作。只有这样，机器才会按照人的想法进行运转，制造才会更快、更加高效，才能使用到更好的资源，这是制造系统应该去遵循的原则。

CEI：西门子是如何布局并参与工业4.0的？

Ralf-Michael Franke：德国在第二次世界大战以来，一直是被各个国家所效仿的对象。我们相信这一点会持续不变一直往前走。所以，“工业4.0”得到了默克尔的极大支持。这个就像中国的“十二五”规划一样，是德国政府的一项规划。规划不仅是政府参与，大的一些企业都参与进来，作出对未来蓝图的展望。

西门子在其中起到非常大的作用，主要包括整体工业4.0框架的搭建，包括提出需要什么样的设备和什么样的网络，西门子深深参与其中。7年前西门子收购了一家美国软件公司，这家公司主要做产品的设计和仿真技术，我们主要把收购的软件和西门子现有工业软件融合在一起。此后，我们不断收购了一些其他的软件公司，尽量把他们融合在一起。西门子正式推出“工业4.0”这一概念是在2年前汉诺威的展会上。

今年我们做了更大范围的推广，我们在展台上布置了真实的“工业4.0”工厂流程。在实现“工业4.0”的路途中，有一些是已经实现了。但是这依然是“工业4.0”历程的开始，未来还需要10～20年的发展历程，来实现“工业4.0”的愿景。

西门子愿意进一步加大在这方面的投资，找一些愿意和我们合作的客户，一起来尝试新的技术，共同实现理想。可以说，只有“工业4.0”是实现现代化工业制造的唯一路径，没有其他的方式方案。我们也注意到，我们的竞争对手，也在就这些方面做出一些事情。

CEI：美国GE提出了工业互联网，这一战略与西门子正在实施的“工业4.0”有何差别？

Ralf-Michael Franke：只是名词不同，没有本质的区别。实现能力或许也不同，因为西门子是唯一一个软件硬件都齐全的公司。

CEI：在中国有虚拟制造、智能制造、数字制造等概念，西门子总在谈数字工厂，德国有这些概念吗？西门子在“工业4.0”方面取得了哪些成绩？

Ralf-Michael Franke：我们没有那么多名词，只有数字工厂。我要强调“工业4.0”现在还只是一个愿景，如果有哪家企业告诉你我们工厂当中已经实现了“工业4.0”，大家听到这样的说法一定要小心谨慎。

这个愿景可能要通过今后10年、15年乃至20年的努力才能完全成为现实，但是“工业4.0”的一些构建模块今天已经具备，有一些先行的企业已经部署了“工业4.0”的一些构建模块。比方说西门子工业自动化产品成都生产和研发基地，就已经完全把数字化工厂变成现实展现在大家的面前，而数字化工厂也是未来实现“工业4.0”愿景的重要基础。

CEI： “工业4.0”更加强调协作，这是为什么？

Ralf-Michael Franke：“工业4.0”不仅仅意味着技术的转变、生产过程的转变，同时也意味着整个管理和组织结构的调整。我们必须放弃孤岛式的想法，要为变革做好准备。我们认为任何一个公司或者国家单打独斗都不可能改变全球的制造企业，这就需要我们大家进行协作，各个企业、学科、行业都要进行合作。endprint

今天我们不光要强调员工的生产效率，整个企业在资源和能源利用上也要更加高效。我们今天不仅要提高生产速度，还要缩短产品从创意产生到上市的时间，并满足客户更加复杂的需求。这些挑战使得制造业面临着前所未有的快速变化，在这新的世界当中，过去的方法或秘诀已经不再能够带来持久的竞争优势了。

网络化的生产和数字化的制造正在成为决定成败的关键，对于离散工业和过程工业而言都是如此。所以我们要把现实的制造和虚拟的呈现完美地结合在一起。现实与虚拟生产相融合得益于创新的软件和强大的硬件。产品生命周期软件可以优化整个产品的生命周期，从最初的产品设计、生产规划，一直到生产实施，并最终服务于用户。

大数据、云计算以及物联网这些技术都会用到第四次工业革命当中，但是第四次工业革命的范围又超过了这些技术本身。最终我们会看到制造业的未来有更多长足的进展，可能在接下来的10到20年当中进一步推动“工业4.0”愿景的实现。

CEI：当前实现“工业4.0”面临的最大挑战是什么？

Ralf-Michael Franke：最大的挑战不在于科技，而在于人们设计生产产品的方式，也就是人观念的改变。最关键的是利用新的科技，去训练和培养人怎样从生产设计，到工程实施以及生产实施，到最后服务的整个环节，要他们都能实现一些合作，才能把事情做好。

CEI：德国制造业离“工业4.0”还有多大差距？在德国西门子有示范工厂，如果绝大多数的同类工厂都达到示范工厂的水平，需要多久？

Ralf-Michael Franke：实现“工业4.0”的速度绝对不取决于我们用多少人，而在于持续的投入和创新。需要多久？我想应该是20年，因为示范工厂不只取决于本身，还取决于供应商，需要整个产业链的配合。当然，单纯的复制也是不管用的，不同的企业流程不一样。

西门子已经倾尽所能。不是说20年后我们有多少个数字化工厂，而是20年以后数字化工厂变成标准。在德国数字化工厂拓展得可能更快一些，在德国我们压力很大，人工土地成本都很高，所以我们必须变得更加有效率。

“工业4.0”在中国

CEI：西门子与中国政府有没有可能在这个层面有合作？

Ralf-Michael Franke：这种可能性是完全存在的，我们和中国有关政府部门保持密切沟通。此前工业和信息化部部长参观了我们在德国的安贝格工厂，看到了我们数字化工厂已经从一个理念成为现实。

中国工业已经发展到了一个新阶段，中国制造的产品越来越先进，像高铁、计算机、先进机械、汽车、飞机和宇宙飞船，对于中国的制造业和工业来说一切皆有可能，都有能力去制造。

另外非常重要的一点，在中国我们能够看到全球制造业发展的各个阶段，在中国都在以不同的形式存在。有些制造企业还处在“工业3.0”的阶段，有些企业在向“工业4.0”过度的历程上已经走到了非常前沿的位置。中国要实现自己的“工业4.0”，也需要中国政府有和德国一样相应的战略的推出。

从西门子的角度来说，我们有范围非常广泛的各种各样的产品服务解决方案，能够满足处在工业化不同阶段的需求，从工业化3.0到工业化3.X以及面向未来的各个不同的发展阶段。对于中国和中国的广大客户，西门子是涵盖范围非常广的合作伙伴，可以和中国广大的客户携手同行，共同去实现“工业4.0”的愿景。

CEI：当前信息安全受到前所未有的重视，西门子是如何在“工业4.0”时代保证工业信息安全？

Ralf-Michael Franke：信息安全对于“工业4.0”是非常重要的。西门子在这方面做了很多工作，不只是在工厂设备之间加强了防护，同时在设备与中央处理之间，我们也做了防护。今后我们将进一步加强工业领域安全的防护。所以在通往“工业4.0”的路上持续提高信息安全防护水平是保障我们实现目标的很重要的方面。

信息安全并不是可以作为自动化解决方案当中的一个完全标准化或单点产品，并不是采购过来就能够解决问题的。在工业信息网络当中，每一个参与者都要采取一系列的措施、遵循一系列行为的规则来确保网络连接的安全。

对于每一个客户、每一个装机点来说，都要决定他们需要何种类型的连接或者是通讯，并且去判断在特定的连接通讯模式当中所存在着的对于IT的威胁、对于信息安全的威胁。然后再去找到正确的解决方案，对系统进行正确的设置，制定正确的流程、策略，对于人员进行正确的培训，培养所有网络参与者的正确行为来确保信息安全。

实现工业信息安全，不仅要靠西门子的产品以及解决方案当中的一些组件，同时也要依赖大量的服务，包括一些咨询服务，帮助客户去设定正确的流程、策略，对人员进行培训，从而确保这种工业信息的通信是安全可靠的。

CEI：中国在实现“工业4.0”的路上，西门子能够提供哪些帮助？

Ralf-Michael Franke：140多年前西门子开始在中国的业务。中国一直以来都是西门子最重要也最重视的市场之一。多年来，我们见证并参与了中国工业几乎所有领域的发展。如今，仅西门子工业业务领域，就在中国成立了8个研发中心，18个运营公司和41个销售办事处，设计和制造符合中国制造业市场需求的产品。我们与众多企业建立了深厚友谊和合作伙伴关系。对于西门子来说中国是极其重要的市场，是西门子第二大海外市场。

我们在中国已经拥有近32000名员工，既为中国市场服务，也把先进的产品和解决方案以中国为基地向全球出口。我们在中国设立了76家运营公司，我们在中国各地都得到了欢迎和认可。

以青岛啤酒为例，1903年，西门子在青岛啤酒成立之初提供了第一台电机，成为中国自动化酿造的先驱之一，这台电机运行了百年之久；之后，我们又提供了Simatic PCS 7系控制系统和Braumat酿造技术，后者是西门子利用我们的行业知识专门为酿酒业开发的自动化系统。西门子不仅为中国企业——比如青岛啤酒——提供经得起时间考验的产品和解决方案，更在彼此的长期合作中，共同创新，共同成长。

CEI：中国现在特别强调可持续发展，注重工业节能，可持续发展在“工业4.0”中应该处于什么地位？

Ralf-Michael Franke：可持续发展是实现“工业4.0”的一部分，就像拼图一样，对工业流程了解得更多，才可能从每一个流程中找到节能的点。在工厂规划时候，你就应该想到让他变得更节能，采用节能的解决方案和产品。endprint