德国工业4.0与我国国防科技工业信息化建设

□ 宋大晓 龙 舟

德国工业4.0与我国国防科技工业信息化建设

□ 宋大晓 龙 舟

德国在欧洲乃至全球都具有强大的工业基础，不仅在机械和装备制造业领域占据领导地位，在工业自动化、工业信息感知与处理、通信等领域也拥有较高技术水平。德国历来重视制造业发展，制造业也是德国的支柱型产业，为何德国会产生如此危机感并着力推动工业4.0战略的发展？

全球金融危机爆发以来，德国很多专家意识到，金融危机的根源在于近十年来欧美经济的“去工业化”，导致了地产泡沫、产业结构空洞化等一系列问题，新的经济增长必须依靠实体创新而非金融创新。德国本身具有在先进制造技术、自动控制技术、复杂制造体系管理等方面的领先优势，着力发展制造业顺理成章。

同时，作为传统制造强国的德国对美国的竞争优势逐渐减弱，以高质量著称的德国制造面临低成本高质量的美国制造的强力冲击。对于投资者而言，美国是低成本制造的新全球标准，在劳动力价格、能源价格、以及物流与运输成本都有着显著的优势。另一方面，信息技术作为第四次产业革命的核心推动因素，美国在这一领域具有无可撼动的垄断地位。对于德国而言，能不能在新一轮技术变革中抢占先机找到工业发展方向并引领全球工业发展，是德国制造业乃至整个大工业能否与美国展开竞争的决定因素。

除了来自发达国家的竞争压力，中国等发展中国家依靠自身劳动力和资源成本优势，占领了中低端甚至部分高端领域制造业市场，这进一步限制了德国制造企业在国际市场的竞争。与此同时，德国受到低出生率、高人力及资源成本等内在因素的严重制约，在中低端制造领域缺乏天然竞争力。

在此情况下，为适应信息化时代去人工化、大规模定制生产、全球化资源配置等新发展趋势，在未来制造业竞争中占据制高点，工业4.0战略被作为德国国家战略提出。

德国工业4.0的三大重点

工业4.0的基础是信息-物理融合系统（Cyber physical system，CPS）。CPS是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，采用3C（Computation、Communication、Control）技术的有机融合与深度协作，与物理环境进行感知和交互。工业4.0利用CPS技术把产品、机器、资源和人有机结合在一起，通过虚拟和现实的互联，建立以智能工厂和智能制造为主题的新的生产模式。它的核心在于实现两个转化：一是生产制造从基于产品分析到基于数据分析的转化，通过数据分析优化生产决策过程，提高产品资源配置效率；二是从单纯产品型产销到基于工业物联网的服务型产销的转化，满足个性化生产需求，通过开辟新服务提升产品的附加价值。

为实现从工业生产到工业4.0的转变，战略实施建议（以下简称“战略”）敦促德国采用双重策略：一方面，通过不断整合信息和通讯技术将其融入传统的高科技战略使德国成为领先的智能制造技术供应商，以保持其在全球市场的领导地位；另一方面，着力于创建并推广CPS技术及产品的新兴市场，服务于新时代制造业智能化需求，占领技术和标准的双重制高点。

基于上述考虑，战略提出了工业4.0三大部署重点，分别是：实现价值网络的横向整合，建立跨公司的价值链和价值网络，在CPS框架体系内解决不同商业策略、商业模式、企业结构下的跨企业协同；实现端到端跨越价值链的生产流程整合，建立跨越价值链的、从产品到生产制造的数字化流程，并部署能够适应和完成跨越企业、跨越流程的端到端数字化集成任务的IT系统；实现网络化制造系统的纵向整合，建立灵活高效、可重构的制造系统网络，为保证纵向整合，需确保底层执行器及传感器与ERP系统的跨层次集成，并适当采用模块化、可重用策略确保制造网络的自组织性以及可重构性。

另外，针对工业4.0具体实施细节，战略还提出了八个关键建设领域：

标准化和参考架构。工业4.0将价值网络中的不同公司进行整合，这种企业间协同合作只有在统一的共同标准框架下才能有效部署实施，并通过参考框架为这一标准提供详细的技术说明，敦促实施。

复杂系统管理。日益复杂的产品和制造系统需要适当的规划以及解释性的模型作为系统管理的基础，工程师需具备开发此类模型的方法和工具。

工业综合宽带基础设施建设。全面、可靠、优质的通信网络是智能化工业网络的关键要素。因此，在德国国内及德国与各国间建设大规模、可扩展的宽带互联网基础设施具有必要性。

安全性和保密性。安全性和保密性都是智能制造系统得以成功部署的关键，确保生产设施和产品本身对人或者环境不构成危险十分重要。同时，无论是生产设施还是产品，特别是数据和数据所包含的信息作为商业机密需要被保护，以防止不正确的使用和未经授权的访问。这将需要开发部署一套应用于生产制造的安全体系结构和访问规则，并在专业培养中增强有关安全的培训内容。

生产组织和设计。在智能工厂中，员工的角色将发生变化显著，越来越多的实时定向控制将改变人的工作内容、工作流程和工作环境。通过部署基于社会技术方法的生产组织形式，为工人提供更高程度的参与感并注重其个人职业发展，从而提高工人的生产积极性，将人力从枯燥的重复流程向基于模型的工程解放。

培训和可持续职业发展。工业4.0将会从根本上改变工人的工作和能力的配置。采取适当的培训战略和工作组织方式来鼓励终身学习和个人的综合、全面发展。为了实现以上目标，需要部署开展数字化学习平台、样板工程和“最佳实践”等一系列优化人力资源结构的系统及措施。

监管框架。工业4.0中产生的新的制造体系和价值网络需要遵循相应的法律法规，现行法律也需要针对这些创新所产生的新挑战进行调整。这些挑战包括企业数据保护，企业责任问题，个人数据处理和贸易限制。这些问题不仅需要立法还需要其他企业层级的措施：包括规范、指南、协议及自律（如审计）。

资源效率。工业4.0通过提高资源利用率为企业和社会带来隐性收益。这些隐形收益将帮助企业在对智能工厂进行投入以及由于节约资源所产生的新的利润空间之间进行权衡。

我国制造业目前“大而不强”

历经20年发展，尽管中国已成为世界制造工厂、全球制造业大国，却仍处于“大而不强”的局面。

我国研发投入占GDP比重约为2%，与发达工业国家相比仍有较大差距，我国人均研发投入则更低，分别只占美国、德国、日本的22%、18%和36%。较低的研发投入一方面是由于我国市场长期形成的只注重短线利益的投资习惯和投机心理，另一方面则由于与发达国家相比，我国在立法方面缺乏对企业研发投入以及知识产品保护方面的强制性措施。

同时，现阶段我国核心技术受制于人，制造业对外依存度高。高端装备的迅猛发展与配套的基础零部件、基础工艺及基础材料等“三基”产品供应不足的矛盾，已成为制约产业发展的瓶颈，是制造业由大变强的最大短板。

还要注意的是，我国制造业企业生产模式基本是粗放型生产，单位能耗是世界平均能耗的2.6倍，CO2排放总量正在超越欧美的总和，占世界总排放量的近三分之一，面临严重的大气污染问题和强大的国际国内舆论压力。

我国的制造业的发展战略

针对制造行业存在的突出问题，为应对全球信息化技术迅猛发展带来的新工业变革和挑战，我国针对未来十年的制造业发展制订了《中国制造2025》规划。此外，我国还针对信息化与工业化提出了两化深度融合战略，促进工业技术和信息技术相融合，务求以信息化带动工业化、以工业化促进信息化。我国的《中国制造2025》、两化深度融合与工业4.0的既有联系又有区别。二者都强调将信息技术广泛应用到整个产品的价值链和业务链，并将信息技术作为工业重要的支撑力量。前者倾向发展以产业集群为主导以政策和市场共同作用的信息化集成制造，后者强调以人为本、以标准为主导、以自由市场为配置手段的智能化企业协同制造。这是由于中德两国国情以及制造业、信息技术发展现状的差异性所决定的。

国防科技工业需认真学习智能制造的先进理念和先进技术，但由于发展基础与需求不同，也不能照搬硬套，要结合发展现状和需要，推进符合我国国防科技工业特色的两化深度融合。工业4.0战略对我们启示有以下几个方面。

在国家顶层开展标准化和体系框架研究。德国政府把标准化作为实现工业4.0最重要的一环，我们也需要在政府有关部门的主导下，发展既符合智能化工业体系建设需要又符合军工特点和安全可控要求的信息化标准、协议、规范以及体系框架，掌握技术和标准的主动权。

要分类、分阶段推进。一方面，要充分研究不同军工行业及其产品的特性，分类推进；另一方面，要分阶段推进，大部分单位仍应把“十三五”工作重点放在深化信息技术在研发设计、制造、服务保障等环节的应用，可选取一批基础比较好的单位进行智能化制造示范。

提高军工能力建设用软硬件的自主可控水平。针对目前国防科技工业面临的自主可控问题，国防科技工业不但要重视对武器装备科研生产能力建设用软硬件自主化的投资力度，更重要的是亟需出台相关政策，一方面鼓励自主知识产权产品采购，另一方面在政策层面主导自主产品研发。

加强人才队伍建设。数字化武器装备科研生产体系建设离不开人才的支持，需要加强对高端领军人才的培养和引进，同时着力建设终身学习和持续职业发展计划帮助产业工人应对工作和技能的新要求。

（作者单位：中国国际工程咨询公司）