德国工业4.0在探索和争议中前进——参观2015德国汉诺威工业博览会有感之一

菲尼克斯电气中国公司 杜品圣

德国工业4.0在探索和争议中前进
——参观2015德国汉诺威工业博览会有感之一

菲尼克斯电气中国公司 杜品圣

1 前言

期待已久的2015德国汉诺威工业博览会（以下简称汉诺威工业展）于2015年4月17日正式落下了帷幕。参观者带着兴奋、激动、疑惑、迷惘等各种各样错综复杂的感受和心情离开了这一年一度的全球顶级工业展览会，这种复杂的观后感恰恰反映了大家对于这一拥有最大国际影响力的工业展示聚会期望值之高。毫无疑问，此届展会中参观者的最大关注点在于了解德国工业4.0的发展和成果。自从德国于“Hannover Messe 2011”上提出工业4.0概念以后，汉诺威工业展已成为工业4.0发展的指南针和方向盘。2013年德国三大协会ZVEI、VDMA和BITCOM在汉诺威工业展上成立工业4.0联盟，向德国政府提交了德国工业4.0战略计划及实施建议，全面地提出了行业未来发展的关键问题及智能工厂所需的解决方案。工业4.0联盟希望利用汉诺威工业展这个覆盖整个工业领域，展示从单个部件到功能齐全的产品乃至整个智能生产制造技术的技术平台向全世界推动和宣传德国工业4.0。 汉诺威工业展已成为全世界关注和观察德国工业4.0发展现状和前景的最重要途径。作为工业4.0的同义词，为工业4.0建立起一个展示、推动、学习、交流的大舞台，特别对于企业的决策者来讲可以通过参观展会来考虑和制定未来企业和行业的发展战略。

如果说2014汉诺威工业展的焦点还在于推广工业4.0的概念，试图迈出进入工业4.0时代的第一步，通过展示新的工业革命增长潜力，使得客户考虑做必要的投资准备。那么参观者对于2015年的展会又有了更高和更新的期待和要求。参观者要真正地感受工业4.0何去何从，工业4.0的发展路径、成果及实例。 德国汉诺威工业展主席Köckler博士在会前曾表示：“工业4.0 的到来比想象的更快。汉诺威工业博览会的展商们将明确承诺，针对性地讨论第四次工业革命的未来趋势。更加专注于智能化、自动化工厂和能源系统的改造。”所以2015汉诺威工业展应该成为演示和实施工业4.0成果的一个盛会。

但是，参观者的愿望和期望是否在参加了展览会后得到了满足呢？参观者是否已经看到所想看到的，是否已完全了解到自己想了解的呢？笔者此次在展会中与德国企业家、技术专家和工程人员进行了大量的开诚布公的技术交流和沟通，感到高兴的是与交流者之间得到了许多的共识，使得笔者对于工业4.0在德国的现状有了一个肤浅的了解，这里仅做个抛砖引玉的参观小结，供大家讨论。

2 宣传和推动工业4.0的盛会

2015德国汉诺威工业博览会在布局上与往届展览会基本相同，整个展会分为10大板块：

（1）工业自动化

（2）数字工厂

（3）能源

（4）通讯及信息

（5）风能

（6）运动和驱动控制

（7）工业供应链

（8）空压与真空技术

（9）表面工业处理

（10）科研和技术

由于笔者主要的参观的重点在讨论和观察工业4.0的进展上，所以重点参观了工业自动化、数字工厂和通讯及信息相关的展馆。今年的汉诺威工业展继续以工业4.0为主题，大量的研讨会都是集中在讨论与工业4.0有关的主题，其内容包罗万象，从工业4.0技术的发展，工业4.0的业务模式，工业4.0对资本社会的影响乃至对社会发展的作用等等。其中比较突出的是数字化工厂，M2M的生产模式，创新的生产供应链和智能能源，机器人技术，3D打印技术等。展会吸引了超过220,000名观众，创造了参观人数新的纪录。其中海外参观人数为70000多人，就是说平均每三名观众就有一名来自海外的观众，又一次印证了展会的国际号召力。同时本届展会吸引了来自70个国家和地区的6,550家参展商，规模之大，内容之丰富，成为近几年来最有影响力的一届展会，进一步巩固了其在全球工业展会行业中的领导地位。尤其是汉诺威工业展对推动工业4.0所发挥的重要作用，已深刻地影响着国际经济政策的制定，对此参展商和观众对本届展会都给予高度评价。为了进一步宣传和推动工业4.0的理念，本届展会主办方通过与各界人士，包括企业、行业、政府智库、技术权威和主要参展商等共同讨论，提出了“集成产业，协作网络”的展会主题。正如展会主席Köckler博士在2015汉诺威工业展总结报告中所言： “2015年汉诺威工业展给参观者一个明确的信息，工业4.0的时代已经到来，数字化、信息化的互联技术进入生产制造业势不可挡，这方面的研发正在加速进行。通过本次展览会，智能工厂的理念更为清楚和具体。所以工业4.0并不再是一个口号，而是在实施之中。”不管如何评价，在展览会上几十万人都在观察和探索这些问题：德国是否已成为实现工业4.0的一个领先的工业强国？工业4.0是否已成为德国企业的“全民运动”？人们对于工业4.0的发展途径是否清楚？是否已有工业4.0的产品推到了市场等等。展会围绕这些问题进行了热烈的讨论，气氛非常高涨。展览会上安排的所有关于工业4.0的内容，如工业4.0参观引导团队报名都满员，所有的研讨会的发言报名名额都满员，所有临时增加的参加高层峰会和园桌讨论的听众也是拥挤不堪。如何理解 “集成产业，协作网络”这一主题？为什么在工业4.0发展到今天提出这个口号？这充分表达大家对跨行业之间联网和产业整合的强烈愿望。参展商力求解决“集成产业，协作网络”的各个方面，展示其带来的变革：更好的成本效益、产品质量和可持续性，从而提升制造业的竞争优势。

3 大量以工业4.0为导向的演示装置展示

工业4.0这一在4年前诞生的新词到如今已成为逢人必谈的热词，充斥到汉诺威工业展的各个展馆、论坛和企业标语上。其中有些部门宣称工业4.0梦想已经部分成真，如按德国人工智能研究中心教授、智能工厂创始人德特勒夫·齐尔克所言：“工业4.0已经准备投入应用”，他也一再提到了由16家世界著名企业和研究机构共同参与研发的个性化的名片盒自动流水线，“这条流水线的生产过程是当个人订制的信息通过射频技术附加到产品零部件上，这些零部件就仿佛被植入智慧，在他们通过生产设备时，会自动向后者发送指令，指挥设备生产用户个性订制的名片盒，以显示产品和制造机器如何进行彼此的通信。”教授认为这个设备是将产品、机器和人之间连接成为一个网络物理系统，使现实世界和虚拟世界融合的重要示范项目。笔者认为这个项目的亮点不在于产品的生产，更关键的是如何将十几家不同产品制造厂的技术整合在一起，将不同的机械装置构成一个生产制造系统，其关键在于体现了标准化的力量。在同一标准化体系之下可以将许多生产环节灵活地无缝组合增减，这种“灵活性、模块化”生产方式就是工业4.0发展的未来。

在展览会上代表IT技术的信息、通信和新媒体协会也公布调查结果，声称44%的企业已采用了与工业4.0有关的生产和技术模式。西门子公司在德国安贝格和中国成都建起工业4.0的示范工厂。其大部分生产实现了数字化，并独立于实际生产进行仿真和优化。通过采用PLM制造执行系统，可以在一分钟内更改产品和工序，显著地提高了生产效率和灵活性。

在展会上，为了充分展示工业4.0发展的成果，主办方还专门组织了4条“工业4.0发展参观之路”，由专门的展会向导带领参观者参观28家参展商有关工业4.0的演示，试图证明智能工厂已不再仅仅是一个概念。同时通过参观，使人们对于工业4.0有更加感性的认知和了解，了解产品是如何指示机器，它们又是如何被处理，产品可以从原来的CAD，CAM/CAE设计图一直到控制系统所采用的固化软件来告诉生产制造系统整个生产的流程。同时生产系统可以通过标准化彼此连接和通信。从而证实工业4.0所推广的基于CPS信息物理系统的智能制造的理念，已从概念成为现实。一个以产品全生命周期和全制造流程的数字化以及基于信息通信技术的嵌入式模块集成为特点的高度灵活、个性化、数字化的生产与服务的模式正在形成。带着好奇、惊讶的心情笔者也跟随了参观人群对四条参观之路进行了观察，同时也与这些生产厂商做了深刻的交流。这四条参观路线首先从8号馆智能工厂介绍开始，然后分别引导有以下厂家组成的路径：

路线一：PSIPEN软件公司-SAP管理软件公司-ABB机器人公司-HARTING应用技术公司-RITTAL公司-Colfax Fluid Handling 公司-Festo 公司。

路线二 ：贝加莱公司-E+H公司-Weidmueller公司-Schaeffler公司-Bosch/ Rexroth公司- Fraunhofer IPT OWL 研究所和 Centrum Industry CIIT OWL。

路线三：Phoenix Contact公司-SICK公司-Beckhoff公司-P+F公司-PILZ公司-ARBURG公司-KHS公司。

路线四 ：T-Systems 公司-Ifm电子公司-Siemens公司-Phoenix Contact 公司-Accenture公司-Micro Software公司-Bosch 软件公司。

这里简单介绍一下三个演示装置：

（1）由德国菲尼克斯、威图和EPLAN共同演示的连接器组装和控制柜安装自动化流水线。

在本届展会上，相对来讲， 由菲尼克斯、威图及EPLAN共同演示的按订单要求各种机器人自动组装连接端子然后经过RFID扫描后自动安装在所指定的控制箱的位置上的生产系统引起了人们很大的兴趣。 整个系统由四大部分组成：①读出EPLAN软件描述的数字化的端子组装的订单。②自动组装单元：由机器人按照EPLAN订单的要求，自动将各种连接端子安装在导轨上。③标识符打印单元：按照EPALN订单的要求，3D打印机自动对安装在导轨上的连接端子上的标识带进行字符打印。然后通过视觉测试（照相机）对连接端子安装位置是否正确，打印的字符是否正确进行测试和校验。④自动安装在所指定的控制柜的位置上。经过校验安装在导轨上的端子通过一个RFID将存储的信息读出。然后机器人按照RFID读出的信息将组装好的端子排安装到控制柜的正确的位置。整个设备采用了机器人控制、视觉控制、CAD/CAM的EPLAN软件、RFID技术、自动化控制技术、识别技术。在机械结构设计上采用了功能模块化的单元结构。三个功能工作站：分别为端子自动组装单元，标识符打印及检测单元和端子排自动安装单元。由于采用了模块化的结构，这三个单元可以按照实际的生产需要任意地组合和增加。 同时所有的连接端子盒也可以按照需要进行调换，满足小批量、多品种生产的需要。值得一提的是这个演示装置已得到了实际的应用，从这个装置上我们看到了满足工业4.0设想的一些方法，采用RFID、视觉控制、机器人、生产过程控制，尤其产品描述的数字化、生产管理的数字化等是值得赞赏的，但是否融合了互联网技术， 甚至对于这个系统是否需要互联网技术，仍值得进一步探讨。

"我们可以利用工业4.0的理念为解决一些中国制造业面临的更深层次的问题做借鉴，中国制造企业的角色应从生产商向生产服务提供商转变，服务创新是制造企业的下一个战略高地。"

（2）由IFM公司演示的优盘人名打印自动化流水线。

IFM公司是德国一家著名的传感器生产厂商，其关注现场总线底层的通信研究，除了一直在开发具有AS-I通信接口的传感器，同时也积极参与了IO-Link通信接口的开发。IFM展示的设备是一个优盘自动人名打印装置。参观者将自己的名字写给一个操作员，操作员将其名字输入计算机里，优盘在整个流水线按照传感器的安排进行传输，到达3D打印单元时， 3D打印机按照计算机输出的名字进行打印，打印完毕后，HMI做出状态显示。参观者就可以拿到刻有自己名字的优盘了。我想其用意就在于体现个性化的生产，是否有很大的应用价值还需进一步的探讨。

（3）由德国CIIT LEMGO大学演示的汉高自动化组装线。

CIIT 是德国工业IT的研发中心，坐落在Lemgo应用大学。这个研发中心也是德国It’s OWL工业4.0研发群的主要研究单位。其主要的研究方向是自适应，人性化的操作界面和提高能效。其中一个集成的智能工厂OWL的适应基地是他们进行研发的主要设备和装置。这次他们展出了正在研发的新的自动化LOGO组装流水线。其设备有以下特点：

（1）采用GOOGLE眼镜进行选择原件， 降低劳动强度。

（2）采用模块化的功能单元、选料单元、运输单元、组装单元、打印单元等实现产品制造流水线。

（3）具有进行功能单元添加和减少的自适应软件。

（4）采用统一的通信接口可以将不同厂家提供的设备有机地结合起来。

演示装置的本意是希望展示如何实行生产制造系统的灵活性和操作的方便性以及机器人控制技巧的完整性。由于整个设备还在研发之中，在展会上我们无法看到所有的精华。

从这些展示中可以归纳出三点，即德国的科研团队、企业的研发部门都在开发或试图实现工业4.0的基本要素——数字化产品，数字化制造，数字化工厂。从技术发展的现状来看，主要研究自动化和数字化有机的集合。所以大家能看到的大多数是一些自动化流水线，或许加了些机器人或CAD/CAM/CAE的软件。 与大家所想象的工业4.0的远景有一定的差距。这就是所谓的工业4.0吗？工业4.0是要达到什么目标呢？一些能刻不同名字的优盘，一些能按订单来自行组装的自动化流水线，一些加了RFID传感器而了解产品的特性和特征的加工准备工作等等，就是工业4.0了吗 ？实际上许多参观者并没有被参展商所展示的演示装置所信服。工业过程是否已经很好地解决网络化结合的问题？是否表示第一阶段基础已经完成，我们已经融和在互联网络之中了呢？由于几乎所有的演示设备都无法体现智能化、自适应和灵活性的功能，这些疑问都深深地留在了许多人的脑海里。可能没有答案，但是作为进一步思考的课题和方向仍需讨论和交流。

4 大量对工业4.0困惑的反馈

不同企业对于工业4.0的解读不尽相同，各自开发的方向也不同。制造商偏重于产品的数字化，认为产品应该成为信息载体。软件提供商打出口号——网络相连工业。而工程解决方案提供商专注于智能设计和生产链的自动化。也有些人认为工业4.0纯粹是一个时髦的宣传。人们期望至少工业4.0将会带来两类改变，一部分制造业企业改变陈旧的生产方式，另一种改变是企业在销售产品的同时提供相应的服务。但是德国信息技术服务CSC组织对德国、奥地利、瑞士德语三国中900名企业家进行了调查，调查结果显示其中一半的公司不了解工业4.0，德国企业也有40%不了解工业4.0将对本企业带来的利益。还有25%企业虽然知道工业4.0这个所谓的概念，因为各种定义的文本多如上百个以上，无法理会其内涵。所以许多中小型企业还没有制定对策。更为困惑的是，在展览会大家都在寻找工业4.0的产品，好多公司也声称自己有工业4.0的产品。但是实际上就是现成的产品，也无法清晰地解释其对于构成工业4.0的解决方案的作用和用途。正在制定标准的一些德国同事非常坦率地讲：到目前为止，市场上还没有一个真正的工业4.0的产品。因为按照工业4.0的描述：未来拥有工业4.0技术的智能工厂可以根据你事先设定的个性化定制来生产消费者专属的个性化产品。而所有的零部件都将在一个流水线上完成。计算机会智能选择材料进行生产并完成最终的产品。这种生产方式将使得资源利用最大化，能源利用效率最高化，同时人类也能实现工业生产安全的最大可靠性。

为此，当前在对于工业4.0的讨论中出现了两个关系：即“工业4.0”现状与未来的关系和“工业 4.0”生产制造方法与互联网业务模式的关系。工业4.0将一个传统的制造工业贴上了高科技的神话，原来简单的制造工艺突然变得如此的复杂和不可思议，形成了新工业革命巨大的推动力。所有的德国政治家和企业家以及有志人士都有共同的认识，推动工业4.0将提高德国的竞争能力，75%VDE的成员（企业和大学）被调查认为是可行的。

德国是世界上最大的机械制造商，德国工业的四分之一与制造行业有关，其长期的领先地位成为德国经济发达、生活美好的基本保障。德国必须依靠新的生产制造业革命，使得德国继续占领生产制造领域的制高点。所以在今年无论是德国总理还是经济部长都期望看到通过汉诺威工业展览会能将工业4.0这个概念推向全球，作为工业发展的指南针。但另一方面，无论是德国企业家协会总裁Grill，还是ZVEI主席Loh都在抱怨工业4.0在德国的推动太慢，德国将会失去全球工业领袖地位，美国在工业软件已超过了德国等等。德国总理也一再呼吁制造业的领导者们必须与其他领域合作。VDE董事VDI/ VDE自动化委员会主席Dr.Bettenhausen也一再呼吁面对工业4.0的挑战必须建立一个网络，其中机械制造，电子电气和IT需要互相交流和合作，如IT支撑的自动化解决方案、智能电网技术、新的生产方式如3D打印或工业机器人，这样才能加快工业4.0前进的步伐。

今年的展会显示的内容也慢慢地使得所有的担心成为现实，美国实现工业4.0的速度大大超过德国，中国在推动智能制造的势头势不可挡。尽管目前德国在许多领域和制造生产线还占有一定优势，有些很好的案例，但是距离工业4.0的目标还非常远。为了加速工业4.0的发展步伐，在CEBIT会议上德国的经济部长和科研部长宣布将由ZVEI、VDMA和BITCOM协会组成的工业4.0平台上升到整个社会和政治的高度，改为“Platform industr4.0”。德国副总理、经济部长Gabriel明确提出要求各企业公司必须加快研发的步伐，要尽快地将研发的成果应用到实践，成为可复制的样板工程，同时要尽快地确定一个新业务的模式。

不过值得注意的是，尽管提出工业4.0的德国也还在探索阶段，未来工业4.0能发展到什么程度，给人类的实际生产活动带来哪些便利还无法预测。但是对于工业4.0，德国媒体、企业、政府都持乐观的态度。他们一致认为将工业4.0作为德国的战略国策是继续占领生产制造领域制高点的唯一保证。我们必须拭目以待，紧紧关注新的动向，将“中国制造2025”的战略进行到底。中国本身是个制造大国，目前人工成本上升，原材料价格波动，生产制造水平粗拙性，自动化程度低下性，也使得我们在生产制造领域遇到了极大的瓶颈和挑战。而工业4.0的理念有助于提高效率，降低生产成本，提高生产的灵活性以满足消费者的个性化的需要。同时中国拥有大量高科技公司以及潜力巨大的移动互联网和电子商务产业，为实现工业4.0的互联网与自动化的结合提供了技术基础。所以我们可以利用工业4.0的理念为解决一些中国制造业面临的更深层次的问题做借鉴，中国制造企业的角色应从生产商向生产服务提供商转变，服务创新是制造企业的下一个战略高地。他山之石，可以攻玉。作者将在参展感受之二中谈一些借鉴工业4.0的经验来推动“中国制造2025”的一些肤浅的体会。