工业4.0的德国经验下篇：机构和企业

编译/夏溦

工业4.0的德国经验下篇：机构和企业

编译/夏溦

工业4.0标志着工业的基本范式转向分散的、个性化的生产周期，这将实现新的、基于互联网的服务和商业模式。工业4.0为德国提供了进一步加强其作为生产地点、生产设备供应商和IT业务解决方案供应商的地位的机会。为推动实施，德国所有的利益相关者现在都在通过工业4.0平台密切合作。工业4.0项目构建了制造企业、供应商、科学和政治之间的桥梁，而跨行业的思想和信息交流有助于加快德国在创新上的知识转移。

创新并领先的机械工程、汽车和电气工业使得德国具有深厚的工业根基，并且，德国已经是全球嵌入式系统（工业4.0的技术基础）的领先者。这让德国的制造业有机会在未来有双重战略：一方面，利益于创新工厂概念和工业4.0应用，德国可以继续构建其作为生产国的竞争地位；另一方面，德国可以成为全球工业4.0工厂的技术供应商。

为实现德国的工业4.0愿景，一批重要的科研与贸易参与者和机构正在密切合作，而德国的一些公司也已经开发并推行了工业4.0技术的使用。本文作为工业4.0的德国经验的下篇，将重点介绍机构与公司对工业4.0项目的支持与参与，同时也简要阐述了工业4.0给德国各类企业带来的益处，以期为我国的工业发展提供一定的借鉴作用。

德国工业4.0的支持机构与贸易参与者

工业－科学研究联盟

工业－科学研究联盟（Industry-Science Research Alliance）是由联邦教育和研究部（Federal Ministry of Education and Research，BMBF）于2006年发起的一个咨询小组，它汇集了来自科学和工业界的19个领先代表，用以补充部际（interministerial）创新政策举措的高科技战略。

2011年1月，工业－科学研究联盟的通信促进小组（Communication Promoters Group）提出将工业4.0作为德国联邦政府“未来项目”之一。工业－科学研究联盟与国家科学和工程院（National Academy of Science and Engineering，acatech）合作建立了工业4.0工作小组，该小组由Siegfried Dais博士（罗伯特•博世有限公司，Robert Bosch GmbH）和Henning Kagermann教授（国家科学和工程院主席，促进小组发言人）共同主持。

2013年4月，在联邦教育和研究部的支持下，工业－科学研究联盟的通信促进小组与国家科学和工程院合作发表了《保障德国制造业的未来：实施工业4.0战略举措的建议－工业4.0工作小组最终报告》。

国家科学和工程院——acatech

国家科学和工程院（German National Academy of Science and Engineering，acatech）是一个自主独立的非盈利性组织，代表德国科学技术界在国内外的利益。作为一个工作学院，国家科学和工程院支持决策者和社会，提供合格的技术评估和前瞻性的建议。此外，国家科学和工程院坚决支持科学和工业之间的知识转移，并鼓励下一代工程师。国家科学和工程院致力于通过创新促进可持续增长。它的工作重点放在四个核心领域。

科学建议：国家科学和工程院基于同类最佳研究，向政策制定者和公众做出关于未来技术问题的建议。

•专门知识转让（转移）：国家科学和工程院提供了一个在科学与商业之间交流卓越经验的平台。

提升青年科学家和工程师：国家科学和工程院参与青年科学家和工程师的提升。

科学和工程的声音：国家科学和工程院代表了国家和国际层面的科学家和工程师的利益。

在2010年，国家科学和工程院发起了一项关于工业4.0的技术核心——信息物理系统的研究项目。其中的初步实施建议是由工业4.0工业小组在国家科学和工程院的协调下，于2012年1月到10月间制定的。

德国人工智能研究中心-DFKI

德国人工智能研究中心（German Research Center for Artificial Intelligence，DFKI）)成立于1988年，在凯泽斯劳滕（Kaiserslautern）、萨尔布吕肯（Saarbrücken）和不来梅（Bremen）设有研究设施，在柏林有项目办公室。

德国人工智能研究中心是德国在使用人工智能的创新商业软件技术领域的领先研发中心。基于应用型的基础研究，德国人工智能研究中心开发信息和通信技术领域的产品功能、原型和专利解决方案。其资金来自政府机构，如欧洲联盟（European Union）、联邦教育和研究部（Federal Ministry of Education and Research，BMBF）、联邦经济事务和能源部（Federal Ministry for Economic Affairs and Energy，BMWi）、德国联邦州和德国研究基金会（DFG），同时，也有部分资金来自于工业合作伙伴。德国人工智能研究中心积极参与众多组织，不断推进德国作为前沿研究与技术的优越地理位置。在对年轻科学家的学术培训方面，德国人工智能研究中心在国内外都享有良好的声誉。

作为工业－科学研究联盟咨询组的一部分，德国人工智能研究中心已经为工业4.0的初始概念进行了相关的工作。同时，人工智能研究中心处于工业4.0研究的前沿。几年来，德国人工智能研究中心与主要设备制造商一起，运作着世界上第一个所谓的“智慧工厂”——智慧工厂活动实验室（SmartFactory Living Lab）。作为使用中的实验室，它是德国工业4.0的参考架构，其中操作并测试在工业条件下工艺学和零件货物的最新技术。“RES－COM”项目通过高度互连集成的传感器-执行器系统，检查资源的自动保护愿景。“SmartF-IT”项目着眼于信息物理IT系统，掌握新一代多适应工厂由于密集使用高度网络化的传感器和执行器造成的复杂性，克服传统生产层次的中央控制，走向分散式自组织。这两个项目的资金都联邦教育和研究部提供，目的是德国成为物联网领域的先锋。

it's OWL

2012年2月，德国联邦教育和研究部宣布“it’s OWL”（Intelligent Technical Systems OstWestfalenLippe）高科技战略成为其最先进的集群竞赛（Leading-Edge Cluster competition）的获奖者之一。

it’s OWL是一个科学和工业技术网络，它意图在智能技术系统领域设置国际标准。集群正在努力为第四次工业革命铺平道路，并为德国制造业和生产业的竞争力做出了重要贡献。目前，it’s OWL先进集群是最大的工业4.0项目，正在45个不同的项目中开发工业4.0解决方案，预算金额大约为1亿欧元。

工业4.0平台

工业4.0平台（Platform Industrie 4.0）由联邦信息技术、电信和新媒体协会（Federal Association for Information Technology, Telecommunications and New Media，BITKOM）、德国工程联合会（German Engineering Federation，VDMA）和电子电气制造商协会（Electrical and Electronic Manufacturers’ Association，ZVEI）这三个工业组织联合发起，是公司、雇员代表、政治和科学界与工业4.0相关的事务的中央联系点。

工业4.0平台于2013年4月在汉诺威博览会上正式启动，它将继续执行联邦政府高科技战略框架下的“工业4.0未来项目”的工作，以加强德国作为产业的定位。平台的主要目标是发展和扩大工业4.0的知识与理解，传播其研究成果及在工业4.0中的应用，发展技术、标准、业务和组织模型及其实际执行情况。三大工业组织相信，工业4.0对德国工业的持续竞争力至关重要。

工业4.0的先锋公司

在德国，一些公司甚至已经在工业4.0这一名词提出来之前就已经在开发并推行工业4.0技术的使用了。

ROBERT BOSCH GMBH——罗伯特 博世有限公司

博世集团是一家全球领先的技术和服务供应商，其2012年的销售额达到525亿欧元。博世集团的产品和服务旨在引人注意，并通过创新有益的解决方案提高人们的生活品质。通过这种方式，公司向全世界提供“为生命创造”的技术。

博世集团在工业4.0中具有双重作用：为让自己的制造基地联网，公司自身部署了技术和软件；在此之上，公司还开发了这一领域的解决方案。例如，博世力士乐（Bosch Rexroth）提供了众多的工业4.0解决方案；博世包装技术（Bosch Packaging Technology）已经在制药和食品行业的智能工厂建立了智能设备；由博世软件创新（Bosch Software Innovations）开发的软件套件可以优化整个设备维护流程。

费斯托有限公司——FESTO AG & CO. KG

费斯托有限公司（FESTO AG & CO. KG）是一家国际领先的用于工厂和过程自动化的自动化技术供应商。作为一个全球导向的家族独立经营企业，该公司由于在气动领域的创新和解决问题能力而成为业界领袖。

与科学和工业界的合作伙伴一起，费斯托研究新的解决方案，将现代信息通信技术与传统工业生产进程融合在一起。日益小批量的个性化产品以及多样化增加的趋势，要求技术能够不断适应变化的生产条件。费斯托认识到，能够组织自身以及来自更高级别的控制系统的处理要求的智能组件是未来的生产系统的基础。为此，费斯托积极发展精密工程和微系统技术，以便实现完全联网的整体系统。费斯托还研究解决方案，从而让人类劳动力能够直接与新机器和机器人技术互动。为此，该公司还广泛关注为新的生产世界的中的下一代工人提供适当的教育与培训。

在工业4.0项目中，费斯托帮助工业－科学研究联盟做出建议。在这一背景下，具有容错系统的“柔性工厂”应用案例已被推出。这些活动随后被转移到工业4.0平台上，而费斯托也积极参与其中。

SAP AG

作为企业应用软件的市场领导者，SAP帮助各种规模的公司和行业更好地运作。为持续保有竞争力，公司需要了解当前的业务和技术趋势，并为即将到来的转型做好准备。要整合产业价值链和产品生命周期，企业IT必须无缝地集成流程：从产品设计到供应链管理、生产、售后服务和培训。而SAP的“理念到性能”倡议正是有助于制造商使用大数据、3D可视化、云计算和移动解决方案来抓住新的业务机会，创建新见解，并与合作伙伴和客户相连。SAP的“理念到性能”概念涵盖以下几个方面：可持续创新、快速响应制造、卓越运营和售后市场服务。“理念到性能”系列中的解决方案使智能流程执行、随机应变的运作和直观的用户体验成为可能，帮助客户变得更智慧、更快、更简单（见图1）。

SAP一直从事工业4.0情境下的多个公共研究项目和倡议，并促成了德国国家科学与工程学院发布的各种建议书。SAP提供的技术和解决方案有助于公司拥抱制造业即将到来的变化。SAP遵循“理念到性能”的整体办法，让使用公司能够为实施工业4.0方案开发新的业务模式和路线图。

TRUMPF GMBH & CO. KG

TRUMPF是一家以机械工具、激光技术、电子和医疗技术为主要业务领域的全球领先科技公司，是柔性板金加工和工业激光器中使用的机械工具的世界技术和市场领先者。使用该公司的技术制造的产品几乎遍布工业每一个部门。

图1：SAP“理念到性能”解决方案的好处

更智能

提供智能能力和有见地的决策支持

速度更快

使更快的上市时间成为可能，提高品牌认知度

更简单

提高适应性、易用性和灵活性

从2011年开始，TRUMPF一直是联邦政府发起的工业4.0工作组的成员之一，并且已经为“智能工厂”的定义做出了决定性贡献。不仅如此，TRUMPF在由联邦信息技术、电信和新媒体协会（Federal Association for Information Technology, Telecommunications and New Media，BITKOM）、德国工程联合会（German Engineering Federation，VDMA）和电子电气制造商协会（Electrical and Electronic Manufacturers’ Association，ZVEI）建立的工业4.0平台管理委员会和指导小组中也很活跃。除了象CyProS这样的项目（在该项目中，20个合作伙伴共同为实施信息物理生产系统而进行研究），TRUMPF还致力于为生产力更高、更高效的生产流程创建解决方案。

WITTENSTEIN AG

不论是在国内还是在国际上，Wittenstein AG公司都代表着机电传动技术世界的创新、精度和卓越。Wittenstein注重创新，它不是将自身限制在纯粹的技术创新和产品，而是同时致力于新工艺。该公司试图合并“创新”和“工厂”这两个词，以使新的思维脱颖而出：创新的产品需要有创新的生产。与来自科学和工业界的合作伙伴一起，Wittenstein已经踏上了打造自己的工业4.0能力之路，其工业4.0使用案例将会在斯图加特附近的Fellbach建立的“未来的城市生产”展示工厂中进行。此外，在位于Igersheim-Harthausen的公司总部，目前正在建造一个Wittenstein创新工厂和生产设施，它将会把不同机电公司单位的开发、销售和生产的带到同一个地点。

工业4.0惠及德国各种大小的企业

工业4.0的数字化和网络化有助于优化价值链：客户不再是被迫地从制造商设置固定产品系列中做出选择，相反，他们可以单独的组合单个功能和组件。对大公司而言，多样的范围将会成为公司的利润，因而增加市场规模和营业额。同时，内部运营成本会由于价值链数字化的提高而降低，随之客户满意度会提高。另外，全球采购和分布式处理始终需要相当大的协调和管理时间与精力，而工业4.0能够让信息接近实时的覆盖很长的距离，大的国际公司将因此能够在全球分布式生产系统中快速响应客户端需求，并随时让客户了解当前生产进度。

除了能给大公司带来好处，工业4.0也与中小企业息息相关。下一次工业革命的特点将是联网和互联网，供应链将演变为高度自适应的网络，价值链将变成价值网络。在这种增值网络中，中小型企业将发挥重要的作用。例如通过集成工业4.0的概念和技术，中小企业可以提供个性化的产品和服务，高度适应需求的变化。

在当前的外部环境下，企业要保持竞争力，就必须对变化（例如短期客户订单）迅速做出响应，中小企业尤其必须如此。工业4.0中预见的联网制造能让工业生产的所有过程都是透明的，它能为这些公司提供灵活性，使他们能够保持国际竞争力。在工业4.0中，中小企业将特别受益于他们自己的生产资源的标准化网络，因为仍有许多企业使用专有系统在运作。标准化的网络将使中小企业能够大幅减少生产管理工作，对市场需求做出更快地反应。同时柔性价值链将超越部门、业务和公司的界限，让中小企业成为能够精确计算增值贡献的临时生产网络。工业4.0还将带来创造价值的新途径，以及新的商业模式，特别是它将为初创公司和中小型企业提供发展和提供下游服务的机会。另外，在工业4.0的情境下，新的国内和国际市场将逐步向中小企业开放，就也为他们的发展创造了有利条件。

从整体的经济角度来看，在德国，中小企业占了就业和价值创造的重要份额，因此对经济结构有着重要的意义。同样，德国制造业环境的特点是有大量的中小型企业，这些中小企业往往为世界其他地区生产高度创新的产品。而德国作为全球市场领先者，其中包括了很多提供专业的解决方案的“隐性冠军”——德国顶级的100个中小型企业（small and medium-sized enterprises，SMEs）中，有22个是机械和设备制造商，其中有三个排在世界前十名的顶尖位置。事实上，是许多小的、常常是家庭运作的机械与设备部门的企业结构，为快速智能地掌握融合互联网和生产技术的方式提供了理想的条件。这也正是工业4.0能够在德国取得现在的成绩的主要原因之一。

工业4.0是一次工业革命，同时它也是一个全球性的趋势。新的资源效率优化进程使得环境友好的生产和城市生产能够在不远的将来实现可以接受的价格，不仅在德国如此，在全世界都会如此。工业4.0将会为目前社会所面临的最大的问题做出贡献，包括气候变化、能源转换或特大城市管理等。正如德国工程协会的Hartmut Rauen所言，工业4.0将成为生产的全球性语言。