用德国“工业4.0”变革国内纸包装行业

魏风军+陆秋杏+邓晓霞+苗艳芳+刘浩+方静静

2010年7月，德国政府发布《高技术战略2020》，工业4.0是该战略确定的十大未来项目之一；2013年4月的汉诺威工业博览会上德国发布《实施“工业4.0”战略建议书》；2013年12月19日，德国电气电子和信息技术协会发布德国“工业4.0”标准化路线图。由此开始，德国“工业4.0”逐步被世界工业界所认知。“工业4.0”迅速成为德国的另一个标签，并在全球范围内引发了新一轮的工业转型竞赛。在中小企业云集的中国，工业4.0的概念也备受追捧，被各地政府列入工业转型的方案当中，然而，德国工业4.0究竟是什么？远远不同于德国制造企业的中国纸包装行业，在工业4.0的热炒之下，如何合理寻找及定位适合于自己的转型之路？本文试就此予以探讨。

德国“工业4.0”的内涵

德国是全球制造业中最具竞争力的国家之一，其装备制造行业全球领先。这是由于德国在创新制造技术方面的研究、开发和生产，以及在复杂工业过程管理方面高度专业化使然，意味着德国确立了其在制造工程行业中的领导地位。一般来说的“工业1.0”起源于18世纪末机械制造设备的引进，蒸汽革命全面开始，进入机械化生产时代；“工业 2.0”就是电力时代，使得工厂生产流水线化、标准化；“工业3.0”就是现在正在进行的信息革命，工业生产自动化，程度提高。与前三次工业革命相比，“工业4.0”是在当前成功应用信息和通信技术、嵌入式技术及强大的互联网技术的基础上而提出的，就是综合运用信息物理耦合系统，将资源、信息、物品和人进行互联，从而创造物联网和服务，进而将这种服务模式用于工业领域，促进制造业智能化、网络化发展。如下图1所示。

如果对德国工业4.0的核心进行概括，可以简化为：建设一个网络CPS（Cyber-Physical System，信息物理系统）、研究两大主题（智能工厂、智能生产）、实现三大集成（横向集成、纵向集成与端对端集成）、推进三大转变。

其一是建设一大网络，亦即信息物理系统（CPS），CPS的核心思想是强调虚拟网络世界与实体物理系统的融合。换言之，即强调制造业在数据分析基础上的转型，其主要特征可以用6个字母C来定义，即Connection（连接）、Cloud（云储存）、Cyber（虚拟网络）、Content（内容）、Community（社交）、Customization（定制化），它可以将资源、信息、物体以及人员紧密联系在一起，从而创造物联网及其相关服务，并将生产工厂转变为一个智能环境。

其二是研究两大主题，亦即智能工厂与智能生产。实现工业4.0的核心是智能工厂与智能生产。作为目标核心载体的智能工厂，即分散的、具备一定智能化的生产设备，在实现了数据交互之后，能够形成高度智能化的有机体，实现网络化、分布式的生产设施；智能生产的侧重点在于将人机互动、智能物流管理、3D打印等先进技术应用于整个工业生产过程。未来智能工厂与智能生产的实现意味着：较之传统生产模式，新的生产方式将大幅提高资源利用率，产品生产过程中的实时图像显示使得虚拟生产变为可能，从而减少材料浪费；个性化定制将成为可能并且生产速度大幅提高。

其三是实现三大集成，亦即价值链上企业间的横向集成、网络化制造系统的纵向集成，以及端对端的工程数字化集成。

最后是促进三个转变。其一是实现生产由集中向分散的转变，规模效应不再是工业生产的关键因素，工业生产的基本模式将由集中式控制向分散式增强型控制转变；其二是实现产品由大规模趋同性生产向规模化定制生产转变，未来产品都将完全按照个人意愿进行生产，极端情况下，将成为自动化、个性化的单件制造；其三是实现从“客户导向”向客户全程参与的转变，客户不仅出现在生产流程的两端，而是广泛、实时参与生产和价值创造的全过程。

综上所示，工业4.0的主要目的在于确保德国制造业的国际竞争力，推动德国制造业从单纯的围绕产品生产，向数据分析与应用基础上的智能模式转变。其核心就是利用信息通信技术把产品、机器、资源和人有机结合在一起，通过信息通信技术建立一个高度灵活的个性化和数字化的智能制造模式。在此模式中，CPS系统将推动生产对象直接或借助互联网通过“机器对机器”通信自主实现信息交换、运转和互相操控；智能工厂能够自行运转，产品与机器可以相互交流，机器可以自组织生产，供应链将自动化协同，产业链分工将被重组，创造新价值的过程将发生改变。如图2所示。

纸包装行业现状及存在问题

1.纸包装行业产业链

改革开放以来，我国纸制品包装行业在为商品包装作出贡献的同时，自身也得到较快发展，成为我国包装工业重要组成部分。目前纸包装工业产值已经在我国包装工业中占据了40%的份额。然而，在肯定成绩的同时，必须清醒地看到，我国包装业规模虽大但大而不强，增速较快但快而不优，制而不创，与国外发达国家还有很大差距。图3所示为当前纸包装行业产业链。

2.纸包装行业存在的问题

当前国内纸包装行业发展存在的问题主要如下：

①纸包装行业的自主创新能力较为有限，纸包装的高性能装备、版材、智能制造等核心技术对外依存度较高。对于纸包装、行业发展所需要的高端印刷设备、瓦线、关键零部件和元器件、关键印刷材料等大多需要依赖进口。

②纸包装及印刷产品的质量问题突出，每年直接或间接质量损失超过50亿元，部分纸质印刷品的次品率偏高。

③纸包装行业整体的资源利用效率偏低，在环保问题尤为明显，单位国内生产总值（GDP）能耗约为世界平均水平的2.6倍。相信在未来很长的一段时间内，环保将成为促进纸包装行业技术革新的关键动力。endprint

④纸包装行业的结构不够合理，在技术密集型产业以及生产型服务业比重有些偏低，产业集聚和集群发展水平有限，具有较强国际竞争力的大型纸包装企业偏少。

⑤纸包装行业的管理瓶颈日趋显现。基于国内纸包装行业的产业结构，以中小微型企业为主，大多数的印刷企业管理效率极其低下，管理成本相对较高，带来的质量及技术延伸问题较多，降低了纸包装产品的市场竞争力。

正基于以上纸包装行业发展现状及问题，纸包装行业在实现德国“工业4.0”会面临较大的挑战。根据中国包装咨询网的调查，其挑战主要来自图4所示。

我国纸包装行业学习借鉴德国工业4.0的重要意义

作为纸包装大国的中国，当前面临产能过剩、利润低的状态，加之已经在资源、环境方面的诸多制约因素，因此纸包装行业积极探索德国工业4.0具有十分重要的意义。

第一，是纸包装行业积极推动“两化融合”的必然选择。“两化融合”是指信息化、工业化，是经济发展的引擎和着力点，是促进纸包装由大变强的必由之路。但目前纸包装领域的“两化”的融合仍面临一些问题，处于初级阶段，如集成协同应用水平仍较低，其信息化与纸包装企业的经营管理和决策没有有效结合，尤其是信息化与瓦线设备的深度协同，与纸包装产业链上下游之间未能充分实现有效深度衔接，整体智能化、自动化程度不够，综合成效有限。而德国“工业 4.0”高度重视信息化及工业化的深度契合，能为纸包装的“两化融合”提供很好的学习借鉴和一定范式。

第二，有利于确保中国纸包装的未来。当前国外制造业出现“返巢”的现象，再加之计划生育及房价的影响，我国劳动力价格一路攀升，其低成本优势逐步丧失，各地出现人才荒。因此，积极借鉴学习德国工业4.0的思维及技术路径，取其所长，为我所用，这对于确保纸包装行业的未来具有很深的有效推动作用。

第三，有利于促进纸包装产业升级改造。正如同上文所述，我国纸包装大而不强，其根本原因在于以下4点：一是纸包装行业缺乏深度自主创新；二是纸包装产品质量问题相对突出；三是资源利用效率低下；四是产业结构不合理，产能过剩。基于这些问题，德国工业4.0是很好的学习模式，积极应对工业4.0对于纸包装行业集合信息产业发展、自动化发展有重要的意义，有利于推动纸包装行业的产业升级改造。

用德国工业4.0变革国内纸包装行业

当前，工业控制与自动化技术的进步为纸包装行业的跨越式发展提供了重要的支撑。由于纸包装行业对于产能、工艺、产品周期和信息管理等各方面的要求极高，因此其对工业自动化设备的投入以及对该领域的新技术、新产品和新趋势接受度也比较高。比如工业自动化控制，其实十多年前就已经被应用在纸包装行业的瓦楞生产线里。因此，“工业4.0”里所包含的很多技术、内容和构想都早已被应用于纸包装生产过程中。“工业4.0”的提出将进一步推动整个纸包装行业从生产效率、信息化、安全化、低碳节能等各方面进行综合性的产业升级。

首先，德国“工业4.0”中所提及的柔性生产线使得资源的重新配置成为可能。当今纸包装行业一般是以静态生产线为主，即按照预定义的序列按部就班生产，很难重新配置。在“互联网+”时代，纸包装的供应端和消费端同时发生着剧变，纸包装企业核心竞争力的定义也从产品质量转移到了客户价值创造。这意味着纸包装企业需要能够生产更快、更先进的产品和系统，要能适应短版活，在更短的时间内满足客户个性和多样的要求。“工业4.0”强调的是柔性生产线和动态价值链的实现，从而更好地协调客户和产品之间包括设计、订货、生产和物流在内的一系列具体供求关系。当静态生产线转变为动态生产线，实现智能管理后，纸包装的多产品生产适应能力将大大提升。

其次，在德国“工业4.0”概念的影响下，纸包装行业将更重视提高能源利用率，完善人与设备之间的组织化动态协作。

除了对于纸包装制造层面的影响，纸包装行业的供应与售后体系也将被重塑，其将会形成更复杂的供应链和价值链。德国“工业4.0”意味着纸包装技术和生产过程的转变，同时也将在整个管理、组织结构的动态调整。上文所述德国“工业4.0”的核心内容里三大集成中的“横向集成”，其实就是指的公司外部的供应链模式与其合作伙伴的关系集成。纸包装作为诸多包装用户行业的配套，其产业链比较长，因此其供应链条的集成十分重要。

未来的纸包装行业，逐步向“工业4.0”演绎，纸包装装备厂家在生产制造领域不断智能化、工业化，其将在整体上推动纸包装产业链前后端体系的重塑与演变，尤其是对于短版、个性化产品的适应与供货及时度的能力逐步提升。随着“工业4.0”时代的到来，纸包装企业信息化度及其覆盖面的加大和在产业链不同阶段精准度的提高，纸包装公司的生产设备、物流采购、人员等都形成一套庞大的复杂“网络”，将纸包装的需求端、生产端以及供应端以智能手段相互紧密组织，纸包装的制造与使用将更为智能、快捷与便利。

总结

在纸包装行业，高宝、理光、富士、惠普、海德堡、博斯特、BHS等纸包装行业大鳄已经对“工业4.0”有一定的尝试和经验，他们也逐渐会把这些运用到中国市场；与此同时，国内的京山轻工、合兴、胜达、东方精工、美盈森等纸包装企业也在“工业4.0”的概念下高调布局。但同时我们也应该看到，“工业4.0”并没有一个统一的范式，针对纸包装行业而言，“工业4.0”的价值更多是把现有的纸包装领域技术予以整合，给纸包装的产业链勾勒出一个具有可操作性的场景。当前纸包装行业企业与德国先进制造企业的差距也许不仅仅是在设备领域，在体系、架构的设计与构筑上差异则更大。在“工业4.0”、信息化、“中国制造2025”浪潮的推动下，运用智能装备、网络、软件与架构技术，整合当前国内纸包装行业产业链，找到适合自身发展的路径，构筑具有中国特色的纸包装“工业4.0”平台以及生态圈才是当前纸包装行业应该深入发力的所在。

作者单位：河南科技大学包装工程系endprint