2013年4月份，德國政府在漢諾威工業博覽會上正式推出工業4.0的戰略規劃。它是德國《高技術戰略2020》確定的十大未來項目之一，旨在支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新。此后，這一概念在世界上引起極大的反響。 

　　2015年3月25日召開的國務院常務會議提出，要加快推進實施“中國制造2025”，實現制造業升級。德國工業4.0和“中國制造2025” 的相同點：新一輪科技革命和產業變革的主要特征是信息技術與制造技術的深度融合。這一變革的趨勢和核心就是制造業的數字化、網絡化和智能化。在這一點上， “中國制造2025”和德國工業4.0都是在新一輪科技革命和產業變革背景下針對制造業發展提出的一個重要的戰略舉措。 

　　然而，不同的是德國制造業具有強大的技術基礎，而中國工業還面臨著傳統產業轉型升級，有待向在高端領域實現跨越式發展，這比德國實現工業4.0 更加復雜、更加艱巨。因此，我們需要認清工業4.0的本質，結合自己的實際情況做出決策，避免在具體做法上邯鄲學步。冶金行業的數字化、網絡化和智能化之 路，只能靠中國人自己走。 

　　工業4.0的背景與本質 

　　德國把工業生產分成4個階段。第一個階段始于18世紀末的工業革命，蒸汽機的發明全面帶動了機械化。第二個階段開始于20世紀初，其特征是大范 圍使用電動設備，用流水線方式組織生產。第三個階段起始于上世紀70年代，通過引入以PLC（可編程邏輯控制器）為代表的電子和信息技術，使自動化水平顯 著提升。現在面臨的是第四個階段，即工業4.0。其特征是將CPS（Cyber-Physical System，信息物理系統）全面引入工業體系，推動 智能制造。 

　　CPS是美國學者2006年提出的概念。其中，Physical指零件、設備、產品等物理實體，Cyber 則指信息和控制部分，也有人理解為 物理實體在計算機網絡中的鏡像。CPS可以看成“控制系統”的升級版，能夠智能化應對復雜的變化。CPS原本主要是應用于嵌入式系統，工業4.0的貢獻在 于將CPS全面地用于工業。具體地說，就是將CPS用于信息系統的橫向集成、縱向集成和端到端集成。其中，橫向集成是指供應鏈上的企業或上下工序之間的信 息集成，縱向集成是基礎自動化、過程控制、生產管理等計算機層級間的信息集成，端到端集成則是從用戶向企業提出需求到企業為用戶提供產品和服務這一過程的 信息集成。3個集成的理論，來自美國ARC公司于2002年提出的協同制造模型（CMM）。 

　　最近10多年，信息和通信技術（ICT）取得了長足的發展，CPS、PLM（產品生命周期管理系統）、ERP（企業資源計劃）等技術的提出與完善，為工業4.0戰略的誕生奠定了基礎。當然，工業4.0戰略帶有明顯的德國特色。 

　　首先，工業4.0戰略與德國的勞動力危機有關。德國是世界上老齡化最嚴重的國家之一，退休年齡已延長至67歲。很多制造企業員工的平均年齡在 40歲以上，年輕員工比例不斷減少。德國推進工業4.0的目的，不僅要保持其技術的領先，還可以延長勞動者的工作生涯，解決老齡化問題并吸引年輕人進入工 業界。 

　　其次，工業4.0戰略與其產業結構相關。德國既有西門子這樣世界級的大型制造企業，也有成千上萬具有核心競爭力的中小制造企業。利用這種優勢，德國采用“領先的市場和供應商”的“雙重戰略”推進工業4.0。 

　　再其次，德國工業有生產定制化產品的傳統，而“個性化定制”是保證工業4.0經濟可行性的重要依托。 

　　最后，德國工業以離散制造業為主。工業4.0的設想和案例，多以離散制造業為背景，很少涉及化工、冶金等流程行業。 

　　對工業4.0的內在邏輯，筆者認為，起因是勞動力危機促使企業減少從事體力勞動的工人。過去，離散制造業（產品的生產過程通常被分解成多項加工 任務來完成）的工人主要從事運輸、設備切換等工作。工業4.0針對的目標人群就是這批人。為了做到這一點，要將CPS嵌入縱向集成，讓機器智能地完成這些 工作。這件事情完成后，生產過程的柔性就會大大增強，這就為實施個性化定制奠定了基礎。 

　　對工業4.0的本質，有專家認為，工業4.0的本質是智能制造，包括產品智能化、設備智能化、生產智能化、管理智能化和服務智能化。同時，工業 4.0是互聯，是數據，是集成，是創新，也是轉型。這些關鍵詞可以這樣串起來：CPS就是智能控制系統；在3個維度的應用CPS就是在設計、生產、管理、 服務過程中全面推進智能化；當產品本身是個CPS時，它就是一個智能產品。充分、完整的數字化才能保證CPS的順利執行，而完整的數字化有賴于3個維度信 息的集成，信息集成需要互聯；采用CPS需要技術的創新、信息互聯則需要商業模式的創新，而商業模式創新必然伴隨企業的業務轉型。 

　　事實上，不同行業、企業的具體做法可能相差很大。典型的差別是，產業鏈前端的企業其實應該強調產品的標準化，后端才會強調個性化定制；大企業應做橫向集成的發起者，而中小企業則應主動被集成。 

　　工業4.0給中國制造業帶來的挑戰 

　　廉價勞動力供給是中國制造業持續高速發展的主要驅動力之一。改革開放以來，數以億計的農村剩余勞動力轉移到非農產業。但是，這個過程大約在 2008年前后就基本結束了。在此后的幾年中，東部地區“用工荒”愈演愈烈，用工成本急劇上升。2012年，中國勞動人口總量開始減少，伴隨而來的是中國 經濟進入了中高速發展的新常態。面向未來，中國的勞動力形勢會更加嚴峻。受計劃生育政策的影響，在2022年~2031年的10年中，中國每年將減少 1000萬~1500萬個勞動力，其中絕大多數是體力勞動者。這勢必會對中國制造業造成重大的沖擊。 

　　隨著中國勞動力短缺時代的到來，國外的競爭壓力也不斷增大。一方面，外企紛紛將工廠搬遷到勞動力成本更低的東南亞地區；另一方面，發達國家智能 制造水平的提高，促進了制造業的回流。這也為中國制造帶來了威脅。例如，美國一家熱水器企業搬回美國后，采用了智能制造技術，結果，材料成本、人工成本都 降低了，質量和節能效果也提高了。如果工業4.0在發達國家得以實現，中國的勞動力優勢就會蕩然無存。所以，工業4.0的思潮是我們不得不面對的問題。 

　　作為制造業的組成部分，冶金行業不可能置身其外。冶金行業整體經濟效益低、工作環境差，老一代工人退休后，未來的勞動力危機可能更加嚴重。由于 全行業產能過剩、需求總量已到達頂峰甚至開始下滑，未來必然有許多企業面臨淘汰。勞動力危機很可能成為壓垮某些冶金企業的最后一根稻草。 

　　面對國內外挑戰，中國制造業必須擺脫依賴于廉價勞動力的生產模式。2013年和2014年，機器人在中國的銷量分別增加了60%和54%。在冶 金行業，企業正在減少行車、臺車、機車的操作崗位，在特殊崗位采用機器人，有些企業甚至建立了無人化倉庫，而這些都可以看作是應對勞動力危機的辦法。但 是，在筆者看來，這些做法在國外很早就有了，中國企業現在只是進行必要的“補課”，還不能將其歸屬到工業4.0的范疇。

　　冶金企業應對工業4.0之策 

　　工業4.0的許多概念，在冶金行業并不陌生。鋼鐵企業熟知的“數學模型”本質上就是工業4.0時代廣泛采用的CPS，而某些企業推行的“標準+α”本質上就是個性化定制。 

　　但是，CPS應用的局限性還非常大，距離智能生產、研發、服務和供應鏈管理還差得很遠；個性化定制的成本還太高，要推進個性化定制與批量化生產的結合，即“大規模定制”；需要加強個性化服務，推動“批量化生產、個性化服務”。 

　　從自動化到智能化的過程中，需要經歷數字化這一中間環節。在筆者看來，數字化是整個冶金行業的短板，同時也是盲點。很多人認為，數字化工作已經 做了很多年了，為什么還要繼續做？其實，過去的數字化是針對自動化的數字化，而不是針對智能化的數字化，無法全面承載CPS。在未來的工業4.0時代，生 產制造、開發制造、采購銷售可能都是靠CPS運轉的，現在的數字化水平顯然是不夠的。冶金行業需要在3個方面推進數字化：生產管理與控制、研發與服務、采 購與銷售，以便與前述的3個維度的集成相對應。這些工作，未來很可能將由工業大數據的云平臺來承載。當然，落實這些工作將是個漫長的過程，需要結合企業的 自身條件，分步驟地耐心推進。 

　　有一種錯誤的思維方式，可能會將冶金行業的數字化工作引入誤區。這就是，將商務大數據的理念和做法生搬硬套到工業大數據。其中，忽視數據的結構化可能是一種致命的錯誤。事實上，數據結構的構建水平，決定了CPS能否順利運行并持續拓展，從而決定了數字化的成敗。 

　　筆者認為，冶金行業數字化工作的當務之急是建立產品生命周期管理系統（PLM）。PLM是端到端集成的核心信息系統，用于支持產品研發和服務。 依靠PLM，可以幫助企業實現由制造到服務和研發的轉型。目前，PLM在離散制造業的應用很廣，冶金行業了解該系統的人卻很少。這種情況與冶金行業的數字 化工作特別困難有關。 

　　與離散制造業相比，冶金行業的制造過程會發生復雜的物理變化與化學變化，設備狀態和工藝過程對產品質量的影響很大。這會導致冶金生產過程的數字化特別復雜。實踐證明，在冶金行業推進數字化，一定要做好頂層設計，否則，很容易流于形式，走錯方向。 

　　我們必須學會用辯證的觀點面對工業革命，要吸取工業4.0的思想精髓，根據行業和企業的具體情況制定對策；照搬是不行的，全盤否定也不可取，必 須放眼未來，同時，又不能做“帶著望遠鏡走路”的人；要以現狀為出發點，充分發揮經驗的作用，也不能被現狀和經驗所約束。另外，無論是企業的數字化建設還 是CPS開發，都會面臨方法和理念的改變。要意識到變化的發生，才能主動適應變化。 

（本文刊登于2015年4月2日《中國冶金報》第3版）

              來源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網