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“第四次工业革命” 宣言

      哈佛商业历史学家钱德勒在《信息改变了美国》一书中明确提出,信息技术改变了美国,这就是第三次工业革命,钱德勒甚至于还想把书名改为《第三次工业革命》,但最终并未成行。虽然以信息技术为驱动力的第三次工业革命还没有结束,但以人工智能、物联网、机器人等为核心的第四次工业革命已经在酝酿之中。

      工业4.0研究院经过三年多的时间,对德国、美国、日本、英国、法国等主要工业强国进行研究,特别是针对德国工业4.0概念和体系发展,进行了长达四年多的持续跟踪研究,形成了对第四次工业革命的一些认识,我们把这些认识称为“第四次工业革命宣言”。

      第一,虽然德国在2013年就明确提出了工业4.0,随后也在多份报告中提到工业4.0就是所谓第四次工业革命之说,但从德国实际推进工业4.0的解决方案等思路来看,其解决方案以数字化为主要内容,并无足够的网络化和智能化要素,实在担负不起第四次工业革命的名号,这实际上把“工业4.0”降为第三次工业革命的概念。

      具体来讲,德国工业4.0已经“沦落”到数字化的代名词,无法承载第四次工业革命的愿景和前景,这是一个较为沮丧的结论,毕竟德国初期还是高打高举,但德国工程师后来长期占据德国工业4.0平台,给经济学家参与的机会并不多,直接导致工业4.0概念接近现实。

      第二,在第四次工业革命到来之际,产业政策与市场力量的平衡将成为其成败的关键,衡量和平衡两者的判定标准集中到创新的速度,如果产业政策有助于快速创新,自然应该加强产业政策,但如果市场力量更容易带来创新的加速,就应该让市场来决定赢家。

      第三,全球各个国家大大低估了人工智能在推动第四次工业革命快速到来的价值。由于上个世纪80年代日本推动了当时的人工智能驱动的智能制造系统(IMS,Intelligent Manufacturing Systems),最终陷入失败境地,这种影响直到现在还存在——大部分有历史印象的专家都避免谈智能制造,也是想尽量跟日本的失败保持距离,但当时日本提出的IMS目标仍然是适用的,利用IMS来解决所有产业问题,实际上就是寻找通用目的的技术,人工智能可以扮演这个角色。

      上个世纪日本在推动IMS的时候,日本已经在特定行业和特定企业实现了智能制造,但要在所有行业提供通用目的智能制造系统,几乎是人类社会的追求,美国专家评价,日本IMS就是想成为教科书式的解决方案,但当时的技术水平还达不到。不过现在随着机器学习等人工智能技术的发展,人类社会有机会进入人工智能等技术驱动的第四次工业革命时期。

      第四,中国制造的转型升级涉及到全球制造业的格局,但显然不能陷入德国的言语体系,因为意味着不同技术体系和路径的第四次工业革命,驱动力是完全不同的,第三次工业革命依靠信息技术和自动化技术的结合来实现,这显然不会成为第四次工业革命范式的核心。

      回顾德国提出工业4.0的初期,是把工业4.0列为未来项目来完成的,但由于全球各国追捧工业4.0概念,亟需德国提出产品级的解决方案,迫使德国把工业4.0降为工业3.0的解决方案,中国制造完全可以不按照德国的发展节奏,根据第四次工业革命的规律,走出中国特色的第四次工业革命道路。

引用及转载说明:本文引用自工业4.0研究院发布的“第四次工业革命宣言”。

关于中国CPS战略的几点小建议

      在2013年,德国正式提出工业4.0的时候,信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)作为其基础技术,就成为了国内一些专家追捧工业4.0时必提关键词,但由于CPS概念的抽象,实际上在过去3年多时间几无进展,这种状况直到工信部去年开始加强白皮书编撰才得以改变。

      工业4.0研究院过去四年时间一直研究工业4.0之核心技术CPS,略有一些心得,并在2015年设立了CPS研究中心,针对中国CPS战略和技术创新做了一些探索,形成了一些不成熟的小建议。

美国和欧盟科技创新合作计划(BILAT USA 4.0)

      建议一:CPS目前针对的是复杂行业,大部分处于TRL 1-3阶段,按照美国跟欧盟H2020科技创新合作计划BILAT USA 4.0关于CPS方面的说明,目前双方合作是处于竞争前阶段(pre-competitive)。

      国内不少专家认为CPS是一个可以利用的技术,但实际上它还处于基础科学不够成熟的阶段,难以实现真正的行业应用。美国国家科学基金(NSF)的专家在CPS-VO会议上指出,CPS针对的是系统产业(Systems Industry),并不适合简单的行业(至少目前如此),由于CPS涉及到跨学科的技术,目前还未有成熟的技术体系,因此应用还处于探索阶段。

      事实上,虽然德国工业4.0把CPS作为技术基础,在之前Acatech还组织专家研究了SPES和agendaCPS,但实际上真正推进工业4.0体系的时候,提及CPS的频度是降低的,工业4.0研究院认为是CPS作为一种技术概念,难以在工程上形成有效的工具。

      基于以上原因,对于国内正在进行的CPS工作,应该对基本问题进行探讨,切实认识到CPS还处于TRL 1-3的现状,多从研究和创新角度下功夫,不应该跨越式推动试点示范。

      建议二:从国外经验来看,CPS应该有一个较高层面的协同,诸如科技部、教育部和中科院等加入CPS相关工作来,可能对推动我国CPS研究和创新颇有价值。

      从国内跟踪研究CPS的工作来看,主要是中科院和一些高校教授主动跟进研究CPS,但后来因为相关资金支持等问题,CPS实际上经历了大约10年时间的冷落,直到国内开始追捧以CPS为基础的德国工业4.0,CPS才再次被发掘出来。

      不过,国内再次关注CPS,可以联合过去十多年参与其中的一些研究力量,由于各个机构关注重点不同,完全可以形成更有效的合作推进格局。

      例如,中科院更关注基础科学的研究,高校更关注相关人才的培养,科技部更关注科技创新,国家标准化管理委员会更关注标准和测量,工信部更关注产业的推进……要达到这样的格局,需要更高层面的协同,难度应该不小。

BILAT USA 4.0标识

      建议三:由于CPS跟IoT之间的关联比较大,可以考虑中国信息物理系统发展论坛(CPS Forum)跟信通院发起的工业互联网产业联盟(AII,Alliance of Industrial Internet)之间的协同,同时还可以考虑类似美欧协同研究组织BILAT USA 4.0一样的双边合作。

      大家知道,CPS的技术工程基础是嵌入式系统(Embedded System),它们之间的网络化就形成了CPS或IoT,在美欧之间进行科技创新联合研究项目中,也是把CPS/IoT放在一起进行研究的,其根本原因是它们都是综合性非常强的新概念,至少在TRL 1-3阶段,两个概念还没有分道扬镳。

      从德国的agendaCPS、SPES/SPES XT、ARAMIS、CRYSTAL和IUNO等研究与创新项目来看,都是认为CPS和IoT具有相似的研究目的。美国在CPS PWG、NSF支持的CPS-VO、DARPA支持的AVM、SIMPLEX、HACMS、MoBIES、PCES等项目中,也有类似的思路。

      工业4.0研究院认为,既然CPS目前还需要大量的基础性研究,还没有任何企业可以真正从CPS概念(除了忽悠)形成工程解决方案,那么国内外相关组织联合起来共同攻关,先解决一些科学上抽象的问题,不失为多赢的做法。

     据BILAT USA 4.0官方网站介绍,美国和欧洲联合进行CPS/IoT等研究与创新项目的时间周期,就是设定为3年时间,也就是大家先在3年之内进行联合研究,也许到了3年之后,相关技术已经成熟,可以作为解决方案进行应用,大家再分道扬镳参与市场竞争未尝不可。

      总而言之,作为一种科学技术存在的CPS,非常值得关注,并进行深入的研究,诸如数字孪生体(Digital Twin)和数字线程(Digital Thread)等美国国防部发明的系统工程工具,就是实践CPS应用的探索。在迈向所谓第四次工业革命过程中,一定会出现一些耳目一新的新科学和新概念,这正是我们这一代人有所作为之处。

参考资料:

工业4.0研究院设立“CPS研究中心”,http://www.innobase.cn/?p=172

信息物理系统标准化白皮书(2016),http://www.innovation4.cn/library/r747

信息物理系统白皮书(2017),http://www.innovation4.cn/library/r14012

美国信息物理系统框架草案,http://www.innovation4.cn/library/r2318

德国信息物理系统综合研究报告,http://www.innovation4.cn/library/r2319

US-German Workshop on IoT/CPS: Report,http://www.innovation4.cn/library/r14008

NIST Cyber‐Physical Systems Public Working Group (CPS PWG),http://www.innovation4.cn/library/r14001

胡权:工业4.0应投资通用目的技术

亲爱的21世纪经济报道读者:

      德国2013年正式提出了工业4.0,得到了国内热烈的追捧,并形成了一股工业4.0的投资浪潮,由于难以实现投资推进规模化发展的目的,从中实际获益的投资者并不多。目前投资大都没有考虑技术的非标技术特征,但通过选择通用目的技术的投资标的,可以大大增加投资的成功概率。

21世纪经济报道新年文章配图

      我们首先要区分一般制造和装备制造的差别。简单的来讲,一般制造就是普通消费者购买的空调、电视和手机等产品,美的和海尔等企业本质上是一般制造的企业;而装备制造的产品主要应用到一般制造的工厂,它们生产的大都是机械设备、机器人或工业软件等。

      目前国内一般制造大都过剩,虽然有机会实现供给侧改革,通过创新提升产品的吸引力,但推动产品创新的基本技术,仍然是装备制造。因此,关注装备制造的通用目的技术,是目前最具吸引力的投资机会。

      通常情况下,装备制造大都需要满足特定的企业需求,我们可以从模块、设备、产线及工厂多个层面来看,产线和工厂需要系统集成商来提供,目前大都是非标准化的,但如果拥有核心技术,可以提供设备级或模块级的标准化产品,例如通用机器人、PLC或传感器等,就有可能发挥规模经济效用,这也是工业经济的基本特征。

      提供设备级或模块级的装备,竞争对手一般都比较强大,具有很强的研发能力,例如,提供低能耗物联网芯片的ARM公司,最近就被日本软银收购,这不是普通的投资者能够把握的,但非标特征突出的系统级解决方案,由于硬件与软件融合的影响,变成具有一定标准化特征的投资机会,也就具有了规模化发展的可能。

      简单的讲,诸如工业物联网及机器学习等技术应用,有机会改变原有系统级解决方案非标特征,从而为实现经济规模化提供了可能。

      传统的投资理念大都从企业经营实际出发,通过产业链分析,找到产业链所需要的核心技术,投资一些拥有核心技术的企业,从而坐等企业占据市场获得收益,但核心技术并不一定满足通用目的的要求,从而难以构建具有规模化发展的解决方案,即便在资本的刺激下,也难以解决非标这个问题。

      最近几年时间受资本追捧的MES,被认为是工业4.0投资必备标的,但实际情况并不如此。为了实现生产制造的智能化,的确需要对生产现场的设备及产线进行管理,通过加装传感器或直接从智能设备采集数据是必要的步骤,但更重要的是,通过采集的数据做出决策,对生产现场进行管理,这要求特定的系统集成,实际上就是非标的集成了。对于20年前设计的MES体系,难以完全考虑20年后的技术发展,特别是云计算和机器学习等新型技术的应用,有可能改变MES的非标状况。

      如果企业家真正意识到非标解决方案的局限,并可以大胆创新,就可以找到具有通用目的的解决方案。事实上,从工业4.0研究院最新研究成果来看,在数字化设备领域已经具有一些机会,诸如工业互联网平台,就出现了GE的Predix和西门子的MindSphere,它们都是冲着通用目的解决方案而去的,可见通用目的的数字化装备已成为一个值得投资者关注的大机会。

      具体来讲,在工业领域出现了一些新的概念,它们实际上代表了所谓通用目的技术的可选项,这也意味着在工业领域,将出现一批平台级的企业。

      工业4.0研究院把这些通用目的技术分为三种:一种是模块或设备层面的通用技术,它可能的呈现形态是具有智能化功能的雾盒子(利用雾计算的设备),在GE的体系中被称为Predix终端;第二种是从产线视角的制造操作系统,也被称为MOS(Manufacturing Operating System),可以从MES的基础上演进过来;第三种是产品的全生命周期管理,涉及到工业云的服务能力,可以承载诸如预测性维护以及物联网金融等先进业务。

      对于投资基金来讲,要覆盖以上提及的三个通用目的技术领域,并让它们发挥效用,需要建立工业4.0生态投资的理念,简单的投资一个掌握某项具体技术的企业,并不能帮助这家企业提供通用目的的解决方案,只有投资一系列的企业,才可能组成某个工业4.0生态,最终为投资者提供具有确定预期的回报。

      如果从投资的全周期来讲,恐怕要从项目开发、尽职调查、项目论证、投资决策到投后管理等都需要做出改变,用工业4.0生态投资的理念来指导相关工作,并瞄准通用目的技术中的佼佼者,通过投资者和企业家两者共同努力,推动真正的工业4.0生态发展,才可能实现其目标。这一点可以从GE、西门子和软银等企业投资与技术平台发展两者结合中找到参考。

      总的来讲,对于进入2017年的投资家们,继续关注工业4.0领域的投资机会,以工业4.0生态的先进理念作指导,重点瞄准通用目的的技术带来的颠覆性创新,会给新型的工业投资家带来历史性的机遇,这将伴随着中国制造转型升级,成就中国资本梦。

工业4.0研究院院长兼首席经济学家 胡权

2017年1月1日

本文刊登于《21世纪经济报道》,原文链接:http://www.21jingji.com/2017/1-16/3OMDEzODFfMTQwMTg3OQ.html

打造未来世界的工业互联网操作系统

      在个人电脑时代,操作系统成就了微软的霸业,即便在互联网以及移动互联网阶段,微软的Windows仍然是个人电脑的掌控者,并延续了30多年的霸主地位。按照同样的逻辑,在未来的工业,也应该有类似工业互联网操作系统平台出现, 并拥有持续的竞争优势。

全球工业互联网操作系统对比

      据工业4.0研究院跟踪观察,通用电气是最早正式提出工业互联网操作系统的知名企业,但公开的资料寥寥数语,实际上也没有把所谓工业互联网操作系统讲清楚,但这已经足以让大家发挥想象了。最近,在西门子投行会议上的发言稿中,也明确提出了物联网操作系统的提法。

      由此可见,工业互联网操作系统已经成为了有理想企业的追求。

      这对工业4.0研究院推动的INNO DIGITAL也不例外。在2016年正式推出INNO DIGITAL之后,就明确提出了“打造工业互联网操作系统”的目标。结合到工业4.0研究院CPS研究中心多年来的研究成果,已经在通用目的技术方面积累了大量的成果,借助INNO DIGITAL,可以把工业互联网操作系统相关技术应用起来。

      从操作系统的定义来看,可以提供通用目的功能,在一定程度就可以称为操作系统。虽然有一些专家把生产现场的管理系统制造执行系统(MES,Manufacturing Execution System)称为制造业的操作系统,但距离现代理念的操作系统还是有比较大的差距,主要是MES的个性化特征太严重,至少也应该MOS(Manufacturing Operating System),这才符合现在技术可以达到的水平。

西门子工业互联网操作系统

      众所周知,西门子在数字化工厂解决方案中,是有一个MOM(Manufacturing Operations Management)软件,国内也有一些专家把MOM称为工业级的操作系统,但实际上西门子自己也没有把MOM称为操作系统。

      在2016年底的公开资料上,工业4.0研究院首次发现西门子把MindSphere称为物联网操作系统(IoT Operating System),并且西门子还把数字孪生体(Digital Twin)加入到其整体体系中,算是仓促形成了完整的体系。

通用电气的Predix生态系统

      对于最早提出工业互联网概念的美国通用电气,其工业互联网战略思路清晰,已经明确把Predix作为支撑其未来数字化战略的基础,在通用电气CEO多次演讲稿中,出现了工业互联网操作系统(Industrial Internet Operating System)的提法,事实上,通用电气的并购或剥离、业务发展以及研发重点,都体现了打造工业互联网操作系统的雄心。

      在工业4.0研究院跟通用电气全球研究中心(GRC,Global Research Center)专家Joe J. Salvo做的小型工业4.0研讨会上,对于如何实现工业互联网操作系统的目标,他简单说了一句,“当然是创新(Of course it is innovation)。”

      我们认同这个看法,真正决定未来工业互联网操作系统命运的,毫无疑问要看制造企业的选择,有一点是肯定的,将来不太可能每家制造企业都拥有一个类似Windows的操作系统,因为未来工业肯定是工业云系统。

      也许会有几个工业互联网生态,类似苹果的iOS和Google的Android,但也一定也有一些边缘化的操作系统,类似微软的Windows Phone,或者三星公司的Tizen。是否拥有一定规模的工业互联网操作系统,决定了该平台生态的竞争优势与生命力,当然,也代表了该平台生态可能拥有的价值。

工业4.0研究院设立人工智能研究中心

引言:在工业4.0研究院16年年度全院大会上,明确了全院加强建设数字化装备(DIGITAL MANUFACTURING)的战略目标,同时确定了2017年是工业4.0研究院人工智能创新年,并正式成立人工智能研究中心。

      经过三年多时间的发展,工业4.0研究院已经在经济战略和先进技术两个方面的研究工作中卓有成效,进入17年之后,工业4.0研究院决定整合院现有实验室及研究中心资源,设立人工智能研究中心(AIRCC,Artificial Intelligence Research Center of China)。

      为什么把人工智能作为17年的重点工作?

      用一句话来讲,人工智能(Artificial Intelligence,AI)是通用目的技术(General-Purpose Technologies, GPT),它成为工业4.0研究院提出的中国版工业4.0体系的基础。工业4.0研究院期望借助人工智能的研究,加快推进工业4.0创新生态的发展。

      针对制造业的人工智能研究及创新,工业4.0研究院明确了以下内容:

      1. 设立工业4.0研究院人工智能研究中心,与全球人工智能研究及创新的机构建立联系,共同推进人工智能在制造业的应用。

      2. 加强人工智能在数字化工厂以及智能工厂解决方案的应用。

      3. 基于开放实验室4.0,进一步推动技术创新、风险投资以及资源对接工作,重点加强工业4.0创新基金和上市企业的战略合作。

      4. 为上市企业和投资基金提供收费的专业服务,相关收入计入工业4.0创新基金,作为推动中国工业4.0创新生态的支持。

      工业4.0研究院的愿景是“引领第四次工业革命”,在2013年成立之初,就认定人工智能、CPS、物联网以及机器人等先进技术将在未来工业体系中占据重要位置,甚至于成为发展的驱动力。

      事实也是如此,从工业4.0研究院CPS研究中心最近几年的研究成果来看,如果不利用先进机器人技术,高度自动化实现不了;如果不利用CPS技术,高度信息化也难以实现;而如果不利用物联网技术,高度网络化更无从谈起。更重大的发现是,如果没有控制论、复杂系统以及人工智能相关技术作为支撑,前面提及的三大高度化也谈不上突破。

      在2017年,预期工业4.0、工业互联网、智能制造以及数字化工厂等概念将再次焕发光彩,其中,改变它们的基本动力将来自于跟人工智能等通用目的技术的结合,这也是工业4.0研究院在新一年的小目标,希望全院员工努力创新,推进中国工业4.0创新生态的快速发展。

      欢迎对工业4.0研究院人工智能创新小目标有兴趣的投资基金和上市企业联系我们,共同探讨新的发展机会及计划。

      联系邮箱:wangmf(#)innobase.cn,王明芬副院长