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谈谈“工业4.0三部曲”的一些思考

      德国在2013年正式发布《德国工业4.0未来项目实施建议》,明确了德国制造业对未来工业的概念和愿景,是德国工业4.0体系的奠基之作,与2015年先后发布的《德国智能服务世界未来项目实施建议》和《德国工业4.0实施战略报告》结合在一起,形成了德国工业4.0体系的核心报告,工业4.0研究院把这三份报告称为“工业4.0三部曲”。

德国工业4.0未来项目实施建议

      为了便于国内行业人士更好理解德国工业4.0体系,工业4.0研究院协同上海工业4.0俱乐部,在2016年7月共同举办三次小型工业4.0研讨会,对有兴趣的行业人士介绍“工业4.0三部曲”,便于大家更好理解这三份报告在行业应用及历史发展中的地位和价值。

      建立在科学抽象层面的讨论

      工业4.0研究院认为,“工业4.0三部曲”是德国各界专家进行讨论的一个框架和结果,实现了在抽象层面(科学层面)与潜在企业及用户讨论未来项目工业4.0的目的,这是“中国制造2025”所缺乏的一个视角。国内一直强调的试点示范虽然对中国制造有价值,但实际上缺乏科学理论层面的抽象,难以进行体系的进一步发展和优化,对处于探索阶段的中国制造业牵引作用不够突出,特别是对于未来工业革命的人士,可能会导致一定的误解。

      客观的讲,德国是一个普遍具有科学素养的国家,对于工业革命的理解,显然超出了全球大部分国家,我们从德国在第二次工业革命中脱颖而出就可以看出,德国对工业革命的理解,是具有较深厚的科学素养功底的。

      了解科学哲学的科学家应该清楚,从抽象层面讨论一个概念和从案例实际讨论一个概念,其价值迥然不同。实际案例的讨论,可以解决企业个体的问题,但很有可能不具有推广意义,这需要科学家把问题抽象,并用科学的方法找到更为通用的解决办法,这个时候才是概念层面的科学解决方案。

      德国在推动新概念形成和发展,也颇具章法。先通过探索性质的工业4.0工作小组提出未来项目,然后在重点解决参考架构及标准,同时也明确了概念主题领域的关键着力点(制高点),这基本上是德国工业4.0三部曲所蕴含的基本过程。

      高度集成的德国工程哲学

      对于科学哲学来讲,本身就是价值观和世界观的体现。一个国家推出某个概念,毫无疑问会带有这个国家的价值观和世界观,工业4.0就是这么一个概念,它毫无疑问体现了德国的工程哲学,从《德国工业4.0未来项目实施建议》来看,它重点体现为三大集成。

      德国工业4.0工作小组(Working Group)在2013年推出“工业4.0三部曲”之一“未来项目”的时候,主要明确了工业4.0的愿景就是“智能化”和“网络化”,并且为德国明确了工业4.0的双领先策略。更重要的是,在“工业4.0三部曲”的“未来项目”中,蕴含了德国的工程哲学——“高度集成”。

      德国是一个比较小的国家,其领土面积不过相当于两个广东省一样,这促使德国必须采用外向型经济,换句话来讲,为了促进德国工业经济的发展,德国显然不能忽视诸如中国这样这样的装备设备进口的大国。

      但正如“工业4.0三部曲”之一“未来项目”所写,“确保德国制造业的未来”是德国提出工业4.0的根本动机,在确保德国制造业未来的具体举措中,领先的市场和领先的供应商(类似国内提的装备制造)是核心。

      与一般行业人士认识不同,工业4.0研究院认为,德国工业4.0三部曲中提到的领先的市场,更多是从装备制造商生态的角度来讲的,也就是如何联合德国国内的其他制造商,形成一体化(高度集成)的供应商合作生态,这如同德国西门子跟SAP合作,共同推数字化工厂解决方案是一个含义。

     中国制造借鉴工业4.0的价值

      客观的讲,国内一些行业人士在学习讨论德国工业4.0概念的时候,是有一定难度的,毕竟德国大部分资料是用德文撰写的,虽然也有英文撰写的报告,但跟德文比较起来,缺失了一些关键的信息,对我们理解德国工业4.0概念及内涵,是不太容易的,有的时候甚至于有误导作用。

      例如,德国在发布《德国工业4.0未来项目实施建议》英文版报告的时候,其英文标题中已经没有“未来项目”(Zukunftsprojekt,德文,含义是“未来项目”),而仅仅是《德国工业4.0战略计划实施建议》(Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0),目前网上流传比较广的就是这个英文版翻译过来的。

      工业4.0研究院翻译了德国大部分工业4.0资料,特别针对德国工业4.0三部曲,进行了多轮审校,并举办内部和外部的小型工业4.0研讨会,对相关内容进行了深入探讨,期望可以为国内行业人士提供一个较小集(就是必看的最少资料)的工业4.0资料,为广泛的行业人士节省更多的研读时间。

      从概念提出者发布的书面资料入手,可以更好理解概念的本质含义和体系,德国工业4.0概念也不例外。虽然有部分来自德国的工业4.0专家也谈到了工业4.0概念和体系的内容,但远远不及这些书面资料更为真实,更便于我们进行研究,工业4.0三部曲的德文、英文和中文版报告,是我们学习德国工业4.0的最佳资料。

      工业4.0三部曲可以在德国相关官方网站找到,大家也可以到工业4.0创新平台上查看原版及翻译资料,这些资料都公开发布在工业4.0创新平台,以方面关注工业4.0的人士研究或学习之用。

     工业4.0三部曲的阅读方法

      为了便于行业人士更好了解工业4.0三部曲的精髓,工业4.0研究院翻译部做了几件事情:

      1. 工业4.0创新平台对这三份报告的德文原版、英文版和中文版(工业4.0研究院翻译)都进行了发布了,都可以在工业4.0创新平台上进行免费阅读和讨论。

      2.  在翻译工业4.0三部曲报告的时候,我们要求对所有内容(包括出版说明、工作组成员、脚注和尾注、所有附录等)进行翻译,以便有研究需要的行业人士参考。

      3. 为了更方便大家学习工业4.0三部曲,工业4.0创新平台邀请了行业专家在报告后面(官方网站页面上)进行评论,就一些难点和关键点进行解读。

      4. 工业4.0创新平台举办的小型工业4.0研讨会,可以根据企业或其他组织的需要,举办特定群体的工业4.0三部曲主题的工业4.0研讨会或学习会,帮助大家提高对德国工业4.0概念和体系的深入认识。

      当然,由于德国工业4.0概念和体系还在不断演进,工业4.0三部曲远远不能代表德国工业4.0体系的全部,另外,中国制造业有自己的实际情况,也不能完全用德国工业4.0概念和体系中的解决方法来解决,但这不妨碍我们学习借鉴全人类的先进思想,也期望中国制造能够早日形成具有科学基础的面向未来的新工业概念和体系。

工业4.0三部曲参考资料:

德国工业4.0未来项目实施建议(中文版)

德国工业4.0实施战略报告(中文版)

德国智能服务世界未来项目实施建议

活动:工业4.0三部曲之一:未来项目

活动:工业4.0三部曲之二:实施战略

活动:工业4.0三部曲之三:智能服务

正确认识工业大数据的三大挑战

  在参与工业4.0创新平台与清华大数据产业联合会举办的“工业大数据概念与关键问题”小型工业4.0研讨会中,笔者应邀分享了工业4.0研究院对工业大数据的一些看法,分别对工业大数据概念、工业大数据流派和工业大数据生态三个关键问题做了分析,并与各位专家进行了有意义的探讨。

  全面认识“工业大数据”概念

  工业大数据这个概念目前很受关注,特别是对于资本市场来讲,其想象空间比较大,但由于相关技术范式还不明确,因此大部分看法都是基于一些不完全的技术理解所做出的判断。

  从字面上理解,工业大数据很容易被认为是大数据在工业领域的应用,也容易把工业领域的一些信息系统使用的传统数据库上升到工业大数据的数据不够大的场景,当然,还有一些商业企业更会把收集的一些毫无价值的实时数据存储起来称为工业大数据。

  迄今为止,工业4.0研究院发现的工业大数据应用场景,虽然可能从生产现场采集了大量的数据,但实际上作为分析之用的数据并不多,一般都要对数据进行清洗和预处理,以便进行更具有知识的数据分析。

  为什么不能采用诸如金融或互联网领域的大数据分析方法?这是很多互联网企业涉足到工业大数据最为困惑的问题。

  实际上,互联网企业大都不清楚工业领域的“非标”特征,大量的装备设备是非标准化的,工艺流程也是非标准化的,因此在构建工业大数据架构和模型的时候,更应该考虑行业知识的应用,这样分析的结果会更加实用。

  一些国际型工业企业(例如西门子)在构建其工业大数据范式的时候,就非常强调应用场景知识的结合,了解互联网大数据或金融大数据的行业人士可以发现,两者考虑的技术关键点是不完全相同的。

  价值观驱动了工业大数据流派

  库恩在《科学革命的结构》一书中指出,科学范式实际上是代表世界观和价值观的。工业大数据作为正在形成的一种科学革命范式,也在逐步形成各种流派,他们代表了各自派别的价值观。

  工业4.0研究院初步研究认为,广泛意义上来认识工业大数据(例如工业互联网、智能服务等概念),美国通用电气牵头的工业互联网联盟可以用“工业互联网”来代表其价值观,由德国西门子等企业组成的工业4.0平台(Plattform Industrie 4.0)更愿意用“智能服务”和“智能数据”来阐释他们对未来工业大数据的认识,当然,中国简单直接用“工业大数据”来代表未来工业的一种新范式。

  对国内的工业大数据认识更进一步细分,还可以分为清华大数据产业联合会、中关村大数据联盟以及工业4.0研究院等具有鲜明特征的流派。

  总的来说,清华大数据产业联合会和中关村大数据联合会都是基于一般意义上的大数据(例如4V标志)来谈工业大数据,更多体现为工业应用场景大数据技术的应用。前者更体现了清华背景企业对大数据应用的商业模式,而后者体现了诸如亚信、用友等企业大数据应用的理解。

  构建工业大数据生态的关键

  任何熟悉IT领域的行业人士都清楚,企业最直接的业务模式是项目,但特别希望可以把项目通用化,形成产品或平台,但实际情况是,除了微软等国际型IT企业有能力形成较为通用的产品或平台,大部分IT企业很难达到预想目标。

  工业大数据生态要求企业有能力平台化,不管企业是生态的主导者还是参与者,工业大数据将来肯定是一种生态存在业态,只不过各家企业在其中的角色是不同的。

  德国工业4.0体系中明确指出了三大集成,工业4.0研究院利用产业经济学和双边市场经济学的理论把三大集成进一步深化为其发展路径。一般情况下,企业需要先完成企业边界内的纵向集成,然后才有机会在单一价值链上延展,实现端到端集成,形成一定的产业链控制力的企业才会更进一步跨界(跨越多条价值链),达到横向集成的结果。

  具有理想的工业大数据企业也许也要经历这样的过程,他们需要通过单个项目帮助企业完成内部的纵向集成,然后把解决方案产品化和平台化,进一步延展自己的核心竞争力。

  正如在工业大数据主题的工业4.0研讨会上讨论中提到的一样,也许工业大数据生态的演进还是要遵循技术、经济和社会的过程,谁能够深刻理解,它也许就会获得未来工业大数据生态的主导权。

中美德未来工业竞争趋势分析

  从全球经济发展情况来看,各主要工业国家已经意识到制造业在经济竞争中的核心地位,要获得未来竞争的主导权,必须重视对未来工业的布局和推动。中美德在最近几年时间,发展了各自的未来工业概念,开始引导本国制造业向各自描绘的未来工业演进。

中美德全球经济竞争的主导权之争

  工业4.0研究院分析认为,深刻认识中美德对未来工业的思考,应该从经济、技术和创新三个维度去考察,观察三个国家在解决产能过剩、应用新工业技术和推进产业创新上的政策及趋势。

  从供给侧改革解决产能过剩

  目前产能过剩是一个全球性的挑战,主要是经过近300年的工业化发展,人类生产制造的能力达到了一个高峰,在满足装备制造需要以及一般制造方面,目前全球已经形成了产业链,包括了常见的OEM和ODM等模式。

  从美国和德国应对产能过剩的经济挑战中,他们自然而然采取了以技术创新为基础的产业政策,按照中国目前的提法,其政策导向可以称为供给侧改革,因为都是以提升产业创新能力为目标的,而不是简单以性价比为竞争手段。

  美国提出了再工业化战略,明确了以“先进制造业伙伴计划”(AMP,Advanced Manufacturing Partnership)为核心的国家制造业战略,加强了国家引导先进制造业的政策,并在2014年开始推动国家制造创新网络(NNMI,National Network for Manufacturing Innovation),在2015年底,已经拥有7个创新中心。

  德国在2013年4月明确提出了《德国工业4.0未来项目实施建议》(目前网络上流传较广的翻译版是英文版过来的,标题和正文内容与德文版略有不同,建议参考工业4.0创新平台发布版本:http://www.innovation4.cn/library/r698),明确把“确保德国制造业的未来”作为其工业4.0建设的目标。

  中国在2015年5月正式提出了“中国制造2025”的规划,其破解产能过程的思路比较突出,并且主要方式是通过大型工程项目(Mega Projects)的方式来实现的。

  技术创新是未来工业的基础

  在传统工业向未来工业演进过程中,制造业要经历工业数字化和网络化的技术改造和升级。在工业数字化方面,美国和德国做的工作比较多,特别是一些国际领先的工业企业,为此做了大量的针对工业数字化的并购,初步形成了面向未来工业的数字化战略布局。

  美国的工业数字化可以以通用电气为典型代表,它经过过去十年时间的探索,已经把自己推向了工业互联网的道路上。通用电气通过工业云平台Predix的推出,基本上奠定了通用电气未来十年努力的重点。

  德国装备制造企业典范西门子早在2007年收购PLM巨头UGS的时候,就明确指出其后10年时间重点需要打造数字化工厂,事实上,最近几年正是西门子收割市场的时期。

  相比较而言,中国工业企业大部分还在4万亿等盛宴中,虽然工信部提出了两化融合的工业数字化发展目标,但由于体制上落地的要求,两化融合最终被类似ISO认证贯标的方式所驱使,其效果可圈可点的地方并不太多,这也促使后续的智能制造和互联网+等概念的提出。

  工业4.0研究院分析认为,中国在2016年底可能会建立以智能制造为核心的未来工业核心概念,借助工业数字化和工业互联网等技术,完善中国的智能制造为核心的未来工业体系认识。

  谁来帮助中小企业实现创新?

  中国目前的经济政策主要是以供给侧改革为主,众所周知,供给侧改革显然要触动传统企业的利益,而这些企业大都处于产业集中度较高的领域。平心而论,在通过创新来推动产业变革方面,这些受益的大型企业会利用政策引导资金以及非市场化资源,继续加强自己的优势,也许不具有垄断力量的零散行业,更期望改变自身地位的中小企业,似乎有机会成为产业变革的中坚力量。

  在美国推行国家制造创新网络计划中,强调把中小企业纳入到其创新中心中去,是国会通过的法令所要求的。从工业4.0研究院观察到的情况来看,已有的7个创新中心,由于都是诸如国防部、商务部等部委跟创新中心所在的州议员等政府要员共同推动的,其产学研已经有一定的效果。

  德国主要以弗劳恩霍夫等产学研的机构在推动相关工作,事实上,美国的国家制造创新网络也是借鉴德国弗劳恩霍夫的产学研效果提出的一个国家级的产业创新计划。不过,德国也担心在面向未来工业转型过程中,中小企业难以参与进来,这会大大影响德国工业在全球的竞争力,由此也推出了专门针对中小企的数字化支持计划。

  当然,如果把欧洲作为单一的市场来看,欧盟也推出了Horizon 2020,同时也重点对“未来工厂”(Factories of the Future)等技术创新投入了不少资金,更值得关注的是,针对中小企业的需要,欧盟还推出了I4MS计划。

  总而言之,中美德等主要制造业国家已经在国家战略层面推出了相关概念,拉开了未来工业的竞争序幕,谁能够真正引导本国产业加快技术和商业创新速度,就会成为未来工业的赢家。

参考资料:

1. 德国工业4.0未来项目实施建议,http://www.innovation4.cn/library/r698

2. 胡权:中美德未来工业概念及影响,http://www.innovation4.cn/library/r957

3. 欧盟未来工厂2020路线图中文版,http://www.innovation4.cn/library/r925

4. 美国先进制造业伙伴计划,http://www.innovation4.cn/library/r54

5. 美国NNMI 2016资金支持计划,http://www.innovation4.cn/library/r969

6. 美国学习德国制造业的创新战略报告,http://www.innovation4.cn/library/r64

7. 德国工业4.0实施战略中文版,http://www.innovation4.cn/library/r771

工业4.0研究院十年(Future 10)战略

  自2013年成立之日起,工业4.0研究院一直在探索工业领域的创新。经过三年时间的探索与研究,工业4.0研究院明确了未来十年(2016-2025)的Future 10战略,确定把建设全球新工业价值生态作为愿景。

  为了实现以网络化(Networking)为核心特征的第四次工业革命,工业4.0研究院经过多年的准备,正式推出了工业4.0大计划(Mega Plan on Industrie 4.0),作为未来3年发展的指南,其主要内容如下:

  计划一:工业4.0创新平台(INNOVATION 4.0)

  工业4.0创新平台是践行创新4.0理念的具体实现,主要提供理念传播、案例分享和创新社区三大专业服务,帮助更高效实现全球工业创新实践。平台的主导思想是“开放创新”(Open Innovation),充分发挥大众创新能力,但也充分体现了工业4.0研究院的专业素养。

  计划二:开放工业云计划(OIC,Open Industrial Cloud)

  工业4.0研究院认为,一个产业生态的竞争力,体现在创新速度是否超越行业平均水平,这也是全球工业大国纷纷推出创新计划的原因。对于工业领域的网络化趋势,工业4.0研究院与全球顶级的创新组织合作,推出了开放工业云计划,该计划将采用开放硬件体系和开源云等未来技术,切实推动全球新工业价值生态的形成。

  计划三:未来CPS计划(Future CPS Initiative)

  2006年提出的信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)将成为未来全球新工业价值生态的核心技术,工业4.0研究院在2015年初就设立了CPS研究中心,持续推动CPS相关技术的研究与实践。目前重点利用诸如RNN(Recurrent Neural Network)、CNN(Convolutional Neural Network)、TensorFlow(Google开源的AI)等人工智能开源系统探索生产现场的智能化,未来CPS计划将加强与开放工业云计划的协同。

  目前工业4.0研究院主要集中到以上三大计划推进相关工作,关于更多面向未来十年战略(Future 10)的新项目,我们会根据全球技术创新的进展,及时对外公开发布,相关信息主要发布在工业4.0研究院官方运营的工业4.0创新平台上。

     对于有兴趣了解工业4.0研究院相关工作的同行,可以报名参加工业4.0创新平台常规举办的工业4.0研讨会,该研讨会主要是为了促进工业4.0生态的繁荣和创新。工业4.0研讨会主要以小型(不多于10人)的方式举办,同时也会与相关单位合办一些较大型的活动。

     媒体及合作联系:wangmf(#)innobase.cn, 请注明联系事由,并做简要的自我介绍。

从范式的构建谈C2B与工业4.0

  最近几年时间,国内外出现了一系列的新概念,例如信息经济、智能制造、两化深度融合、C2B、工业4.0及工业互联网等,从范式的角度来看,这些概念本质上是为了构建非常规科学的新范式。工业4.0研究院认为,有必要从新范式构建的角度去认识诸如C2B和工业4.0概念及体系。

  笔者主要谈三个观点:一是目前中国国内的概念比较混杂,主要是专家学者以及官员没有主动意识到这是范式构建的问题;二是阿里巴巴主推的C2B范式是有世界观的,它是代表互联网企业的利益;三是德国主推的工业4.0概念和体系,主要是代表装备制造企业的利益。

  第一,国内业界持有多种概念,而大家往往对这些概念缺乏深入的认识,或者一些概念根本没有专家学者去完善及发展。之所以出现这样的状况,一方面是有些概念没有存在的必要,另外一方面是专家学者自觉或不自觉的忽略新概念是在构建新范式。

  按照美国著名科学哲学家托马斯·库恩在《科学革命的结构》一书的阐述,新技术革命时期会产生一系列的新概念或范式。库恩认为,范式是指一个共同体成员所共享的信仰、价值、技术等的集合。

  国内出现的信息经济(不是信息经济学)、智能制造、两化深度融合、C2B、产业互联网等赋予中国特色的概念,大都缺乏主导这些概念的创始人。例如,迄今为止,我们也不清楚前面提及这些概念的提出者。就工业4.0研究院了解的来看,信息经济主要是工信部信息化与软件服务司副司长安筱鹏通过中国信息化百人会在不断完善相关理论,智能制造和两化深度融合两个概念几乎没有任何官方或非官方的专家学者出来认领创始人,C2B是由阿里巴巴的曾鸣和宋斐在《商业评论》2012年1月号发布的《C2B:互联网时代的新商业模式》专门提出的(有读者反馈2006年曾有复旦大学陈健在《中国服装业创新商业模式的研究》中提出了C2B概念,参考:http://www.innovation4.cn/library/r738),产业互联网主要是一些电信企业(包括华为和亚信等)关注。

  我们对这些概念不做具体评价,但一个不争的事实是,这些概念一经提出,很少有专家或机构去不断完善发展,工业4.0研究院可以观察到的比较有成效的概念恐怕只有C2B,主导概念完善和发展的阿里研究院自然有商业利益在里面。

  第二,作为阿里巴巴的研究机构,阿里研究院担负完善相关理论的职责,阿里巴巴一直提生态系统构建的思路,C2B自然要打造为一个承载生态系统的概念。事实上,C2B的确发展为一个较为完善的生态构想。

  美国科学哲学家库恩早在半个世纪以前就明确指出,范式是有世界观的。阿里研究院主导的C2B概念拥有有利于阿里巴巴利益的世界观,从概念表达的对未来生态的构想来看,互联网平台仍然是未来生态的主导者,如同现在存在的B2C平台阿里巴巴和C2C平台淘宝网一样。

  国内大量企业家期望成为成功的马云或阿里巴巴,大部分缺乏构建一个全新范式的能力,追随阿里巴巴提出的C2B范式,是一个最简单的选择。从C2B传达的含义来看,阿里巴巴强调互联网平台的基础价值,这是其世界观和价值观决定的。

  不过有趣的是,商业是动态发展的,少数企业不会简单的追随C2B的概念,他们可能会创新模式,获得新的发展空间。

  第三,对于产生大量科学家的德国,他们一向不缺乏严谨的科学素养,在构建未来工业所需要的理论体系方面,我们不应该怀疑他们有能力构建一个完备的范式,工业4.0就是他们的最新成果。

  与C2B类似,工业4.0从诞生之日起,就作为一个范式具有了世界观,它的核心目的就是为了“确保德国制造业的未来”(需要了解详细内容的,请参考工业4.0研究院翻译自德文版的《德国工业4.0未来项目实施建议》,http://www.innovation4.cn/library/r698),同时,德国工业4.0工作小组在报告中明确提出了双领先策略,领先的供应商和领先的市场都是针对装备服务来的,这就是德国工业4.0概念的世界观和价值观。

  可惜国内一些专家学者忽略了德国工业4.0本质上的含义,特别是没有区分一般制造和装备制造之间的差异,更没有认识到德国工业4.0概念和体系已经完成了其范式的构建。

  按照美国科学哲学家库恩提出范式概念的解释,德国工业4.0概念已经有两个必要条件:一是有共同体,主要是德国制造,二是有了共享的信仰、价值、技术等。

  为了推进德国工业4.0的共同体,最近德国工业4.0平台还与美国工业互联网联盟建立了合作关系,同时,它一直在跟中国相关部委及研究院进行交流(其中包括工业4.0研究院)。对于德国工业4.0所代表的共享信仰、价值和技术等,德国工业4.0平台在2015年推出的《工业4.0研发课题白皮书》(可以参考工业4.0研究院翻译发布的中文版, http://www.innovation4.cn/library/r699),明确了一个范式所需要的各种标准及技术架构,奠定了工业4.0继续演进的基础。

  综合以上的分析,笔者认为中国制造在新技术革命时期,应该重视核心范式的选择,不应该把大量精力放到多种范式的构建,这不利于正确引导中国制造的转型升级,当然,在构建范式的时候,应该让更具有生命力的范式脱颖而出,成为中国制造的软实力。