Archive for 2016年12月29日

《全球工业4.0研究报告》(2017年)

      为了帮助国内行业人士从本质上理解工业4.0的基础体系和应用情况,工业4.0研究院组织了工作小组,撰写了《全球工业4.0研究报告》(2017年)(报告全文:http://www.innovation4.cn/library/r5122),对主要的工业国家制造业战略及应用的情况作了较为完整系统的分析,并总结成为各个国家的工业哲学。

全球主要工业国家的工业哲学

      丛经济学及工业文化等视角来看,德国工业4.0体系之根本是高度集成的演进思路,而美国先进制造希望充分发挥其开放式创新的优势,日本与德国类似,其自动化及机器人应用较为广泛,工业特征是高度自动化的思路,最后是中国制造的基本特征,工业4.0研究院总结为低成本优势。

      工业4.0时代的群雄逐鹿未来工业

      虽然各个主要工业国家都提出了对未来工业的概念,例如,德国提出了工业4.0,美国提出了先进制造,中国提出了中国制造2025等,但德国从历史视角提出的工业4.0,的确得到了较大程度的关注。

      在工业4.0研究院撰写的《全球工业4.0研究报告》中,年度报告编委会对德国、美国、日本和中国四个主要工业国家的国家战略、产业政策以及典型案例都进行了较为完善的分析。

      报告对各个工业国家提出未来工业战略背后的驱动因素进行了分析,主要分为推动国内GDP增长、实现全球贸易平衡和加强国家竞争优势。总的来讲,每个工业国家都是为了保障推动经济增长的驱动力——制造业的未来。

      德国推动数字化牵引工业4.0

      为了推出工业4.0概念,德国工业4.0平台发布了三份相关报告,工业4.0研究院称这三份文件为“工业4.0三部曲”,这是任何认真的学者都应该阅读的报告。比较重要的是,德国在提出工业4.0的时候,是以“未来项目”(Zukunftprojekt,德文)来介绍的,也就是说明德国实际上认为工业4.0并没有到来。

      工业4.0研究院进一步分析了中国版工业4.0概念,初步认为工业4.0启动的时间可能在2020年,在那个时候,工业4.0相关的网络化技术(例如工业物联网、服务互联网等)和智能化技术(例如工业传感器等)才初步成熟,具有规模化应用的可能,而网络化和智能化是工业4.0的两大技术特征。

      美国聚焦先进制造显霸主雄心

      虽然德国在概念提出方面,似乎占得头筹,但美国在奥巴马政府时期提出的先进制造计划,以及后续落地实施的国家制造创新网络(NNMI,National Network for Manufacturing Innovation),凸显了美国的开放式创新能力。

      与德国工业4.0三部曲一样,工业4.0研究院也选出了三份跟先进制造有关的报告,作为期望了解学习美国先进制造概念和体系的参考资料。

      日本多管齐下保机器人领先地位

      从工业4.0研究院跟踪研究日本经济政策和产业概念来看,日本之所以提出创新产业结构计划(IVI,Industrial Value Chain Initiative),这跟安倍经济学的一贯主张是一致的,同时也可以为了应对所谓第四次工业革命(德国工业4.0)的挑战。

      在具体的产业政策方面,日本经济产业省发布了物联网加速联盟(IoT Acceleration Consortium,IIAC)、机器人革命计划(Robotics Revolution Initiative,RRI)和人工智能研究中心(AI Research Center, AIRC),形成了新科技领域的完整布局。

      智能制造巩固中国低成本优势

      众所周知,中国制造在过去三十年时间,成功的实现了工业化发展,并再次推动中国制造的产值成为了全球第一位(2010年),但是,西方发达工业国家已经意识到中国制造带来的挑战,并逐步开始推行再工业化,这迫使中国制造再次进行转型升级。

      然而,缺少了人口红利的中国制造转型升级面临了较大的挑战,一方面制造业成本指数(按照BCG研究报告)已经接近美国,相比之下已经没有多大优势,另外一方面,中国制造的过度投资和竞争,已经导致产能过剩,在全球贸易再平衡的大背景下,对中国制造极其不利。

      但是,中国制造又面临新一轮工业革命,先进制造技术的应用,有可能给真正有能力创新的企业带来重塑中国制造产业的机会。大家从诸如工业互联网平台运营者逐渐增加等迹象都可以看出,中国制造正处在一个大变革的时代。

      《全球工业4.0研究报告》(2017年)是工业4.0研究院计划的年度报告,由年度报告编委会组织专家完成。报告涉及的主题和内容都非常丰富,并引用了工业4.0创新平台发布的大量的原始或翻译报告,读者结合到这些参考资料阅读,有可能带来新的启发。

中国工业互联网平台生态蓄势待发

      2013年美国通用电气提出工业互联网概念,并联合AT&T、思科、英特尔和IBM组建工业互联网联盟(IIC,Industrial Internet Consortium),引起了全世界的关注。通用电气于2015年推出工业互联网平台Predix,西门子在2016年发布MindSphere和Sinalytics,国内诸多力量也借势推出了类似平台,这宣告全球新一轮工业互联网平台生态竞争的开始。

中国工业互联网平台运营企业

      从工业4.0研究院梳理的情况来看,目前主要有两种类型的企业参与工业互联网平台生态的竞争:一类是传统的制造企业,诸如航天科工、三一集团、红领集团以及海尔电器等,它们跟通用电气和西门子的情况比较类似,都是在行业纵深解决方案已经有了积累;另外一类是全新的参与者,它们的背景一般都比较复杂,在行业领域积累较少,但也没有前者所面临的各种负担。

      航天云网:国家级代表

      客观的讲,航天科工是跟通用电气最为接近的企业,因为不管是从规模还是产品形态,都是最吻合的企业,这也是航天科工集团最终推出了航天云网的基本理由。航天云网定位于“航天科工国家工业互联网平台”,其目的也就是成为国家级工业互联网平台的代表。

航天云网平台的整体技术架构

      航天云网是按照李伯虎院士多年来研究的云制造思路来启动的,虽然实际运行者在此基础上做了较大的改进,但核心思路是比较明确的。一方面航天云网强推三哑改造,期望采集大量的数据到工业云平台上,另外一方面,航天云网还充分借助互联网+等理念带来的产业链整合趋势,加强了供应链的信息化管理能力提升。

      在航天云网对外公开演讲资料中显示,三哑改造主要涉及到哑设备、哑岗位和哑企业,其本质上还是两化融合的问题。要改进中国制造业过去三十多年累积的技术、流程和管理等问题,其复杂度可想而知,但航天云网把其平台的使命定位于“国家制造业主权之争”,必须成功决心很大。

      对于三朵云平台,航天云网计划在2016年实现50万户上线,跟通用电气把平台工业应用的规模最为生态竞争力相比,似乎双方的平台战略思路也不完全相同。

      酷特智能:红领的转型

      红领作为中国制造企业的一个缩影,体现了中国传统低端制造领域的竞争优势。从人类社会工业化以来,纺织和服装就成为了第一个实现工业化的行业,其后虽然发生了多次工业革命,但基本上对服装行业的变革并不大,其根本原因是服装行业的时尚特性,生产制造环节在产业链上的话语权并不大。

青岛红领的魔幻工厂大巴车

      这也是红领创始人张代理过去十多年一直纠结于心的挑战,随着国内互联网蓬勃发展带来的刺激,大大改变了红领公司的认识,如何利用互联网工具,改变服装行业的业态,成为红领公司的一个转折点。

      按照后来投资红领新设酷特智能公司的复星国际财报中提及,酷特智能是被认为传统行业互联网化的一个代表,这也是在发展初期红领联合同城的海尔发起互联网工业联盟的根本动机。

      可惜的是,从目前可以看到的公开资料来看,红领或酷特智能一直没有发布通用目的的平台,目前看得到的是完全个性化的魔幻工厂平台,其主要目的是为需要定制西服的消费者提供C2M服务,但这样的平台要推广到其他行业,需要做大量非标工作的,这也是同行并不完全赞同红领做法的原因之一。

      树根互联:梁稳根的希望

      三一重工作为民营企业中的领先者,在工程机械领域打下了一片天地。据媒体报道称,三一重工的创始人梁稳根每年都会到德国去好几趟,其目的就是想学习德国机械企业的先进经验。事实上,三一重工也一直在进行技术革新,其中,18号厂房就是重金打造的示范智能工厂。

三一集团树根互联公司推介会

      随之而来的金融危机以及工程机械行业激烈的价格战直接导致了新建18号厂房难以发挥效用,但是,认定了先进制造发展方向的梁稳根继续探索非工程机械产品的数字化装备领域,通用电气所推出的工业互联网得到了负责三一集团信息化工作的贺东东认同,并在梁稳根其子梁在中工业金融板块中扮演了重要角色。

      在2016年底孵化了一年多的树根互联通过网络直播的方式拉开了序幕,贺东东担任了新成立的树根互联公司总经理。据树根互联官方网站介绍,新设公司定位为最接地气的工业互联网平台,其雄心是贯穿端到端的全产业链环节,显然比通用电气要更为大胆。

      INNO DIGITAL:创新驱动

      中国制造业多年来发展经验显示,要紧密结合到需求端的实际需求来提供服务,才可能有发展空间。这样的经验在过去三十多年的改革开放过程中都是有效的,并被专家和企业家们奉为圭皋。

INNO DIGITAL开放平台运行思路

      中国制造长期以来的低成本优势主要来自人口红利,这在发展初期是适用的,毕竟“有”远远超过精细的需求满足,先想法设法把产品制造出来,并且以最低价格发布到市场上去,远远比投入资金做差异化创新要划算。但是,这也直接导致了同质化低水平的竞争,所有参与者都不愿意资金和资源做基础研发或创新,这加剧了中国制造转型升级的困难。

      工业4.0研究院在2013年成立之初就发现了这个问题,通过精心设计,在成立之后的三年多时间,一直在基础技术和原理上投入大量资源,寻找可以跟中国现有制造企业不同的差异化要素,最后选择了真正开放的技术架构和开源项目驱动的工业互联网平台。

      总结

      在消费互联网已经发展了近二十年的今天,工业互联网呼之欲出,毫无疑问,工业互联网平台所带来的想象空间,给不少追求高远的创新者带来了新的机遇。曝光度高否与最后成功者并不能画上等号,甚至于较早进入工业互联网领域的先驱者,往往只会成为先烈,但能够成为这个伟大时代的参与者,也许才是工业互联网平台参与者心中的梦想。

美国面向未来的数字化装备竞争战略

      为了保持德国制造业的未来,德国提出了基于信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)的工业4.0概念和体系,似乎德国已经在装备领域占据先机,但最近工业4.0研究院一份关于美国数字化装备的研究报告显示,美国有可能在面向未来的竞争领域,觅得一个新的技术领地。

美国创造并推动数字化装备市场

      在德国正式推出工业4.0之前,曾经做了一个专门研究信息物理系统的agendaCPS项目,其目的就是帮助德国构建装备制造的无人区,并且期望在这个市场占领主要的市场份额。

      在装备制造和市场生态双领先策略的指引下,诸如西门子、SAP和博世等德国企业结合嵌入式系统的优势,成功的构建了数字化工厂(Digital Factory)的解决方案。但从解决方案本身具有的新意和创新性来看,美国基于数字孪生体(Digital Twin)和数字线程(Digital Thread)构建的数字制造系统,更具有生命力。

数字孪生体的应用成为可能

      在数字孪生体为主题的工业4.0研讨会上,工业4.0研究院指出,美国发明数字孪生体,其目的就是为了解决复杂系统的本质问题,这是美国先进制造战略计划在创造新市场方面的一个重要体现。

      关于数字孪生体解决的四大本质问题,情况如下:

      问题一:实现真正的全生命周期管理

      虽然制造执行系统(MES,Manufacturing Execution System)以及产品生命周期管理(PLM,Product Lifecycle Management)被创造出来很多年,但只是在少数一些行业实现了应用,并没有在种类繁多的工业领域得到普遍应用,其根本原因就是数字空间与物理现场的交互比较复杂,现有手段难以解决很多工程问题,实用性不强。

      要实现真正的产品全生命周期管理,必须实现虚拟与现实世界的一一精准对应,才可能产生较好的工程效果。数字孪生体可谓就是应需而生,它的主要创始人Michael Grieves就是一位PLM专家,他在知名的数字孪生体白皮书中就明确指出了这个需求。

      问题二:复杂制造工程需要新的工具

      为了制造复杂的产品(例如航天军工等),需要高级的数字化工具,以保证复杂产品的数字化设计和生产现场的数字化管理需要,传统的IT系统难以胜任这样的工作,而且传统的IT工具难以适应生产制造环节的较大调整,这对于任何一个复杂产品都是难以接受的限制。

      问题三:钢铁及化工等流程行业的需要

      一直以流程行业企业为主的美国智能制造领导联盟(SMLC,Smart Manufacturing Leadership Coalition)对这个问题做了较为全面深入的研究,在提交给NNMI审议的全国智能制造创新中心(CESMI,Clean Energy Smart Manufacturing Institute),就是为了解决清洁能源(Clean Energy)的智能制造创新问题的,其中,就明确指出流程行业所面临的数字化挑战。

      问题四:物联网带来的大量数字化挑战

      除了以想象不到的规模增长的物理设备数字化要求,还有它们之间联网所带来的关系数字化等,这都给传统的IT基础设施和应用工具带来了灾难性的挑战,一方面需要可以随时随地的数据存储平台,另外一方面还需要对大量的数字化后的数据进行智能化处理,这直接需要知识自动化等应用,因为要实现更好的智能产品自决策,迫切需要把人工智能、数据科学等新型研究成果应用到物联网场景。

      总的来讲,美国在为数字化装备创造新概念和新工具方面,已经走到了较为前沿的地方。中国国内具有互联网思维和IT技术能力的企业相对较多,但面向未来布局数字化装备的企业,目前还不多,这需要国家产业政策以及风险资本对数字化装备产生兴趣,从而推进数字化装备的快速发展。

欧盟“数字化欧洲工业”(DEI)计划

      随着全球开始对工业4.0、先进制造以及工业互联网等代表第四次工业革命的概念投以关注,欧盟也开始系统的梳理其成员国的新工业计划,包括德国的工业4.0(Industrie 4.0)、法国的新工业法国(Nouvelle France Industrielle)以及斯洛伐克的智能工业(Smart Industry)等,期望通过一个概念来把欧盟成员国的努力统一起来,这个概念就是“数字化欧洲工业”(Digitalising European Industry,DEI)

欧盟各国的产业政策分布情况

      欧盟委员会认为,为了保证这个单一市场(欧盟)的共同利益,就应该加强单一数字市场(Digital Single Market,DSM)的推进,这也是最近多年来欧盟的一个努力目标,它们还因此推动了地平线2020(Horizon 2020)的研究和创新项目,为进一步提升欧盟经济体的竞争优势提供驱动力。

      欧洲的工业优势分析

      工业4.0研究院发现,按照欧盟委员会的分析,欧洲工业的竞争优势比较突出,主要体现为三个方面,分别是在大量的领域领先的企业、世界级的研发机构、传统制造业和中小企业。

      欧盟委员会认为,欧盟成员国在制造、汽车和航空电子、安全与能源电子、机器人、电信设备、商业及专业软件、激光和传感技术等领域,拥有世界级的领先地位。事实上,欧洲作为最早进行工业革命的区域,除了德国和法国之类的制造领先国家,还有不少国家的工业化程度比较高,例如,意大利在3D打印领域就处于全球领先水平。

数字化欧洲工业计划背景

      在过去两百多年的工业化进程中,欧盟各个国家建立了现代的研发体系,不少研发机构处于全球领先地位。诸如法国的数学研究所,最近也与华为等公司建立了深入合作关系,帮助解决通信中的一些数学及编码等问题。

      当然,欧盟在传统的建筑、食品及饮料、纺织、出版印刷、工艺品等领域,也有不少中小企业是隐形冠军,这些中小企业的产品及解决方案,往往成为大型企业规模化产品的最佳补充,也成为了欧盟的工业化版图中比较靓丽的景象。

      数字化欧洲工业计划

      为了提升欧洲、国家及地区的制造业计划,例如,德国有工业4.0国家战略,斯洛伐克有智能工业国家级计划,法国也有新工业法国国家政策,它们之间缺乏协同,这导致了整个欧洲的竞争力受到了影响。

      为了推进欧洲范围的数字化进程,欧盟提出了数字化欧洲工业(Digitising European Industry),总的来讲,它主要强化了三种技术对欧洲工业的影响,它们分别是物联网(IoT,Internet of Things)、大数据(Big Data)和人工智能(AI,Artificial Intelligence)。

      从欧盟实际推动的数字化欧洲工业计划内容来看,主要是强化数字创新中心(Digital Innovation Hubs,DIH),通过遍布欧盟成员国的数字创新中心,可以提供数字时代的基础设施,提升各个行业的创新能力。

      与美国强调互联网计算(分布式计算为核心)不同,欧盟在推动诸如云计算及大数据技术的时候,比较强调高性能计算(High Performance Computing,HPC)和量子计算(Quantum Computing),有可能是欧盟在这种集中式计算上投入的资金比较大,期望把这些技术利用起来。

      当然,欧盟也把5G、云计算、物联网、数据技术和网络安全等五个方面的标准化工作作为了重点,这也许是因为国际不少标准化组织都设在欧洲,因此欧盟把这个事情作为了重点工作来推进。

      总体来讲,工业4.0研究院认为,欧盟的数字化欧洲工业计划做了不少工作,但由于技术路径等范式认识的差异,其计划的先进性和前瞻性甚至于不如一些成员国的计划(例如德国的工业4.0),更别说跟美国的开放式创新方式相比。对于中国制造的转型升级来讲,我们完全有理由避免欧盟的数字化欧洲工业计划的不足,体现中国网络化大国的先进性。

美国奥巴马政府推动先进制造的经验

      美国白宫国家经济委员会(National Economic Council)于2016年10月发布《重塑美国制造业:奥巴马政府构建制造业领导地位基础的进展》(Revitalizing American Manufacturing: The Obama Administration’s Progress in Establishing a Foundation for Manufacturing Leadership),总结了奥巴马政府过去八年时间推进先进制造战略的经验及成就。工业4.0研究院认为,奥巴马政府通过先进制造战略,构建了美国制造业领导地位的基础,这将带领美国进入新的一个繁荣时期。

美国制造业产出与就业情况分析

      总的来讲,奥巴马政府在再工业化和制造业政策上做了不少工作,在过去八年时间,成功的推进了先进制造为核心的再工业化转型,实现了美国国家制造业战略目标。具体来讲,奥巴马政策推进的工作包括:

      1. 通过下一代技术驱动创新

      这包括了启动了国家制造创新网络(NNMI,National Network for Manufacturing Innovation,现在是Manufacturing USA),还有另外两个计划,即联邦制造研发投资计划(Federal Investment in Manufacturing Research and Development)和创客行动(Maker Movement)。

      客观的讲,美国在过去几年时间推出的国家制造创新网络给人印象深刻,迄今为止,已经有九个制造创新中心获得官方认可,每个制造创新中心面向制造生态的构建,也是吸取了联盟建设的经验,对中小企业的支持力度也是空前的。

      2. 加强了技能、社区和供应链吸引投资

      奥巴马政府推动实施了制造工作者培训计划(Manufacturing Workforce Training)、制造扩展伙伴计划(MEP,Manufacturing Extension Partnership)、投资制造社区伙伴计划(IMCP,Investing in Manufacturing Communities Partnership)、供应链计划(Supply Chain Innovation)和制造日(Manufacturing Day)等计划内容。

      3. 强化美国生产制造竞争优势

      为了提升美国生产制造的竞争优势,美国奥巴马政府相继实施了商业税收改革(Business Tax Reform)、美国基础设施计划、美国能源机会计划和美国管制改革等措施。

      美国对于财政税收等手段的应用,达到了非常娴熟的阶段,对于奥巴马政府提出的先进制造战略计划,其税收政策和基础设施支持,起到了较为明显的作用。当然,明年即将上台的新总统川普,想必会延续并加强其财政税收手段对制造业和基础设施的支持。

      4. 开放市场和平衡竞争关系

      奥巴马政府推动了TPP(The Trans-Pacific Partnership,环太平洋伙伴计划)、贸易政策和SelectUSA投资计划等等,这些计划推动了美国开放式创新的成果。

      最近新当选的美国新总统川普已经明确否定了TPP,这对于美国制造业来讲,并不一定是坏事情,除非美国新的贸易政策导致了全球的贸易战,但似乎这样的可能性并不大,美国可以借机更加关注国内的先进制造业发展,提升其独一无二的先进制造技术的研发,这有可能为2020年启动的第四次工业革命带来新的动力,从而会驱动新的全球制造业格局出现。

      在工业4.0创新平台发布的《全球工业4.0研究报告》(2017年版)中,工业4.0研究院王明芬副院长明确提出,目前全球各个主要工业国家,德国、美国和中国提出了立意明确的国家战略构想,但明确表达追求全球制造业领导地位的,当属美国无疑,其他国家大都对国家战略目标语焉不详,这也符合美国的开放式创新工业哲学。

      目前工业4.0研究院开放“美国再工业化及先进制造”(American Reindustrialization & Advanced Manufacturing, T-ARAM),有在读研究生或博士对该主题有兴趣,可以加入到开放研究课题中来。请来信注明自身背景(个人简历及课题情况),联系方式:wangmf(#)innobase.cn