文/ 中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所 張玉成

“互聯(lián)網(wǎng)+”來了，京東來了，牛電來了，傳統(tǒng)的制造業(yè)該怎么辦？面對(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)代的沖擊，電動(dòng)自行車制造企業(yè)要想泰然處之，跟上潮流，從“制造”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸窃臁?，有必要加深?duì)工業(yè)4.0的理解。

一、工業(yè)4.0的背景與理解

工業(yè)4.0的出現(xiàn)不是偶然的。在信息技術(shù)領(lǐng)域，這幾年的技術(shù)概念比較多，但是以物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)為代表的一系列新興的信息技術(shù)逐步成熟并得到發(fā)展，這是工業(yè)4.0產(chǎn)生的技術(shù)背景。其次，全世界范圍內(nèi)的勞動(dòng)力成本都在上升。尤其是在作為世界工廠的中國(guó)，80后90后逐步成為產(chǎn)業(yè)工人的主力，其流動(dòng)性越來越大。如果繼續(xù)依靠傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)工人發(fā)展傳統(tǒng)制造業(yè)，那么人力資源肯定難以為繼。在類似的背景下，德國(guó)、美國(guó)和中國(guó)都提出了針對(duì)制造業(yè)的國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，分別是德國(guó)的工業(yè)4.0，美國(guó)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和中國(guó)的中國(guó)制造2025。

1.工業(yè)革命的核心技術(shù)和產(chǎn)品

在這幾個(gè)國(guó)家級(jí)工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃中，筆者最為推崇德國(guó)工業(yè)4.0。雖然德國(guó)人不怎么談及工業(yè)4.0，但是中國(guó)要學(xué)會(huì)研究這個(gè)計(jì)劃的內(nèi)容，找出技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。在結(jié)合前人的研究成果上，筆者按照自己的理解進(jìn)行歸納總結(jié)，來簡(jiǎn)要分析一下工業(yè)1.0、2.0、3.0和4.0分別都做了什么。

工業(yè)革命1.0時(shí)代的核心標(biāo)志，為水力和蒸汽機(jī)的使用。其實(shí)，水力還不是標(biāo)志，傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)為了靠近動(dòng)力源，往往把工廠建在水邊，利用水力。然而，有了蒸汽機(jī)以后，就不需要水力了。蒸汽機(jī)的使用實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化，這是通過機(jī)械突破人類肌肉的極限，當(dāng)然也突破了畜力的肌肉極限。

工業(yè)革命2.0時(shí)代的核心的標(biāo)志，為電氣化。電驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力的來源，大量電氣化的生產(chǎn)組織開始出現(xiàn)。在這個(gè)時(shí)代，生產(chǎn)組織模式的轉(zhuǎn)變就是社會(huì)協(xié)作分工，生產(chǎn)的地域性大大弱化，可以實(shí)現(xiàn)零部件生產(chǎn)與組裝的分離。

工業(yè)革命3.0時(shí)代典型標(biāo)志，就是計(jì)算機(jī)在生產(chǎn)制造中的應(yīng)用。電子和計(jì)算機(jī)，在工業(yè)生產(chǎn)線上就是可編程邏輯控制器的大量使用，這使得生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。機(jī)器一定程度上代替人，替代的不僅僅是體力，還部分替代腦力勞動(dòng)。

那么工業(yè)革命4.0的標(biāo)志是什么呢？現(xiàn)在的說法比較多，比如有的說是網(wǎng)絡(luò)化，有的說是智能化，還有說是產(chǎn)品個(gè)性化，生產(chǎn)方式是堆積木方式的柔性批量個(gè)性化生產(chǎn)。

2.工業(yè)4.0的多為視角

到了一個(gè)新的概念出現(xiàn)的時(shí)候，要理解為什么有那么多不同的理解，那是因?yàn)樾〉矫總€(gè)人，大到每個(gè)國(guó)家，都是有其背景的，背景不同，思維方式就不同，對(duì)同一事物的理解就不同。在工業(yè)4.0時(shí)代，德國(guó)人因?yàn)楣I(yè)基礎(chǔ)雄厚，有一大批世界級(jí)的制造企業(yè)，所以在德國(guó)人看來，工業(yè)4.0一定是以工業(yè)為基礎(chǔ)的。與德國(guó)人不同的是，美國(guó)人在信息技術(shù)領(lǐng)域牢牢掌握著話語權(quán)，有微軟、谷歌、IBM、蘋果、高通、思科等世界級(jí)的大公司，所以美國(guó)看以后的制造業(yè)，一定是以信息技術(shù)為核心的。中國(guó)的制造業(yè)大而不強(qiáng)，以勞動(dòng)密集、能耗高、低端、附加值低為典型特征，工業(yè)基礎(chǔ)比不上德國(guó)。在信息技術(shù)方面，近年來中國(guó)在信息消費(fèi)、電商方面依托人口優(yōu)勢(shì)，發(fā)展迅速，但是信息技術(shù)的核心還不掌握在中國(guó)人的手中，所以中國(guó)的制造業(yè)提升計(jì)劃， 就從“互聯(lián)網(wǎng)”的角度出發(fā)了。這是中國(guó)的國(guó)家特色。

3.工業(yè)4.0時(shí)代的特征理解

從工業(yè)4.0的內(nèi)涵和本質(zhì)上來看，針對(duì)這樣一個(gè)已經(jīng)被大家解讀的讓人不知所措的計(jì)劃，筆者提煉一下工業(yè)4.0時(shí)代的特征。先來看看同樣從德國(guó)引進(jìn)來的馬克思主義，到底說的是什么。馬克思主義如果全面去了解的話，很可能很快就陷進(jìn)去了。所以筆者梳理一下，馬克思主要說了3件事情，分別是哲學(xué)、唯物辯證法、馬克思主義政治經(jīng)濟(jì)學(xué)，探討的是資本論，科學(xué)社會(huì)主義，規(guī)劃未來三大塊內(nèi)容；實(shí)現(xiàn)的核心是無產(chǎn)階級(jí)專政。同樣對(duì)于工業(yè)4.0，筆者歸納整理的也是3大塊內(nèi)容中的一個(gè)核心，用戶產(chǎn)于的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，智慧的生產(chǎn)，智慧的產(chǎn)品服務(wù)。工業(yè)4.0實(shí)現(xiàn)的核心就是信息物理系統(tǒng)（CPS：cyber physical system）

二、工業(yè)4.0電動(dòng)車制造模式

那么如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的生產(chǎn)制造呢？先形象地描繪一下未來的電動(dòng)自行車生產(chǎn)制造模式。先幻想一下，工業(yè)4.0電動(dòng)車制造模式－1。

1.概念

2025年，在搬到一個(gè)新的城市后，我決定根據(jù)我的習(xí)慣和喜好訂購(gòu)一輛自行車，因?yàn)樽〉牡胤揭郎桨?，所以我訂?gòu)的車既能滿足運(yùn)動(dòng)的功能，還要滿足代步，動(dòng)力要強(qiáng)；此外，我需要車身要足夠輕，希望簡(jiǎn)單、智能，能夠智能檢測(cè)環(huán)境，能夠檢測(cè)我個(gè)人的健康參數(shù)，給我健康建議。動(dòng)力系統(tǒng)來自于我自己以及自然界清潔能源。故這輛車時(shí)尚、健康、智能。

2.設(shè)計(jì)

在一個(gè)秋天的午后，在院子里面，通過智能終端登陸A公司的電動(dòng)車生產(chǎn)虛擬制造系統(tǒng)，我在該公司提供的虛擬制造系統(tǒng)中和我對(duì)話的機(jī)器人提出了我的要求，這個(gè)時(shí)候機(jī)器人根據(jù)我的要求快速進(jìn)行設(shè)計(jì)，提供車身、電機(jī)、健康、社交、金融等主要功能和參數(shù)。但是有一些功能是機(jī)器人還是沒有辦法給出，于是轉(zhuǎn)入人工模式，由專業(yè)設(shè)計(jì)師幫助我設(shè)計(jì)，直到我滿意為止。

3.虛擬生產(chǎn)

A公司的智能信息控制系統(tǒng)在接到的訂單后，馬上開始組織一次模擬的虛擬生產(chǎn)，他需要從全球范圍內(nèi)尋找能夠符合我要求的電動(dòng)車生產(chǎn)資源，從他的信息庫(kù)中搜索所有的資源信息，全球范圍組織生產(chǎn)。并且快速確認(rèn)是否能夠滿足我的需求，最快的交貨時(shí)間什么?；趯?shí)際生產(chǎn)參數(shù)的虛擬制造模擬仿真后，給了我一個(gè)確切的答復(fù)：一個(gè)月后我定制的產(chǎn)品能夠交付。

4.生產(chǎn)

為了組織我的這輛車的生產(chǎn)，智能信息控制系統(tǒng)直接對(duì)其連接的所有電動(dòng)車生產(chǎn)線下達(dá)指令，所有跟我定制車輛相關(guān)的零部件被貼上標(biāo)簽，快速進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)。所有的產(chǎn)品部件指向一個(gè)目標(biāo)，就是我的產(chǎn)品。所有的生產(chǎn)機(jī)器人和裝配線指向我的產(chǎn)品。機(jī)器人接受智能信息控制系統(tǒng)的指令，并且相互之間可以對(duì)話。他們每天需要生產(chǎn)成千上萬件類似需求的產(chǎn)品。

5.交付

電動(dòng)車完成制造后，智能信息控制系統(tǒng)通過機(jī)器人進(jìn)行投遞，直接把車送到我的樓下，我對(duì)各種功能進(jìn)行檢驗(yàn)后，填寫確認(rèn)，支付剩余的購(gòu)車款，完成電動(dòng)車的交付。我開始使用我從概念設(shè)計(jì)直到生產(chǎn)完成的定制化電動(dòng)自行車。至少，到面為止，我對(duì)廠商的產(chǎn)品還是比較滿意的，因?yàn)檫@種車輛組合方式全世界只有這一輛。

6.服務(wù)

事情還只是開始，在車輛使用過程中，廠商的智能信息控制系統(tǒng)不停的給我提供車輛使用建議，提醒更換保修零部件。并且由于我在使用過程中不斷形成新的想法和需求，廠商每次都可以在原有的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)行返廠更新配置，升級(jí)軟硬件系統(tǒng)，并且對(duì)于導(dǎo)航、購(gòu)物、旅游、理財(cái)?shù)榷继峁┫鄳?yīng)的信息服務(wù)。當(dāng)然，我也在持續(xù)的為這些服務(wù)支付費(fèi)用。

三、智能電動(dòng)車生產(chǎn)制造項(xiàng)目目標(biāo)

因此，未來的電動(dòng)車自行車生產(chǎn)制造，都應(yīng)該遵循一個(gè)共同的原則，那就是按照工業(yè)4.0描繪的愿景進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、交付和服務(wù)。其實(shí)，本報(bào)告是不完整的，因?yàn)楸疚闹魂P(guān)注如何設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車，如何借助電商平臺(tái)銷售自行車，缺少對(duì)生產(chǎn)制造流程和智慧產(chǎn)品售后服務(wù)的相關(guān)報(bào)告。

總的來說，中國(guó)要做的就是在工業(yè)4.0這樣一個(gè)愿景目標(biāo)的指引下，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶深度參與的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，研制智能的信息控制服務(wù)系統(tǒng)，基于該信息系統(tǒng)對(duì)智慧工廠的生產(chǎn)制造裝備進(jìn)行控制，并主動(dòng)智慧地為所交付的產(chǎn)品提供終生的服務(wù)，提升用戶的產(chǎn)品使用舒適度，滿意度。

四、新型電動(dòng)車生產(chǎn)制造模式實(shí)現(xiàn)路徑

那么如何實(shí)現(xiàn)這樣的一個(gè)愿景目標(biāo)呢？在2015中國(guó)無錫‘互聯(lián)網(wǎng)+’智能電動(dòng)車高峰論壇上，筆者覺得最大的主角還是傳統(tǒng)的電動(dòng)車生產(chǎn)制造企業(yè)，因?yàn)槠涫菍?shí)體經(jīng)濟(jì)，需要做的就是擁抱互聯(lián)網(wǎng)，而不是被互聯(lián)網(wǎng)加掉，或者說在互聯(lián)網(wǎng)的潮流中退居幕后，成為配角。

下面這個(gè)架構(gòu)體現(xiàn)了前面所描述的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品服務(wù)幾個(gè)主要的環(huán)境。從技術(shù)的角度來講，4G技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能終端APP應(yīng)用，都得到很好的融合和體現(xiàn)。但是我們強(qiáng)調(diào)的核心還是一個(gè)，那就是這個(gè)核心的信息控制服務(wù)系統(tǒng)，主導(dǎo)了整個(gè)模式的實(shí)現(xiàn)。

■ 核心環(huán)節(jié)1-萬物互聯(lián)-工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)在的技術(shù)一般習(xí)慣于被劃分為“端網(wǎng)云”，在端這個(gè)部分，需要針對(duì)所有能夠提供信息的物體進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。這個(gè)數(shù)據(jù)來自于產(chǎn)品，來自于生產(chǎn)制造裝備，來自于產(chǎn)品活動(dòng)的環(huán)境和產(chǎn)品生產(chǎn)制造的環(huán)境，所有的數(shù)據(jù)對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)都可能是有幫助的，故需要盡一切可能去采集這些數(shù)據(jù)。

■ 核心環(huán)節(jié)2-工業(yè)4.0時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)通信

關(guān)于“網(wǎng)”這個(gè)部分，傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)是設(shè)計(jì)給人進(jìn)行信息交互的，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擅長(zhǎng)報(bào)文通信，也就是數(shù)據(jù)通信。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)擅長(zhǎng)語音通信。但是大量的產(chǎn)品、機(jī)器、裝備上網(wǎng)了以后，會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？這里面有一系列的核心技術(shù)需要攻關(guān)解決。大家就做一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)想，如果全國(guó)保有的兩億輛電動(dòng)自行車都要移動(dòng)上網(wǎng)，運(yùn)營(yíng)商的能力是否能夠足夠支撐？這些海量的數(shù)據(jù)報(bào)文是否會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成足夠的沖擊。如果這些問題不解決，現(xiàn)在設(shè)想的一些場(chǎng)景都不會(huì)那么容易實(shí)現(xiàn)。所以說技術(shù)攻關(guān)是非常必要的，這也是產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一部分。

■ 核心環(huán)節(jié)3-柔性生產(chǎn)制造

核心環(huán)節(jié)是生產(chǎn)。其實(shí)最辛苦的就是生產(chǎn)制造，利潤(rùn)最薄的也是生產(chǎn)制造。因?yàn)槲锪铣杀?、人員成本、物流成本、銷售成本等等的提升，導(dǎo)致生產(chǎn)企業(yè)的利潤(rùn)低下。其實(shí)，這個(gè)環(huán)節(jié)下，需要企業(yè)做大量的技術(shù)升級(jí)和改造。大家都知道美國(guó)的特斯拉是非常好的電動(dòng)汽車產(chǎn)品，都知道是電力驅(qū)動(dòng)的，綠色無污染。第二個(gè)特征是其信息技術(shù)做的好，車?yán)锩姘惭b了一個(gè)交互大屏。但是大家想過沒有，特斯拉的100多臺(tái)機(jī)器人完成了大部分的生產(chǎn)制造工作。雖然特斯拉現(xiàn)在還不具備柔性的生產(chǎn)制造能力，但是未來，積木堆疊式的生產(chǎn)一定是必須的。這樣才能根據(jù)用戶的需求，實(shí)時(shí)組織生產(chǎn)，生產(chǎn)流程也可以和所生產(chǎn)的產(chǎn)品實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。

■ 核心環(huán)節(jié)4 -“云計(jì)算+大數(shù)據(jù)分析”

云計(jì)算是硬件基礎(chǔ)設(shè)施，大數(shù)據(jù)是信息處理的一種模式。無論是虛擬的設(shè)計(jì)還是生產(chǎn)制造，都需要這樣一個(gè)平臺(tái)提供支撐?！霸朴?jì)算+大數(shù)據(jù)”的主要工作是構(gòu)建信息空間，支撐智能化的計(jì)算。企業(yè)的現(xiàn)狀是大部分沒有這樣的平臺(tái)，即使有企業(yè)ERP，但是企業(yè)不知道更多的生產(chǎn)制造信息，以及銷售出去的產(chǎn)品信息。所以，云計(jì)算大數(shù)據(jù)這2個(gè)技術(shù)一定會(huì)用到。這2個(gè)技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域已經(jīng)得到了充分的應(yīng)用，這也是為什么“互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”現(xiàn)在比較有強(qiáng)大生命力的原因之一。

■ 核心環(huán)節(jié)5-智能產(chǎn)品及服務(wù)

筆者拿出iwatch和福特的電動(dòng)車做一個(gè)說明。一個(gè)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)有的要不了一個(gè)月，但是產(chǎn)品和用戶相處的時(shí)間可能是三年，五年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。所以傳統(tǒng)生產(chǎn)制造企業(yè)要轉(zhuǎn)變模式，要從生產(chǎn)制造型企業(yè)向服務(wù)型企業(yè)轉(zhuǎn)變，在產(chǎn)品全生命周期為用戶提供服務(wù)。產(chǎn)商不做一錘子買賣，為消費(fèi)者提供終生服務(wù)，要能夠支持產(chǎn)品的軟硬件升級(jí)與改裝；支持健康、交互、社交、金融、旅游等主動(dòng)智能服務(wù)。

無論多么眼花繚亂的技術(shù)，最終都是要落地去實(shí)現(xiàn)的。在未來電動(dòng)車制造模式中，筆者將目前的一些熱點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行歸納總結(jié)，如下圖所示，它們最終都要服務(wù)于生產(chǎn)制造，服務(wù)于產(chǎn)品，服務(wù)于客戶。電動(dòng)自行車制造核心系統(tǒng)是一個(gè)智能信息控制系統(tǒng)。

電動(dòng)自行車在工業(yè)4.0時(shí)代的生產(chǎn)制造同時(shí)滿足下面的這個(gè)結(jié)構(gòu)，核心的CPS系統(tǒng)控制著整個(gè)生產(chǎn)制造流程，產(chǎn)品和機(jī)械裝備都是神經(jīng)末梢，能源系統(tǒng)是心臟。用戶和企業(yè)的眼、鼻、口、舌、耳都是信息獲取的器官，去感知生產(chǎn)制造的環(huán)境。如果真的徹底把人解放出來了，工業(yè)4.0就真正實(shí)現(xiàn)了。

五、工業(yè)4.0三個(gè)技術(shù)問題的闡述

最后，筆者想對(duì)工業(yè)4.0的幾個(gè)問題做一下闡述，分別是社會(huì)問題，智能問題和綠色問題。

1：社會(huì)問題

前面說了，現(xiàn)在其實(shí)中國(guó)還是處在第一次機(jī)器革命的邊緣，勞動(dòng)者解放了肌肉力量后，現(xiàn)在處于考慮如何真正解決放腦力？把勞動(dòng)者的腦力勞動(dòng)徹底解放出來，其就可以去做更有意義的事情了。但是，肌肉解放了，肌肉得不到鍛煉就會(huì)萎縮，腦力勞動(dòng)降低了，大腦就要萎縮，以后聰明的更聰明，強(qiáng)壯的更強(qiáng)壯。當(dāng)然，蛻化也是一種趨勢(shì)。技術(shù)發(fā)展帶來的問題，人類需要考慮。

2：智能問題

物質(zhì)基礎(chǔ)決定了計(jì)算機(jī)無法實(shí)現(xiàn)真正的智能，1%的生物智能，99%的機(jī)器拓展智能。即使這樣，也使得人類的智力和知識(shí)極大地得到解放。真正的沒有人參與的智能是很難實(shí)現(xiàn)的，至少現(xiàn)在還沒有在理論上獲得最終的突破?，F(xiàn)在的智能都是人設(shè)定好的思考模式在思考，機(jī)器可以無限的探索這樣的邊緣，但是它們無法提出問題，主動(dòng)思考。這個(gè)是根本的問題。

3：綠色問題

綠色是現(xiàn)代制造的第二個(gè)問題，要減少對(duì)環(huán)境的污染和破壞，如何保證獲得更多的動(dòng)力的同時(shí)，減少對(duì)環(huán)境的破壞？綠色的電動(dòng)自行車是一個(gè)趨勢(shì)，但是如何實(shí)現(xiàn)我們的在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、服務(wù)等環(huán)節(jié)的徹底綠色，最大限度的減少對(duì)能源的消耗，從根本上解決綠色的問題？這一點(diǎn)也可以考慮考慮。

六、總結(jié)

工業(yè)4.0是一個(gè)愿景，“整體規(guī)劃，逐步實(shí)施”是基本原則?？蒲性核c高校的研究者應(yīng)當(dāng)做理想主義者，開展超前的研究，探索核心技術(shù)，解決我們產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)不強(qiáng)，總是靠打價(jià)格戰(zhàn)的現(xiàn)狀；同時(shí)，工業(yè)4.0又是一個(gè)現(xiàn)實(shí)，“立足當(dāng)前，立刻實(shí)施”是基本原則。企業(yè)應(yīng)當(dāng)做現(xiàn)實(shí)主義者，針對(duì)當(dāng)前問題，開始謀劃，相關(guān)的科技項(xiàng)目不要等著政府去引導(dǎo)，也不要等著被同行逼迫再進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)提前部署。

另外，對(duì)于一個(gè)問題，大家看問題的角度是不一樣的，蘇軾的詩中提到“橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同，不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中”，對(duì)于工業(yè)4.0時(shí)代的制造，不同的人有不同的角度，站在任何一個(gè)角度都可能是對(duì)的，但是人們應(yīng)該互相尊重各自觀點(diǎn)，但是不能走偏門，工業(yè)是基礎(chǔ)，信息技術(shù)工具互聯(lián)網(wǎng)是牽引，缺一不可。

電動(dòng)車自行車是關(guān)系到老百姓生活的一個(gè)必不可少的產(chǎn)品，是一個(gè)非常有用戶粘度的產(chǎn)品，改變了人們的出行方式，筆者希望電動(dòng)自行車制造企業(yè)及互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)與信息的深度融合，提供技術(shù)支撐，基于“解決用戶問題，讓用戶感到愉悅”的原則開發(fā)更多的新產(chǎn)品。