用德國“工業(yè)4.0”變革國內(nèi)紙包裝行業(yè)

魏風軍+陸秋杏+鄧曉霞+苗艷芳+劉浩+方靜靜

2010年7月，德國政府發(fā)布《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》，工業(yè)4.0是該戰(zhàn)略確定的十大未來項目之一；2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會上德國發(fā)布《實施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略建議書》；2013年12月19日，德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會發(fā)布德國“工業(yè)4.0”標準化路線圖。由此開始，德國“工業(yè)4.0”逐步被世界工業(yè)界所認知?！肮I(yè)4.0”迅速成為德國的另一個標簽，并在全球范圍內(nèi)引發(fā)了新一輪的工業(yè)轉(zhuǎn)型競賽。在中小企業(yè)云集的中國，工業(yè)4.0的概念也備受追捧，被各地政府列入工業(yè)轉(zhuǎn)型的方案當中，然而，德國工業(yè)4.0究竟是什么？遠遠不同于德國制造企業(yè)的中國紙包裝行業(yè)，在工業(yè)4.0的熱炒之下，如何合理尋找及定位適合于自己的轉(zhuǎn)型之路？本文試就此予以探討。

德國“工業(yè)4.0”的內(nèi)涵

德國是全球制造業(yè)中最具競爭力的國家之一，其裝備制造行業(yè)全球領(lǐng)先。這是由于德國在創(chuàng)新制造技術(shù)方面的研究、開發(fā)和生產(chǎn)，以及在復(fù)雜工業(yè)過程管理方面高度專業(yè)化使然，意味著德國確立了其在制造工程行業(yè)中的領(lǐng)導地位。一般來說的“工業(yè)1.0”起源于18世紀末機械制造設(shè)備的引進，蒸汽革命全面開始，進入機械化生產(chǎn)時代；“工業(yè) 2.0”就是電力時代，使得工廠生產(chǎn)流水線化、標準化；“工業(yè)3.0”就是現(xiàn)在正在進行的信息革命，工業(yè)生產(chǎn)自動化，程度提高。與前三次工業(yè)革命相比，“工業(yè)4.0”是在當前成功應(yīng)用信息和通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)及強大的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上而提出的，就是綜合運用信息物理耦合系統(tǒng)，將資源、信息、物品和人進行互聯(lián)，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)，進而將這種服務(wù)模式用于工業(yè)領(lǐng)域，促進制造業(yè)智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。如下圖1所示。

如果對德國工業(yè)4.0的核心進行概括，可以簡化為：建設(shè)一個網(wǎng)絡(luò)CPS（Cyber-Physical System，信息物理系統(tǒng)）、研究兩大主題（智能工廠、智能生產(chǎn)）、實現(xiàn)三大集成（橫向集成、縱向集成與端對端集成）、推進三大轉(zhuǎn)變。

其一是建設(shè)一大網(wǎng)絡(luò)，亦即信息物理系統(tǒng)（CPS），CPS的核心思想是強調(diào)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與實體物理系統(tǒng)的融合。換言之，即強調(diào)制造業(yè)在數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上的轉(zhuǎn)型，其主要特征可以用6個字母C來定義，即Connection（連接）、Cloud（云儲存）、Cyber（虛擬網(wǎng)絡(luò)）、Content（內(nèi)容）、Community（社交）、Customization（定制化），它可以將資源、信息、物體以及人員緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)服務(wù)，并將生產(chǎn)工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€智能環(huán)境。

其二是研究兩大主題，亦即智能工廠與智能生產(chǎn)。實現(xiàn)工業(yè)4.0的核心是智能工廠與智能生產(chǎn)。作為目標核心載體的智能工廠，即分散的、具備一定智能化的生產(chǎn)設(shè)備，在實現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互之后，能夠形成高度智能化的有機體，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、分布式的生產(chǎn)設(shè)施；智能生產(chǎn)的側(cè)重點在于將人機互動、智能物流管理、3D打印等先進技術(shù)應(yīng)用于整個工業(yè)生產(chǎn)過程。未來智能工廠與智能生產(chǎn)的實現(xiàn)意味著：較之傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，新的生產(chǎn)方式將大幅提高資源利用率，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的實時圖像顯示使得虛擬生產(chǎn)變?yōu)榭赡?，從而減少材料浪費；個性化定制將成為可能并且生產(chǎn)速度大幅提高。

其三是實現(xiàn)三大集成，亦即價值鏈上企業(yè)間的橫向集成、網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)的縱向集成，以及端對端的工程數(shù)字化集成。

最后是促進三個轉(zhuǎn)變。其一是實現(xiàn)生產(chǎn)由集中向分散的轉(zhuǎn)變，規(guī)模效應(yīng)不再是工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，工業(yè)生產(chǎn)的基本模式將由集中式控制向分散式增強型控制轉(zhuǎn)變；其二是實現(xiàn)產(chǎn)品由大規(guī)模趨同性生產(chǎn)向規(guī)?；ㄖ粕a(chǎn)轉(zhuǎn)變，未來產(chǎn)品都將完全按照個人意愿進行生產(chǎn)，極端情況下，將成為自動化、個性化的單件制造；其三是實現(xiàn)從“客戶導向”向客戶全程參與的轉(zhuǎn)變，客戶不僅出現(xiàn)在生產(chǎn)流程的兩端，而是廣泛、實時參與生產(chǎn)和價值創(chuàng)造的全過程。

綜上所示，工業(yè)4.0的主要目的在于確保德國制造業(yè)的國際競爭力，推動德國制造業(yè)從單純的圍繞產(chǎn)品生產(chǎn)，向數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用基礎(chǔ)上的智能模式轉(zhuǎn)變。其核心就是利用信息通信技術(shù)把產(chǎn)品、機器、資源和人有機結(jié)合在一起，通過信息通信技術(shù)建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的智能制造模式。在此模式中，CPS系統(tǒng)將推動生產(chǎn)對象直接或借助互聯(lián)網(wǎng)通過“機器對機器”通信自主實現(xiàn)信息交換、運轉(zhuǎn)和互相操控；智能工廠能夠自行運轉(zhuǎn)，產(chǎn)品與機器可以相互交流，機器可以自組織生產(chǎn)，供應(yīng)鏈將自動化協(xié)同，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組，創(chuàng)造新價值的過程將發(fā)生改變。如圖2所示。

紙包裝行業(yè)現(xiàn)狀及存在問題

1.紙包裝行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

改革開放以來，我國紙制品包裝行業(yè)在為商品包裝作出貢獻的同時，自身也得到較快發(fā)展，成為我國包裝工業(yè)重要組成部分。目前紙包裝工業(yè)產(chǎn)值已經(jīng)在我國包裝工業(yè)中占據(jù)了40%的份額。然而，在肯定成績的同時，必須清醒地看到，我國包裝業(yè)規(guī)模雖大但大而不強，增速較快但快而不優(yōu)，制而不創(chuàng)，與國外發(fā)達國家還有很大差距。圖3所示為當前紙包裝行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈。

2.紙包裝行業(yè)存在的問題

當前國內(nèi)紙包裝行業(yè)發(fā)展存在的問題主要如下：

①紙包裝行業(yè)的自主創(chuàng)新能力較為有限，紙包裝的高性能裝備、版材、智能制造等核心技術(shù)對外依存度較高。對于紙包裝、行業(yè)發(fā)展所需要的高端印刷設(shè)備、瓦線、關(guān)鍵零部件和元器件、關(guān)鍵印刷材料等大多需要依賴進口。

②紙包裝及印刷產(chǎn)品的質(zhì)量問題突出，每年直接或間接質(zhì)量損失超過50億元，部分紙質(zhì)印刷品的次品率偏高。

③紙包裝行業(yè)整體的資源利用效率偏低，在環(huán)保問題尤為明顯，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）能耗約為世界平均水平的2.6倍。相信在未來很長的一段時間內(nèi)，環(huán)保將成為促進紙包裝行業(yè)技術(shù)革新的關(guān)鍵動力。endprint

④紙包裝行業(yè)的結(jié)構(gòu)不夠合理，在技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)以及生產(chǎn)型服務(wù)業(yè)比重有些偏低，產(chǎn)業(yè)集聚和集群發(fā)展水平有限，具有較強國際競爭力的大型紙包裝企業(yè)偏少。

⑤紙包裝行業(yè)的管理瓶頸日趨顯現(xiàn)?；趪鴥?nèi)紙包裝行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以中小微型企業(yè)為主，大多數(shù)的印刷企業(yè)管理效率極其低下，管理成本相對較高，帶來的質(zhì)量及技術(shù)延伸問題較多，降低了紙包裝產(chǎn)品的市場競爭力。

正基于以上紙包裝行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及問題，紙包裝行業(yè)在實現(xiàn)德國“工業(yè)4.0”會面臨較大的挑戰(zhàn)。根據(jù)中國包裝咨詢網(wǎng)的調(diào)查，其挑戰(zhàn)主要來自圖4所示。

我國紙包裝行業(yè)學習借鑒德國工業(yè)4.0的重要意義

作為紙包裝大國的中國，當前面臨產(chǎn)能過剩、利潤低的狀態(tài)，加之已經(jīng)在資源、環(huán)境方面的諸多制約因素，因此紙包裝行業(yè)積極探索德國工業(yè)4.0具有十分重要的意義。

第一，是紙包裝行業(yè)積極推動“兩化融合”的必然選擇。“兩化融合”是指信息化、工業(yè)化，是經(jīng)濟發(fā)展的引擎和著力點，是促進紙包裝由大變強的必由之路。但目前紙包裝領(lǐng)域的“兩化”的融合仍面臨一些問題，處于初級階段，如集成協(xié)同應(yīng)用水平仍較低，其信息化與紙包裝企業(yè)的經(jīng)營管理和決策沒有有效結(jié)合，尤其是信息化與瓦線設(shè)備的深度協(xié)同，與紙包裝產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間未能充分實現(xiàn)有效深度銜接，整體智能化、自動化程度不夠，綜合成效有限。而德國“工業(yè) 4.0”高度重視信息化及工業(yè)化的深度契合，能為紙包裝的“兩化融合”提供很好的學習借鑒和一定范式。

第二，有利于確保中國紙包裝的未來。當前國外制造業(yè)出現(xiàn)“返巢”的現(xiàn)象，再加之計劃生育及房價的影響，我國勞動力價格一路攀升，其低成本優(yōu)勢逐步喪失，各地出現(xiàn)人才荒。因此，積極借鑒學習德國工業(yè)4.0的思維及技術(shù)路徑，取其所長，為我所用，這對于確保紙包裝行業(yè)的未來具有很深的有效推動作用。

第三，有利于促進紙包裝產(chǎn)業(yè)升級改造。正如同上文所述，我國紙包裝大而不強，其根本原因在于以下4點：一是紙包裝行業(yè)缺乏深度自主創(chuàng)新；二是紙包裝產(chǎn)品質(zhì)量問題相對突出；三是資源利用效率低下；四是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)能過剩?；谶@些問題，德國工業(yè)4.0是很好的學習模式，積極應(yīng)對工業(yè)4.0對于紙包裝行業(yè)集合信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展、自動化發(fā)展有重要的意義，有利于推動紙包裝行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級改造。

用德國工業(yè)4.0變革國內(nèi)紙包裝行業(yè)

當前，工業(yè)控制與自動化技術(shù)的進步為紙包裝行業(yè)的跨越式發(fā)展提供了重要的支撐。由于紙包裝行業(yè)對于產(chǎn)能、工藝、產(chǎn)品周期和信息管理等各方面的要求極高，因此其對工業(yè)自動化設(shè)備的投入以及對該領(lǐng)域的新技術(shù)、新產(chǎn)品和新趨勢接受度也比較高。比如工業(yè)自動化控制，其實十多年前就已經(jīng)被應(yīng)用在紙包裝行業(yè)的瓦楞生產(chǎn)線里。因此，“工業(yè)4.0”里所包含的很多技術(shù)、內(nèi)容和構(gòu)想都早已被應(yīng)用于紙包裝生產(chǎn)過程中?！肮I(yè)4.0”的提出將進一步推動整個紙包裝行業(yè)從生產(chǎn)效率、信息化、安全化、低碳節(jié)能等各方面進行綜合性的產(chǎn)業(yè)升級。

首先，德國“工業(yè)4.0”中所提及的柔性生產(chǎn)線使得資源的重新配置成為可能。當今紙包裝行業(yè)一般是以靜態(tài)生產(chǎn)線為主，即按照預(yù)定義的序列按部就班生產(chǎn)，很難重新配置。在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，紙包裝的供應(yīng)端和消費端同時發(fā)生著劇變，紙包裝企業(yè)核心競爭力的定義也從產(chǎn)品質(zhì)量轉(zhuǎn)移到了客戶價值創(chuàng)造。這意味著紙包裝企業(yè)需要能夠生產(chǎn)更快、更先進的產(chǎn)品和系統(tǒng)，要能適應(yīng)短版活，在更短的時間內(nèi)滿足客戶個性和多樣的要求?！肮I(yè)4.0”強調(diào)的是柔性生產(chǎn)線和動態(tài)價值鏈的實現(xiàn)，從而更好地協(xié)調(diào)客戶和產(chǎn)品之間包括設(shè)計、訂貨、生產(chǎn)和物流在內(nèi)的一系列具體供求關(guān)系。當靜態(tài)生產(chǎn)線轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)生產(chǎn)線，實現(xiàn)智能管理后，紙包裝的多產(chǎn)品生產(chǎn)適應(yīng)能力將大大提升。

其次，在德國“工業(yè)4.0”概念的影響下，紙包裝行業(yè)將更重視提高能源利用率，完善人與設(shè)備之間的組織化動態(tài)協(xié)作。

除了對于紙包裝制造層面的影響，紙包裝行業(yè)的供應(yīng)與售后體系也將被重塑，其將會形成更復(fù)雜的供應(yīng)鏈和價值鏈。德國“工業(yè)4.0”意味著紙包裝技術(shù)和生產(chǎn)過程的轉(zhuǎn)變，同時也將在整個管理、組織結(jié)構(gòu)的動態(tài)調(diào)整。上文所述德國“工業(yè)4.0”的核心內(nèi)容里三大集成中的“橫向集成”，其實就是指的公司外部的供應(yīng)鏈模式與其合作伙伴的關(guān)系集成。紙包裝作為諸多包裝用戶行業(yè)的配套，其產(chǎn)業(yè)鏈比較長，因此其供應(yīng)鏈條的集成十分重要。

未來的紙包裝行業(yè)，逐步向“工業(yè)4.0”演繹，紙包裝裝備廠家在生產(chǎn)制造領(lǐng)域不斷智能化、工業(yè)化，其將在整體上推動紙包裝產(chǎn)業(yè)鏈前后端體系的重塑與演變，尤其是對于短版、個性化產(chǎn)品的適應(yīng)與供貨及時度的能力逐步提升。隨著“工業(yè)4.0”時代的到來，紙包裝企業(yè)信息化度及其覆蓋面的加大和在產(chǎn)業(yè)鏈不同階段精準度的提高，紙包裝公司的生產(chǎn)設(shè)備、物流采購、人員等都形成一套龐大的復(fù)雜“網(wǎng)絡(luò)”，將紙包裝的需求端、生產(chǎn)端以及供應(yīng)端以智能手段相互緊密組織，紙包裝的制造與使用將更為智能、快捷與便利。

總結(jié)

在紙包裝行業(yè)，高寶、理光、富士、惠普、海德堡、博斯特、BHS等紙包裝行業(yè)大鱷已經(jīng)對“工業(yè)4.0”有一定的嘗試和經(jīng)驗，他們也逐漸會把這些運用到中國市場；與此同時，國內(nèi)的京山輕工、合興、勝達、東方精工、美盈森等紙包裝企業(yè)也在“工業(yè)4.0”的概念下高調(diào)布局。但同時我們也應(yīng)該看到，“工業(yè)4.0”并沒有一個統(tǒng)一的范式，針對紙包裝行業(yè)而言，“工業(yè)4.0”的價值更多是把現(xiàn)有的紙包裝領(lǐng)域技術(shù)予以整合，給紙包裝的產(chǎn)業(yè)鏈勾勒出一個具有可操作性的場景。當前紙包裝行業(yè)企業(yè)與德國先進制造企業(yè)的差距也許不僅僅是在設(shè)備領(lǐng)域，在體系、架構(gòu)的設(shè)計與構(gòu)筑上差異則更大。在“工業(yè)4.0”、信息化、“中國制造2025”浪潮的推動下，運用智能裝備、網(wǎng)絡(luò)、軟件與架構(gòu)技術(shù)，整合當前國內(nèi)紙包裝行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，找到適合自身發(fā)展的路徑，構(gòu)筑具有中國特色的紙包裝“工業(yè)4.0”平臺以及生態(tài)圈才是當前紙包裝行業(yè)應(yīng)該深入發(fā)力的所在。

作者單位：河南科技大學包裝工程系endprint