2013年4月份，德国政府在汉诺威工业博览会上正式推出工业4.0的战略规划。它是德国《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。此后，这一概念在世界上引起极大的反响。
2015年3月25日召开的国务院常务会议提出，要加快推进实施“中国制造2025”，实现制造业升级。德国工业4.0和“中国制造2025” 的相同点：新一轮科技革命和产业变革的主要特征是信息技术与制造技术的深度融合。这一变革的趋势和核心就是制造业的数字化、网络化和智能化。在这一点上， “中国制造2025”和德国工业4.0都是在新一轮科技革命和产业变革背景下针对制造业发展提出的一个重要的战略举措。
然而，不同的是德国制造业具有强大的技术基础，而中国工业还面临着传统产业转型升级，有待向在高端领域实现跨越式发展，这比德国实现工业4.0 更加复杂、更加艰巨。因此，我们需要认清工业4.0的本质，结合自己的实际情况做出决策，避免在具体做法上邯郸学步。冶金行业的数字化、网络化和智能化之 路，只能靠中国人自己走。
工业4.0的背景与本质
德国把工业生产分成4个阶段。第一个阶段始于18世纪末的工业革命，蒸汽机的发明全面带动了机械化。第二个阶段开始于20世纪初，其特征是大范 围使用电动设备，用流水线方式组织生产。第三个阶段起始于上世纪70年代，通过引入以PLC（可编程逻辑控制器）为代表的电子和信息技术，使自动化水平显 著提升。现在面临的是第四个阶段，即工业4.0。其特征是将CPS（Cyber-Physical System，信息物理系统）全面引入工业体系，推动 智能制造。
CPS是美国学者2006年提出的概念。其中，Physical指零件、设备、产品等物理实体，Cyber 则指信息和控制部分，也有人理解为 物理实体在计算机网络中的镜像。CPS可以看成“控制系统”的升级版，能够智能化应对复杂的变化。CPS原本主要是应用于嵌入式系统，工业4.0的贡献在 于将CPS全面地用于工业。具体地说，就是将CPS用于信息系统的横向集成、纵向集成和端到端集成。其中，横向集成是指供应链上的企业或上下工序之间的信 息集成，纵向集成是基础自动化、过程控制、生产管理等计算机层级间的信息集成，端到端集成则是从用户向企业提出需求到企业为用户提供产品和服务这一过程的 信息集成。3个集成的理论，来自美国ARC公司于2002年提出的协同制造模型（CMM）。
最近10多年，信息和通信技术（ICT）取得了长足的发展，CPS、PLM（产品生命周期管理系统）、ERP（企业资源计划）等技术的提出与完善，为工业4.0战略的诞生奠定了基础。当然，工业4.0战略带有明显的德国特色。
首先，工业4.0战略与德国的劳动力危机有关。德国是世界上老龄化最严重的国家之一，退休年龄已延长至67岁。很多制造企业员工的平均年龄在 40岁以上，年轻员工比例不断减少。德国推进工业4.0的目的，不仅要保持其技术的领先，还可以延长劳动者的工作生涯，解决老龄化问题并吸引年轻人进入工 业界。
其次，工业4.0战略与其产业结构相关。德国既有西门子这样世界级的大型制造企业，也有成千上万具有核心竞争力的中小制造企业。利用这种优势，德国采用“领先的市场和供应商”的“双重战略”推进工业4.0。
再其次，德国工业有生产定制化产品的传统，而“个性化定制”是保证工业4.0经济可行性的重要依托。
最后，德国工业以离散制造业为主。工业4.0的设想和案例，多以离散制造业为背景，很少涉及化工、冶金等流程行业。
对工业4.0的内在逻辑，笔者认为，起因是劳动力危机促使企业减少从事体力劳动的工人。过去，离散制造业（产品的生产过程通常被分解成多项加工 任务来完成）的工人主要从事运输、设备切换等工作。工业4.0针对的目标人群就是这批人。为了做到这一点，要将CPS嵌入纵向集成，让机器智能地完成这些 工作。这件事情完成后，生产过程的柔性就会大大增强，这就为实施个性化定制奠定了基础。
对工业4.0的本质，有专家认为，工业4.0的本质是智能制造，包括产品智能化、设备智能化、生产智能化、管理智能化和服务智能化。同时，工业 4.0是互联，是数据，是集成，是创新，也是转型。这些关键词可以这样串起来：CPS就是智能控制系统；在3个维度的应用CPS就是在设计、生产、管理、 服务过程中全面推进智能化；当产品本身是个CPS时，它就是一个智能产品。充分、完整的数字化才能保证CPS的顺利执行，而完整的数字化有赖于3个维度信 息的集成，信息集成需要互联；采用CPS需要技术的创新、信息互联则需要商业模式的创新，而商业模式创新必然伴随企业的业务转型。
事实上，不同行业、企业的具体做法可能相差很大。典型的差别是，产业链前端的企业其实应该强调产品的标准化，后端才会强调个性化定制；大企业应做横向集成的发起者，而中小企业则应主动被集成。
工业4.0给中国制造业带来的挑战
廉价劳动力供给是中国制造业持续高速发展的主要驱动力之一。改革开放以来，数以亿计的农村剩余劳动力转移到非农产业。但是，这个过程大约在 2008年前后就基本结束了。在此后的几年中，东部地区“用工荒”愈演愈烈，用工成本急剧上升。2012年，中国劳动人口总量开始减少，伴随而来的是中国 经济进入了中高速发展的新常态。面向未来，中国的劳动力形势会更加严峻。受计划生育政策的影响，在2022年~2031年的10年中，中国每年将减少 1000万~1500万个劳动力，其中绝大多数是体力劳动者。这势必会对中国制造业造成重大的冲击。
随着中国劳动力短缺时代的到来，国外的竞争压力也不断增大。一方面，外企纷纷将工厂搬迁到劳动力成本更低的东南亚地区；另一方面，发达国家智能 制造水平的提高，促进了制造业的回流。这也为中国制造带来了威胁。例如，美国一家热水器企业搬回美国后，采用了智能制造技术，结果，材料成本、人工成本都 降低了，质量和节能效果也提高了。如果工业4.0在发达国家得以实现，中国的劳动力优势就会荡然无存。所以，工业4.0的思潮是我们不得不面对的问题。
作为制造业的组成部分，冶金行业不可能置身其外。冶金行业整体经济效益低、工作环境差，老一代工人退休后，未来的劳动力危机可能更加严重。由于 全行业产能过剩、需求总量已到达顶峰甚至开始下滑，未来必然有许多企业面临淘汰。劳动力危机很可能成为压垮某些冶金企业的最后一根稻草。
面对国内外挑战，中国制造业必须摆脱依赖于廉价劳动力的生产模式。2013年和2014年，机器人在中国的销量分别增加了60%和54%。在冶 金行业，企业正在减少行车、台车、机车的操作岗位，在特殊岗位采用机器人，有些企业甚至建立了无人化仓库，而这些都可以看作是应对劳动力危机的办法。但 是，在笔者看来，这些做法在国外很早就有了，中国企业现在只是进行必要的“补课”，还不能将其归属到工业4.0的范畴。
冶金企业应对工业4.0之策
工业4.0的许多概念，在冶金行业并不陌生。钢铁企业熟知的“数学模型”本质上就是工业4.0时代广泛采用的CPS，而某些企业推行的“标准+α”本质上就是个性化定制。
但是，CPS应用的局限性还非常大，距离智能生产、研发、服务和供应链管理还差得很远；个性化定制的成本还太高，要推进个性化定制与批量化生产的结合，即“大规模定制”；需要加强个性化服务，推动“批量化生产、个性化服务”。
从自动化到智能化的过程中，需要经历数字化这一中间环节。在笔者看来，数字化是整个冶金行业的短板，同时也是盲点。很多人认为，数字化工作已经 做了很多年了，为什么还要继续做？其实，过去的数字化是针对自动化的数字化，而不是针对智能化的数字化，无法全面承载CPS。在未来的工业4.0时代，生 产制造、开发制造、采购销售可能都是靠CPS运转的，现在的数字化水平显然是不够的。冶金行业需要在3个方面推进数字化：生产管理与控制、研发与服务、采 购与销售，以便与前述的3个维度的集成相对应。这些工作，未来很可能将由工业大数据的云平台来承载。当然，落实这些工作将是个漫长的过程，需要结合企业的 自身条件，分步骤地耐心推进。
有一种错误的思维方式，可能会将冶金行业的数字化工作引入误区。这就是，将商务大数据的理念和做法生搬硬套到工业大数据。其中，忽视数据的结构化可能是一种致命的错误。事实上，数据结构的构建水平，决定了CPS能否顺利运行并持续拓展，从而决定了数字化的成败。
笔者认为，冶金行业数字化工作的当务之急是建立产品生命周期管理系统（PLM）。PLM是端到端集成的核心信息系统，用于支持产品研发和服务。 依靠PLM，可以帮助企业实现由制造到服务和研发的转型。目前，PLM在离散制造业的应用很广，冶金行业了解该系统的人却很少。这种情况与冶金行业的数字 化工作特别困难有关。
与离散制造业相比，冶金行业的制造过程会发生复杂的物理变化与化学变化，设备状态和工艺过程对产品质量的影响很大。这会导致冶金生产过程的数字化特别复杂。实践证明，在冶金行业推进数字化，一定要做好顶层设计，否则，很容易流于形式，走错方向。
我们必须学会用辩证的观点面对工业革命，要吸取工业4.0的思想精髓，根据行业和企业的具体情况制定对策；照搬是不行的，全盘否定也不可取，必 须放眼未来，同时，又不能做“带着望远镜走路”的人；要以现状为出发点，充分发挥经验的作用，也不能被现状和经验所约束。另外，无论是企业的数字化建设还 是CPS开发，都会面临方法和理念的改变。要意识到变化的发生，才能主动适应变化。
（本文刊登于2015年4月2日《中国冶金报》第3版）
来源：中国冶金报-中国钢铁新闻网
(审核编辑: 智汇工业)
