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清华大学总裁班课堂“范玉顺:工业4.0大背景下的大智慧”
发布时间:2018-10-08 15:21:21

本文由清华大学总裁班教授范玉顺原著。工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划,他们提出这个计划主要有两个原因:


第一个,为了经济。从2006年到2011年五年间,德国工业装备的出口一直没有增长,而同期,中国的出口在迅速增长。后来德国人找到两个主要原因,第一个,德国过去的出口主要是到中国,但是中国现在不需要了。另一个,美国出口的装备数量没德国多,但在后面的服务阶段收入很多,总体就挣得比德国多。因此德国工业4.0就提出,要从单做制造转变为制造加服务,要从出口硬件转变为出口标准。


第二个,技术原因。过去,一个计算机背后连着一堆用户,而现在是一个用户背后有数不清的计算机,再往后是大量的计算机会隐形嵌入到我们的装备、用品当中去。从鞋到汽车到家电,未来的环境将是嵌入式的环境、智能的环境。未来整个社会,随着侵入式装备的使用,感知、计算、通讯能力都会加强,社会将变成智能化的环境。整个社会变智能了,那工厂也自然要智能化,所以工厂的生产、经营、运作以及工厂生产的产品一定也要是智能的,这就是德国提出工业4.0的两个主要动力。


工业4.0要达成的“1438模型”


工业1.0是机械制造时代,工业2.0是电气化与自动化时代,具有物理性。工业3.0是计算机的广泛应用,具有信息性。工业4.0是要把过去分离的物理性和信息性融合,产生一个信息物理融合系统。李克强总理访德专门讨论了工业4.0的事,原因有两个:第一,因为现在智能制造是拉动经济的一个重要抓手。第二,工业4.0要达成的目标是十分可观的,可以用“1438模型”做简单介绍:


“1”是指信息、物理、人融合的一个网络


以这个网络来连接人、计算机、设备,形成一个智能服务世界。


“4”是指四个主题


1.产品的生产智能化。


2.企业的运营智能化,不但要有智能的车间,还要有智能的管理和智能的研发。


3.跨企业的合作。未来的企业生产是分布在不同的企业当中的,必然要有高效的供应链和物流的管理。


4.产品出厂以后进入智能服务世界的最大的一张网,叫做服务互联网。


“3”是指三个集层技术


1.纵向集层,从工厂到车间到设备到机器的管理层次的集层。


2.横向集层,从原材料到零部件到包装到服务到销售的一个价值链的集层。


3.端到端的集层,是工业4.0的特点,让用户从提出需求到最后产品报废,全程都参与企业的运作。从设计开始,客户就提出改进意见,制造过程当中客户也不断反馈,把客户当做企业的生产者纳入进来,这就叫做端到端的集层。


“8”是指德国的八个行动计划


1.制定标准,这是德国人非常乐意中国的企业帮助来做工业4.0规划的主要目的。推广标准以后,中国的工厂全都用了德国的标准。


2.互联网自治。未来会有几十万种传感器,这样的系统必须使用互联网自治,自我管理、自适应、自组织,就像今天的互联网一样。


3.建立工业宽带技术设施。


4.安全。在未来的生产线上,速度会更高,机器会更多,那么工人的安全、设备的安全、信息的安全都是要研究的问题。


5.工作的组织。到2023年,德国百分之七十五的工作都不会在办公室完成,未来的德国人上班可以不到现场。那么怎么考核工作的绩效,怎么发工资,怎么发奖金?所以需要重新设置工作的组织结构。


6.培训再教育。过去大学毕业上班就干一辈子,现在由于技术发展太快,要推广终身教育。所以德国开始制定CPD,叫持续教育发展,一个人要一辈子学习。


7.监管。德国工业4.0里面,有一项研究的内容是机器与机器之间自主协作,机器与机器对话,机器和机器谈判,机器与机器协商交货期,这就带来了法律的问题。如果机器违约了怎么办?需要有个法律的约束。


8.德国资源稀少,做新工业的一个目的就是要不断提高资源的利用率,减少资源的消耗。以上就是德国要追求的八个行动计划。


工业4.0的重点方向


在支撑德国工业4.0里面有九项技术,可能是未来产业发展的重点方向。头两个,是未来十年最抢眼的技术, 一个是虚拟现实,一个是人工智能。虚拟现实现在非常火热,Facebook花了二十亿美元买了一个8个人的小公司做虚拟现实的头盔。虚拟现实在Facebook未来十年的发展规划路线图里分成前后两部分,前五年做虚拟现实,人工智能,后五年做全球通讯。同样,3D打印现在我们国内也非常重视。另外还有非常重要的工业网络安全。2011年,美国和以色列情报部门研究了一个攻击工业设备的病毒,这个病毒就专门攻击工业设备的控制器,让核电站不能发电,让离心机高速旋转,然后报废,这是工业病毒,有人把它定义为战争病毒。这个病毒还可以攻击汽车、火车。


工业4.0主要是要做什么?简单地讲就是要用智能的材料,通过智能工厂的生产加工,输出能上网、能接发数据的智能产品。另外,德国工业4.0主要要实现的一个东西,就是众包模式,就是大众包大众,做的人不花钱不收钱,用的人不付钱。众包就是把我们传统意义上企业内部员工做的事或者外部承包商做的事交给一帮不认识的人去做。也不是一分钱的报酬都不付,会支付一点点报酬,众包比外包成本节约百分之四十。众包还可以让企业的部门消失。比方说一个服装企业,没钱,就采用众包,让所有的人都可以向他们的网站提供T恤衫设计方案,每周都可以收到T恤衫设计方案一千多种,这样研发部就不必设了。同样通过劳动力众包,评委会、业务员都免了,公司的利润依然可以非常高。计算机是部分地解放了人的脑力,而互联网释放的是社会群体智慧。今天是开放的时代,所以众包真的非常重要。


智能制造的内涵与企业的落实


什么是智能制造?做智能制造要有两个东西:第一要有知识,第二要有运用知识解决问题的能力。现在市面上,对智能的叫法有点通俗化,把什么东西自动化的都叫智能化,有点泛了。我以谷歌自动驾驶的智能车为例,讲衡量一个系统是不是智能的五个方面。第一个,环境感知。如果一个系统,不能感知环境就不能叫智能,像谷歌的智能车可以知道路障,看见红绿灯,看见行人,能了解外部的变化。第二个,要会推理。比如看见前面有一个路障了,就要会推理,按照目前的行动方向和速度会出交通意外。第三个,要有制定未来行动计划的能力。要知道现在不行了,得赶紧刹车或赶紧绕开路障。第四个,执行。第五个,最重要的,不断进步。如果一个系统今天跟昨天使用水平一样,就不是智能系统。不断学习不断进步才能叫智能系统。所以,评价一个系统是不是智能,可以用这五个方面来检查一下。


落实到企业要做智能制造有什么主要特征?第一,数字化和知识化,智能制造是以数字化和知识化为基础的。第二,不同内涵。不同的企业,对智能制造的理解是根据行业的不同而不同的。第三,也是最重要的,人机物共同制造。有人说工业4.0是无人工厂。但是,至少到2050年之前,无人化不是智能工厂的主要方向。智能制造不是无人制造,而是人机物的共融。第四,通过大数据,让生产线智能化,也就是说通过数据分析来治未病。生产线还没有崩溃,就可以预测到可能会发生的问题。第五,操作单元和决策。谷歌眼镜,就是提高操作单元的智能化,让每个人的技能水平都大大提高。一个维修工可能没有学过新车的维修,但是他戴的谷歌眼镜,可以连到宝马的全生命周期服务中心,他就知道这个车应该怎么拆,故障源可能在哪儿,这就是操作单元智能化。决策。什么东西应该卖到什么地方,要靠数据,要做基于数据的决策。另外一个就是协作,不同部门之间最慢的事就是交接,制约绩效提高的最大障碍是流程孤岛。如果把每个企业的部门都通过互联网在网上进行协作,我们未来的整个制造业就会形成一个智能服务世界。


现在装备的智能化程度越来越高,但是光把计算机用到装备里做数控设备仍然不够,要把设备做成网络化的装备,把车间里的每一个单元都做成可以在网上操控的单元。这是未来的信息化网络化装备,不是数控装备。通过收集生产线的各种数据,对生产线做诊断,横向纵向进行比对,横向比对就是不同的设备与不同的设备之间进行比对,纵向就是同一台数据跟过去进行比对,这就是智能生产线。


人机物一体化的未来世界


工业4.0最重要的部分,就是智能工厂的组成。互联网今天还在初级阶段,但是即使初级阶段的东西,用到生活当中去还是能带来很多方便。在不久的将来,去超市都不用带钱包,超市不会有收款员,只需带着客户卡推着车到门旁边一过,就行了。这一技术在仓储物流中有很大的作用,以后找东西就很方便。只要物品上有电子标签,就可以跟开车用GPS定位汽车一样定位商品,透明化管理。此外,还有农业上的食品溯源,工业上的维护信息查询,安全上的打击偷盗和假冒。美国的警察现在就已经用电子标签打击了95%的犯罪团伙,美国一个军事研究所甚至每一张纸上都带有电子标签。现在,我们就可以把标签做到只有0.4毫米这么大。未来,万物都有独一无二的身份。


前年,又完成了一个划时代意义的实验——异体操控,就是电影阿凡达的真实再现。两只猴子,猴子A看着计算机屏幕,手上没东西,从它的脑子上接出思维信号到另一只猴子B的脑子里,另一只猴子B看不见计算机屏幕但是手上有个推杆,猴子B一推杆,光点就会动,系统就会做出橙汁奖励。结果,看着计算机屏幕的猴子A一动不动却可以得到橙汁奖励,因为它动脑了,推杆的猴子B却什么奖励也没有,因为它不知道为什么这么推,它是受了猴子A的操纵,这就叫异体操控。


通过工业数据治未病,这是工业3.0和4.0的不同。现在通过工业大数据,我们可以做到零故障、零隐患、零污染。未来一切都是以产品作为服务的载体,用数据作为服务的铺垫,不断地挖掘用户的各种需求。从数据到分析到优化运行到知识分享跨域合作,未来的工业是给用户提供的有价值的能力。

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