智能化、标准化、模块化-工业4.0时代的新常态

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1、智能化、标准化、模 块化工业 4.0 时代的新常态文 /德国物流研究院中国首席科学家、中国首席代表房殿军博士教授“工业 4.0”研究项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，在德国工程院、弗劳恩霍夫应用研究促进协会、西 门子公司等德国学术界和 产业界的建议和推动下形成。 2013年 4 月汉诺威工业博览会期间，德国工程院院 长代表“ 工业 4.0”项目组向德国联邦总理默克尔呈交“工业 4.0”战略实施白皮 书，至此，其正式上升 为德国国家战略。“工业 4.0”的目的是为了提升德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机，该战略得到了德国科研机构和产业界的广泛认同。德国弗 劳恩霍夫 应用研究

2、促进协会旗下 7 个制造领域的研究院已经全面启动相关研究，其中包括德国弗劳恩霍夫物流研究院（Fraunhofer IML，简称德国物流研究院）。工业 4.0 是以移动互联网、物 联网和大数据等新一代信息技 术为驱动，以虚 实融合系统（CPS）为 基础，通过深度融合机、电、自 动化、信息与通信技术以及企业管理流程，实现向智能化制造的进化。工业 4.0 是在工 业 3.0 的基础上更加自动 化和智能化，在极大提升生 产效率与质量的情况下达到低消耗、低能耗和低成本的个性化大 规模定制。从本质上讲，工业 4.0 包括将 CPS 系统技术一体化应用于制造业和物流业，以及在工业生产过程中使用物联网和服务技

3、术。这将对价值创造、商 业 模式、下游服务和工作组织产生全新影响。“工业 4.0”对物流业的影响首先，我们要看到“ 工业 4.0”主要具备以下一些特性。 满足用户个性化需求工业 4.0 允许在设计、配置、订购、规划、制造及运营等环节可以考虑客户的特殊需求，即使在最后 阶段仍能变动。在工 业 4.0 中，有可能在一次性生产且产量很低的情况下仍能获利。 灵活性基于 CPS 的自组织网络可以根据业务过程的不同方面，如质量、时间、风险、价格及生态友好性等，进行动态 配置。 这意味着作业流程可以更加灵活，制造工艺可以实时改变，供应短缺问题可以得到 补偿。 资源生产率和利用效率CPS 在贯穿整个价值网络

4、的各个环节基础上，对制造过程进行优化。这意味着，系统可就生产过程中的资源利用和能源消耗 进行持续优化，而不需要停止生产。“工业 4.0”主要分为三大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要研究整个企业的生产物流管理、人机互动以及 3D 技术在工业生产过 程中的应用等；三是“智能物流 ”，主要通过传统互联网、物联网以及服务联网，整合物流资 源，充分 发挥现有物流资源的效率，而需求方，则能快速获得服务匹配，得到智能的物流支持。“工业 4.0”的重点是创造智能的产品、程序和过程。其中，智能工厂构成了工业 4.0 的关键特征之一。在智

5、能工厂里，人、机器和资源如同在一个社交网络里一般，可以自然地相互沟通协作。从全球物流业的发展角度来看，工 业 4.0 带来的更多是供 应链的创新与优化。其中，不仅涉及到传统的工业互联网， 还涉及到正在发展的物联网，以及未来更加综合的服务联网。这样的系统一般具有传感器，既能感知周 边环境得到信息，还能根据获得的指令，与环境感知互动。在执行动作时，使用分散式的智能控制系统，通过感知周围信息，智能地控制系统。标准化、模块化和数字化的产 品设计是实现工业 4.0 的基 础。在工 业 4.0 时代下，要想满足客户低成本个性化、定制化的市 场需求，必 须通过柔性化、灵活化的生产方式，多样化的软件与硬件集成

6、方案来实现。以宝 马为例，其 3 系发动机共有 4 种型号供客户选择，在排气量和缸体等指标均相同的基础上，通 过选配不同的汽车电 子单元，从而 实现产品设计的多样性。当前，德国汽车制造业已率先 进入工业 4.0 时代。其从 产品 设计到生产制造、供应链管理，全程实现了智能装配、智能生产配送和智能供应链调度。汽车制造企业可以通过云端网络为全球供应商搭建一个信息化平台。一旦任何环节出现问题 或变化，系 统不仅可以自动报警，同时也可基于历史数据优 化而提出相应的解决方案。 这 一基于大数据、云计算的智能管理系统，即是工业 4.0 时代的 产物。 智能物流是支撑工业 4.0 的重要主题德国制造业作为世

7、界上最具竞争力的制造业之一，在全球制造装备领域拥有领头羊的地位。这在很大程度上源于德国 专注于创新工业科技产品的研 发，以及 对复杂工业过程的有效管理。德国的装备供应商为 制造企业提供世界领先的技 术解决方案，并以此成 为工业 4.0产品的全球领先的开发商、生 产商和市场先导。无论是全球系统集成领域排名第一的胜斐迩公司， 还是全球工 业车辆领域赫赫有名的永恒力公司，以不同的成长历 程走到今天，却有着相似的 战 略布局。从单元化产品起家，到后来向物流自动化领域进军，再到近年来开始 发力收购软 件公司。可以看出，全球领先的物流装备企业已不满足于不断改进和研发新技术，而是有条不紊在为工业 4.0 时

8、代到来做好准备。德国弗劳恩霍夫物流研究院通过对过去数千年工业发展史的研究发现，工业 3.0 时期之前，已经诞生出很多自动化技 术。 1970 年前后，由于工业自动化技术的大力推进，导致第三次工业革命全面启动，物流技 术装备业从局部自动化向更深 层次的全面自动化、 标准化逐步演变。直至 2010 年，市场上不断涌现出更加智能化的设备 ，全球物流技术装备业开始向着规模化、信息化、自动化和智能化的方向高速发展。工业 4.0 时期，物流装备不仅 要求是智能的，且 设备之间还 要实现联网，从而实现物流系统的智能化要求。在此方面，德国物流研究院作为欧洲最具权威的物流技术规划和研发机构，一直不断引领全球物流

9、技 术装备产业的技术发展。例如，inBin 智能周 转箱，德国物流研究院通过在单元化的周转箱上加装智能控制单元，使其可以自主管控。通过互联 通信，智能箱自 动接收系统发 送的指令完成任务，再把任务完成情况的信息上传到网络。这项 技术让基层数据信息与最高 层的云端系统实现互联，也从另一个角度证明智能化、单元化的物流技 术，是工 业 4.0 的技 术基础。德国物流研究院作为德国国家级的物流与供应链权威机构，在德国及欧洲物流技 术评审与标准制定方面扮演着中立的、 权威机构的角色。其德国总部有大量实验室，和工业应用技术发展趋势是保持一致的。德国作 为全球工业制造领域的 强者，德国物流研究院 为工业界所

10、进行大量的应用技术研究，也提供了重要的支持。在软件方面，尤其是仿真软件方面，德国人一直走在了业界最前沿。在供应链领域，无论是产业园区或网络布局规划， 还是供应链或物流系统规 划，德国物流研究院从成立至今研发出了众多实力很强的软件产品，并用于研究院所承接的客 户项目中。其中，德国物流研究院自主研发的 OTD 软件是目前在德国应用最广的供应链仿真软件，德国各大汽车厂家基本都在采用，其可以 对复杂的供应链进 行仿真，功能非常 强大。此外，还包括 Dismod 是主要从事网 络优化的一个软件；LogiChain 是专业的流程优化的软件；DOSIMIS 则是物流系 统仿真 软件。在德国物流研究院所做的大

11、众 OTD 项目中，OTD 本身是一个仿真 软件，同时也是智能决策支持软件系统。因为大众商 务车的整车生产和发动机制造工厂分布在两个国家，需要通过一个智能系统，对整个供应链进 行规划和管控。工 业 4.0 时代，我们需要及时掌控客户需求，并让所有信息实现联网。这个智能决策系统，能够给生产线提供非常准确的决策依据。进入工业 4.0 时代，在以往信息化的基 础上还要实现网络 化、智能化，这一发展趋势在德国物流研究院的 OTD 软件 产品及项目上，就有很好的体现，并在多年前就已实现了。OTD 软 件，也是一个供应物流集成调度智能系统，可对所有信息点进行采集、调度， 对系统进行预测和报告。研究德国工业

12、 4.0 的理念、发 展思路和行动纲领，有利于推进我国开展两化融合工作，更好地把握两化融合为我国工业发展带来的机遇，使我国早日成为真正的制造强国与创新大国。客户需求个性化，产品创新周期 缩短，生 产节拍加快，这不仅是生产型企业面临的重要课题，也是对支撑生产的物流系 统提出的巨大挑战。在具有产业革命意义的工业 4.0 战略中，智能物流是支撑工业 4.0 的重要因素。作 为世界物流技术 的领导者，德国 对中国这一全球最大的物流技术装备市场持续关注。中德在物流技 术领域的合作，将成为中国物流技术装备产业转型升级的重要机遇。德国物流研究院成立于 1981 年的德国弗劳恩霍夫物流研究院(Fraunhofer IML)，是欧洲最具权威的物流规划与研究机构，欧洲最大的物流技术研发基地与物流人才培 训中心。德国物流研究院总部设在多特蒙德市，自 1998 年进入中国市 场以来， 为烟草、汽车、电子、家电及电商等领域的众多中外企业提供了专业的物流规划与咨询服务。