彭瑜：工业从2.0到4.0并行发展
——对话国家工信部智能制造综合标准化工作组专家彭瑜
- 发布时间：2015-07-31
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国家工信部智能制造综合标准化工作组专家彭瑜
始于2008年那场由于过度金融创新导致的全球金融危机，不但打击了虚拟经济，也损害了实体经济，影响至今难以消除。
也是这场危机，让世界各国尤其是欧美等发达国家重新认识了实体经济，尤其是制造业的重要性，“制造业再回归”成为各国重振经济的口号。德国提出工业4.0概念，美国亮出工业互联网计划。虽然侧重不同，但指向却高度一致——重振制造业。
我国在推行多年的两化融合基础上，今年提出了《中国制造2025》，成为实施制造强国战略的个十年行动纲领，也被外界解读为中国版的工业4.0计划。面对热议的工业4.0，中国振兴制造的实现路径又在哪里?在近日清华大学经管学院举行的“工业4.0与智能制造领域创新实践”国际研讨会上，工信部智能制造综合标准化工作组专家彭瑜认为，中国工业4.0的实现路径是：工业2.0、3.0、4.0并行发展。
工业4.0首先是一个信息物理系统，智慧工厂是工业4.0核心
究竟何为工业4.0?业内公认的定义来自德国Dortmund技术大学。
工业4.0是一个为价值链组织使用的技术和概念的集合名词。在工业4.0的智慧工厂的模块化架构中，CPS(Cyber Physical System，信息物理系统)监控物理过程，建立物理世界的一种虚拟拷贝，并实施分布式决策。通过物联网，CPS之间、CPS与人之间进行实时通信和协调;通过服务互联网，提供企业内部的和跨企业组织的服务，同时被价值链的参与者所利用。
简而言之，工业4.0首先是一个信息物理系统，然后有物联网、服务互联网，后形成智慧工厂。当然，智慧工厂内需要有智慧能源、智慧材料，生产出的必须是智慧的产品。
什么是CPS?这是工业4.0的一个基础。CPS概念早由美国国家基金委员会在2006年提出，被认为有望成为继计算机、互联网之后，世界信息技术的第三次浪潮，其核心是3C(Computation、Communication、Control)的融合。
彭瑜认为，CPS实际上是环绕物理的过程，通过计算、控制、通讯三种能力对物理过程产生影响。CPS是一个控制系统，在反馈循环中是有人存在的，与以往自动化控制系统中人在系统之外有所区别;二是要求网络化或分布式，由此会引入无线的传感和执行;此外，具有自适应和预测功能，是一个实时的智能化系统。值得注意的是，CPS不是把现有的系统扔掉，而是在现有基础上增加新接口，把新老设备功能结合在一起。
从工业4.0的四个组成部分，可以导出六个设计原理：即互操作性、可视化、分布化、实时能力和性能、服务指向以及模块化。六个原理在工业4.0的不同部分之间，发挥着相应作用。比如，要实现不同制造业CPS间的互联互通的关键因素，就要首先实现语义互操作性的标准化，实现在不同行业和相应的行业技术之间没有歧义的、明确的信息传递和交换。
智慧工厂是工业4.0组成的核心。智慧工厂首先应该是数字化工厂，即在工程技术、生产制造以及生产供应和销售等三个维度全面实现了数字化的基础上，再进一步发展为实现了工程技术智能化、生产制造智能化以及生产供应和销售智能化的工厂模式。同时，智慧工厂需要智能电网、智能物流、智能建筑、智能移动设备和智能产品的支撑。实际上，生产结构的描述不是一个孤立的智慧工厂，某一个智慧工厂生产的产品为另一个工厂配套，智慧工厂之间靠云信息安全网络形成整个社会协同的制造流水线。
工业2.0要补课，工业3.0要加快普及，工业4.0先进行小规模示范
面对美国工业互联网和德国工业4.0的发展战略，中国为积极的是主管工业的政府部门、研究院所，以及投资咨询的各种公司。
但总的来说，中国企业行动的积极性似乎远超德国的中小型企业，这很大程度上因为我国工业面临的转型和升级改造压力更加严峻。
如今，大企业如华为、海尔等行动很快，已跨出策略层面上的研究规划，正在试点实施。还有像中国科技自动化联盟这样的创新型行业组织也在卖力吆喝，集聚了一批以体制外的民营企业，以及一些外资企业在华机构，也希望通过抱团在产业升级重构中赢得未来。
不过，彭瑜认为，跟风和追求短期盈利，可能成为我国对待工业互联网和工业4.0的隐患。
目前，工业互联网、工业4.0和智能制造在国内形成一种热潮，各式各样的投资机构和咨询公司出于各自动机，热炒这个题材。
彭瑜认为，中国的中小型企业更应积极应对和迎接世界产业的大变局，其迫切程度高于德国中小企业。可以说，当前中国制造企业不转型就没有出路。原因至少有三：一是人力成本不断攀升;二是技术和业务模式都受制于创新能力不足的情况下，原先的成本优势丧失;三是现代化工业生产要素的先天不足，比如质量意识薄弱、质量管理制度不健全，企业整体的生产管理的精益化、信息化尚待培育，这些都提醒中国企业，路还很长。
中国制造业目前的发展状况并不平衡，尚处在没有总体完成工业2.0(大规模制造机械化)和工业3.0(工业自动化)，就需要面对工业4.0(工业自动化和信息化深度融合)的形势。因此，彭瑜认为，中国工业制造的发展，不像西方发达国家走的是工业2.0、工业3.0，进而工业4.0的串行发展路线，而应该是工业2.0、工业3.0和工业4.0并行发展的道路。
具体来说，我国今后工业发展路径应该是：工业2.0要补课，着重于通过工艺改善突破质量控制; 工业3.0要加快普及;工业4.0领域，则要先进行小规模示范。
同时，在发展智能制造过程中还要遵循“三个不要”：不要在落后的工艺基础上搞自动化，工业2.0要先解决采用保证批量生产质量的工艺;不要在落后的管理基础上搞信息化，工业3.0需建立在现代管理基础上的信息化;不要在不具备数字化网络化的基础上搞智能化。
理念和规划是革命性的，实现形式是渐进的，即使在德国也需要起码20年
根据德国罗兰贝格咨询公司的报告，工业4.0分为五个阶段。阶段，自动化改造;第二阶段，数字化工厂建设;第三阶段，充分自动化和信息化融合;第四阶段，打破企业集团内各个工厂之间的隔离，向产业链上下游延伸;企业和工厂的信息系统可与供应商、客户互通互联;第五阶段，在全球范围内人、物、机器装备和系统之间的互通互联。
彭瑜认为，从可见的一个时期内，中国版工业4.0首先需要在前三个阶段下功夫。
自动化改造阶段要完成以下工作——
消除“信息孤岛”，将所有已实现单机自动化的装备都能联入工业通信网络。如果这些装备来自不同的厂家，甚至是不同年代的产品，实现的通信和信息交换难度较大;
制造装备联网的阶段是实现设备层的互操作，目前基本处于信号互操作的层次，需要基本完成设备层软硬件的横向集成;
设计和建设从原材料到在制件，后到成品入库的全厂生产跟踪系统，以及质量跟踪和追溯系统;
设计规划由设备层到各级管理层的总体集成架构和方案，初步建成垂直集成。
第二阶段中，数字化工厂建设主要完成——
从生产制造维度，完善ERP-MES-PCS的软硬件的垂直集成;
从产品设计PDM、制造工艺设计CAPP，以致产品全生命周期管理PLM 的维度，要贯通整个流程;
从供应链 SCM、客户关系管理CRM、订货和生产计划ERP的维度，也需要贯通整个流程;
同时，有可能的话，好能尝试上述三个维度之间以MES为交集点实施实时信息交换。
根据彭瑜介绍，充分自动化和信息化融合阶段，要在第二阶段数字化工厂建设基础上，实现各个业务端“端到端”的集成，即实现三个维度之间以MES为交集点的端到端的集成。
除了要重点抓好端对端的数据交换接口，便于畅通实施交换数据的通道外，更重要的是解决端对端之间的语义可互操作性，以及端对端之间数据交换的时间节拍问题。
彭瑜认为，工业自动化技术是第四次工业革命的主力技术，不过它必须迅速按IT技术所要求的那样，进一步加速开放步伐。工业自动化技术应该将其研究的重点，从在各个分隔的研究领域，例如分布式系统、工业通信技术等进行局部的和递增式的改进，转变到按构建智慧工厂所要求的科学技术和工程技术，例如：开放式系统，以表达物理设备和物理系统的智慧计算和智慧集成等。
“工业4.0的理念和规划是革命性的，但工业4.0的实现形式必定是渐进的，即使在德国也需要起码20年时间。”彭瑜说，尽管工业4.0的规划是针对制造业和装备制造业的，但它绝不是单独的工业革命，它必将带来更广泛的社会变革。
可以说，这是一场系统性的变革。