快捷搜索:

读懂德国工业4.0 才有资格谈论企业转型_5

工业4.0德国制造业的发展之路

  1.德国制造业体系的发展

  德国政府部门和制造业领域的专家普遍将制造业领域技术的渐进性进步描述为工业革命的四个阶段。

  工业1.0。18世纪60年代至19世纪中期,通过水力和蒸汽机实现的工厂机械化可称为工业1.0。这次工业革命的结果是机械生产代替了手工劳动,经济社会从以农业、手工业为基础转型到了以工业以及机械制造带动经济发展的模式。

  工业2.0。19世纪后半期至20世纪初,在劳动分工的基础上采用电力驱动产品的大规模生产可称为工业2.0。这次工业革命,通过零部件生产与产品装配的成功分离,开创了产品批量生产的新模式。

  工业3.0。始于20世纪70年代并一直延续到现在,电子与信息技术的广泛应用,使得制造过程不断实现自动化,可称为工业3.0。自此,机器能够逐步替代人类作业,不仅接管了相当比例的体力劳动,还接管了一些脑力劳动。

  工业4.0。德国学术界和产业界认为,未来10年,基于信息物理系统( Cyber-Physical System,CPS) 的智能化,将使人类步入以智能制造为主导的第四次工业革命。产品全生命周期和全制造流程的数字化以及基于信息通信技术的模块集成,将形成一个高度灵活、个性化、数字化的产品与服务的生产模式。

  由于政治不统一等多种因素的影响,德国在第一次工业革命中进展不大,1820年-1870年间人均国内生产总值的年增长率为1.09%,低于英国的1.26%。不过,迈向统一的德国却是第二次工业革命的领军者,新科技与新发明层出不穷,德国经济也因此在1870年-1913年间以1.63%的年均增速超过了英国的1.01%。

  虽然第三次工业革命领航者的接力棒传到了美国手中,但德国在传统的机械制造、化工化学、电力电气等行业依然通过不断的技术进步保持住了在全球竞争中的优势地位。特别是在北落(指以鲁尔区为代表的煤钢等传统产业衰弱)的大背景下,形成南起(巴伐利亚等南部地区兴起了电子、生物技术等新兴产业),让德国制造业焕发出新的活力。

  1990年两德统一后,德国经济经过短暂的统一景气后陷入长期停滞,然而在10年不到的时间内,德国经济重现活力。即便是席卷欧盟的欧债危机对德国造成重大影响,以制成品出口拉动的德国经济依然能做到在欧洲鹤立鸡群。制造业在德国国内生产总值中的占比近20年来几乎保持恒定,1994年为23%,而2014年为22.3%。和欧盟平均水平以及欧盟其他国家相比,德国制造业的强势则更为突出:2014年,欧盟国家制造业平均占比为15.3%,法国为11.4%、英国则仅为9.4%。如果按一个品牌来衡量,德国制造大约价值45820亿美元,相当于德国国内生产总值的167%,位居世界第三。

  不过,在后危机时代,德国也日益感受到一些隐忧,从而提出工业4.0方案来加以应对。一是短期内面临出口下滑,德国联邦统计局的数据指出,2013年德国出口同比下降了0.2%,进入2014年,德国出口形势也未见大的改观。二是中期感受到产业升级压力,自本世纪头一个十年的最后几年起,科学应用技术上又一次出现了较大进步,包括无线电通讯技术、3D打印技术、物联网等。据预计,2020年全球物联网行业的终端设备销售额预计为1.9万亿美元,产生的利润(包括服务费)将达3000亿美元。三是长期面对欧盟内部和新兴经济体的双重竞争压力,欧盟2012年10月发布的《指向增长与经济复苏的更强大的欧洲工业》,明确设定了2020年将工业占欧盟国内生产总值的比重由当时的15.6%提高到20%的再工业化战略的目标;新兴经济体中,印度倚仗计算机和软件业等高端制造业成为世界办公室,中国更是于2010年超过美国成为世界第一制造大国,被称为世界工厂,其结果就是发达国家的贸易优势日渐丧失。

  如前所述,鉴于受到可预计未来内外部的压力,德国再次未雨绸缪,通过提出工业4.0战略,来实现德国工业区位的升级,确保德国制造业未来的国际竞争力。德国工业4.0概念问世于2011年4月在德国举办的汉诺威工业博览会,成型于2013年4月德国工业4.0工作组发表的名为《保障德国制造业的未来:关于实施工业4.0战略的建议》的报告,进而于2013年12月19日由德国电气电子和信息技术协会细化为工业4.0标准化路线图。目前,工业4.0已经上升为德国的国家战略,是德国面向2020年高科技战略行动计划的十大未来项目之一。

  2.工业4.0的核心内容

  解剖德国政府的工业4.0规划,简单可以概括为1个核心、2重战略、3大集成和8项举措。

  1个核心。工业4.0的核心是智能+网络化,即通过虚拟实体系统(CPS),构建智能工厂,实现智能制造的目的。通过大量部署各类传感元件实现信息的大量采集;将IT控件小型化与自主化,然后将其嵌入各类制造设备中,从而实现设备的智能化;依托通信技术达到数据的高速与无差错传输;对控制设备、制造设备的数据云存储和分析系统,从而达到生产过程的智能化以及方便人工实时控制的目的。

  2重战略。一是领先的供应商战略,关注生产领域,要求德国的装备制造商必须遵循工业4.0的理念,产出具备智能与乐于交流的生产设备。该战略注重吸引中小企业的参与,希望它们不仅成为智能生产的使用者,也能化身为智能生产设备的供应者。二是领先的市场战略,强调整个德国国内制造业市场的有效整合,构建遍布德国的高速互联网络是实现这一战略的关键。通过这一网络,德国的各类企业就能实现快速的信息共享、最终达成有效的分工合作。在此基础上,生产工艺可以重新定义与进一步细化,从而实现更为专业化的生产,提高德国制造业的生产效率。除了生产以外,商业企业也能与生产单位无缝衔接,进一步拉近德国制造企业与国内市场以及世界市场之间的距离。

  3大集成。一是关注产品的生产过程,力求在智能工厂内通过联网建成生产的纵向集成;二是关注产品整个生命周期的不同阶段,包括设计与开发、安排生产计划、管控生产过程以及产品的售后维护等,实现各个不同阶段之间的信息共享,从而达成工程数字化集成;三是关注全社会价值网络的实现,从产品的研究、开发与应用拓展至建立标准化策略、提高社会分工合作的有效性、探索新的商业模式以及考虑社会的可持续发展等,从而达成德国制造业的横向集成。

  信息通信技术(ICT)是3大集成实现的保证,相关技术包括:机器对机器(M2M)技术,用于终端设备之间的数据交换;物联网(IoT)技术,将整个社会的人与物连接成一个巨大的网络;各类实现企业系统化管理的应用软件,如企业资源计划系统(ERP)、产品生命周期管理(PLM)、供应链管理(SCM)、系统生命周期管理(SysLM)等,这些系统进一步发挥协同的作用,成为企业进行智能化生产和管理的利器。

  8项举措。一是实现技术标准化和开放标准的参考体系。这主要是出于联网和集成的需要,没有标准显然无法达成信息的互换,而开放标准的参考体系,包括公开完整的技术说明等资料,有助于促进网络的迅速普及与社会各方的参与。二是建立模型来管理复杂的系统。由于工业4.0的跨学科、多企协同和异地合作等特性,必然对整个系统的管理提出了很高的要求。只有事先建立并不断完善管理模型,才能充分发挥功效。三是提供一套综合的工业宽带基础设施。这是实施联网的基础,以保证数据传输的高速、稳定与可靠。四是建立安全保障机制。包括安全生产必须予以保障;在传输与储存过程中需要维护信息安全;整个系统应具有健全的容错机制以确保人为失误不会酿成灾难等。五是创新工作的组织和设计方式。由于工业4.0的高度自动化和分散协同性,对社会生产的组织和设计方式提出了新的要求,需要探索与建立新的生产协作方式,让员工能高效、愉快、安全地进行生产活动。六是注重培训和持续的职业发展。在工业4.0中,员工需要面对的生产设备和协作伙伴的范围远远超过了目前生产方式的要求,而且工作环境的变化速度也显著加快。面对上述两方面的挑战,员工的持续学习就变得尤为重要。只有全社会拥有大量的合格员工,工业4.0的威力才能真正得以体现。七是健全规章制度。涉及企业如何进行数据保护、数据交换过程中安全性、保护个人隐私、协调各国的不同贸易规则等。八是提升资源效率。工业4.0所说的资源,不仅包括原材料与能源,也涉及人力资源和财务资源。

  以不来梅奔驰汽车组装厂为例,对工业4.0下的生产方式进行说明。该工厂在2014年生产了34万辆汽车,是全球第二大梅赛德斯奔驰工厂。其销售模式是先定制再生产,通过电子订单到从经销商发到工厂。团队工作人员会创建一个含有生产日期的条形码,包括车辆识别码(VIN)和精确的配置规格以及激活代码,这将作为可交付的订单。在装配车间中数百个德国KUKA公司制造的焊接机器人一起加入组件工作,车身组装后还要接受工人检查,以验证关键部位焊接的精度和尺寸。当所有的焊接完成后,再次检查,确保车身是否可以进行下一道工序的组装。在经过喷漆工序后,车辆会返回到安装内部部件和发动机装配车间,机器人和工人运用自己的各种技能,相互配合工作,用不了多久,一辆组装好的车辆就出现在我们的面前。2015年,戴姆勒集团将投资7.5亿欧元,来更新其位于德国北部不莱梅的工厂,为两款新车型的制造做准备。此次投资将包括所有生产流程的完整网络化和数字化,以提升工人和机器人之间的合作效率。在奔驰不莱梅工厂信息物理系统的模块化生产下,正在进行装配的汽车能够自律地在生产模块间穿梭,接受所需的装配作业。其中,如果生产、零部件供给环节出现瓶颈,能够及时调度其他车型的生产资源或者零部件,继续进行生产。在这种动态配置的生产方式下,可以发挥出生产管理软件原本的综合管理功能,能够动态管理设计、装配、测试等整个生产流程,既保证了生产设备的运转效率,又可以使生产种类实现多样化。正是高度的自动化和信息化的完美融合,奔驰不莱梅工厂具备单一生产线生产多款车型的能力,包括C-Class Saloon、C-Class Estate与GLK都可以在这家工厂的同一生产线进行组装。

  工业4.0下的智能工厂

  3.工业4.0的前景与预期

  思略特咨询公司和普华永道(PwC)联合市场研究机构TNS Emnid最近针对工业4.0这一行业关注热点进行了一项调研,面向235家德国工业企业和员工,涉及制造和工程、电子和电气系统、信息与通信、汽车与流程等多个行业。研究显示,工业4.0将极大地革新和颠覆企业产品和服务组合,进而提升客户满意度;工业4.0实现了产品、商业模式以及价值链的数字化和互联互通;要实现工业4.0,需要大量的投资,投资规模不可低估。未来5年,企业在工业4.0解决方案上的投资将占其所有资本投资的50%以上。其中,预计到2020年,德国公司每年的投资将高达400亿欧元(即428.9亿美元),而放大到整个欧洲工业领域,类似投资每年可能会达到1400亿欧元(即1500亿美元)。在所有调查的产业企业中,仅有1/5的企业已经实现了产业链上关键流程的数字化。

  可见,德国工业4.0尚需多年的投资、开发、实施才能完全转变为现实。不过,这一理念在德国已经得到广泛传播,形成了一定的共识。只是各类企业对这一概念的接受程度存在差异,规模越大或技术含量越高的企业越容易接受工业4.0的理念,雇员人数在500-999人之间的大企业以35%的接受度高于小企业(20-99人)的21%;高技术企业以47%大幅领先一般企业的22%。德国政府更是积极推进,2014年8月提出了数字化议程,希望通过促进先进信息技术的广泛应用,为工业4.0的发展提速。展望未来,工业4.0的成效依然值得期待。德意志银行的一份研究报告引用德国科学与工程院的结论,乐观估计,工业4.0可帮助德国企业提高30%的劳动生产率。此外,德国信息技术、电信和新媒体协会与弗劳恩霍夫协会共同进行了一项研究,认为工业4.0除了可以显著提升德国制造业的水平外,也将使六大行业受益匪浅:至2025年,六大行业将多创造787.7亿欧元的产值,每年增速上升1.7个百分点。

  贯穿于德国企业的产品创新

  1.产品服务体系与工业4.0

  20世纪最伟大的经济学家之一熊彼特认为,经济发展源于创新,所谓创新,是建立一种新的生产函数,是把一种从来没有过的关于生产要素和生产条件的新组合引入生产体系,可以简单描述为资源的重新组合。在德国大型企业中,这种综合性的创新以产品服务体系的形式得到了广泛的采用,其整体目标关注商业策略的创新。以西门子公司的研发与业务部门共同实现产品创新为例,西门子中央研究院着力于实施技术地图技术,做出未来20年的技术规划,侧重于技术创新;业务部门实施多代产品规划技术,事先确定未来几年内特定产品产销计划所需要的技术,侧重于市场需要。中央研究院实施技术地图技术,比业务部门的多代产品规划技术有更长远的眼光,而多代产品规划更适应市场实际需求。在双方的计划做出后,中央研究院就与业务部门开始讨论规划,进行有建设性的争论,使规划得以改进。联合规划活动使中央研究院和业务部门形成共同语言,提高了工作效率和效果。简言之,德国企业的创新不是孤立的围绕技术展开,而是围绕着产品服务对象的需要展开,这个过程中需要企业内外部在各个环节中的参与、沟通、反馈,属于全流程的创新。同时,德国的技术创新始终关注市场的需要,即使前瞻性的技术研发也是为了满足市场潜在的需求。

  本质上看,工业4.0是传统的产品服务体系在信息化、模块化下的延续,采用工业4.0能够对产品服务体系的提升有显著改善作用,实现产品服务体系的高效运转,至少能够在以下几个方面起到作用:一是增强信息的传递。这包括企业内部各个部门之间,也包括与企业外部的上下游、咨询公司、高校和科研院所。相比于小企业,大企业信息的传递更加复杂,因此如前所述对工业4.0的接受程度更高;二是缩短了与产品服务对象,即用户进行沟通的时间和空间,能够快速掌握用户需求的变化;三是提升服务的质量、多样性和灵活性,工业4.0的出现使个性化定制的工业化生产成为现实,并根据市场、订单变化灵活安排采购、生产。以西门子公司为例,其位于德国安贝格市的电子制造厂经过改造,已建成为全欧洲最先进的数字化工厂,制造印刷电路板等电子产品时出错率仅为百万分之十二。

  2.德国企业的创新体系建设

  企业的创新体系是伴随着企业的发展壮大而建立起来的,对于初创公司,公司的创新全部来自于个别人的发明,只要不断有新发明出现,公司就不断获得高速成长。但随着公司规模扩大,企业面临着如何把少数人的创新能力变成集体创新能力的问题。企业发展壮大的关键,是要把个人的创造才能变成组织的创造才能。

  创新战略。创立一种市场上必不可少的新技术,从而获得髙额利润的战略。要依靠强大的技术力量作为后盾。特别是对那些关键技术,以及那些会对市场产生破坏性或革命性影响的技术进行掌握,并获得专利。此外,创新战略还必须与公司的业务战略紧密结合。

  创新战术。聚焦于更好地提高研发的效率和效果,同时持续开发产生协同的潜力,运用很多方法来达到这样的效果,包括:设定指标、最佳实践共享、全公司范围内的专利管理、联合开发,以及平台战略等。比如设计一个软件模块可以同时应用于多个系统中,又比如安全技术、声音识别、图像处理,以及控制技术等都可以同时被用在工业领域以及能源领域。

  创新流程。为达成创新战略,通过系统的流程不断地在从事以下的创新循环:识别具有发展潜力的技术;辨认技术突破;预测未来顾客的需求以及新的商业机会;将公司塑造成在该领域中的领导者。

  创新规划。为发展出一个系统的、持续的、强有力的研发体系,由相关部门与咨询公司、研究机构、专家合作创造了一种用创造未来代替预测未来的未来图景创新规划,成为实现其研发战略的最有用的工具。这不但为公司创造了新的产品、系统和服务的业务机会,更使其研发与其他部门最终融为一个整体。出于对创新规划的重视,大众汽车公司的长期规划已经做到2037年。

  创新人才。通过选聘、培训、激励三个环节来保障人的创新。在选聘环节,除了应聘者本身的专业技能以外,对个人品质或特质方面的要求是:有广泛的兴趣、有好奇心、无论在何种困难情况下都能保持强烈的创新愿望。在培训环节,除了双员制教育,还有始终一贯的在职终身教育,西门子公司在每年投入的培训费中,有60%用于员工在职培训。在激励环节,在兴趣激励、发展激励、物质激励、文化激励四个方面,通过工作轮岗、目标管理等手段,上级主管和人力资源部门一同参与,激励员工的创新活动。

  创新制度。一是研发资金制度。以西门子公司为例,研究机构的资金由三方面提供,其中总公司提供35%的资金、业务部门提供50%、政府资助占15%,这就要求,研究部门必须要完成业务部门要求的特定研究工作,才能得到50%经费,达到了围绕市场需要创新的目的。二是创新项目管理制度。通过创新规划找出有必要实行的远、中、近期项目。同时,在全球范围内寻找其需要技术的来源,通过购买、合作、培育等方法来获得。三是技术孵化制度。对其希望获得的任何外部技术进行风险投资,成立种子企业,并为其提供创新所需的资金和技术资源。西门子风险基金计划迄今为止已向全球100多个中小创新企业注入了5亿欧元的种子资金。

您可能还会对下面的文章感兴趣: