工业4.0 产学研专家纵论工业互联网

　　2015年3月3日，值两会召开之际，中国工业互联网联盟举办的第三次工业互联网沙龙在北京交通大学知行大厦七层举行。工业互联网沙龙旨在通过一系列活动，确立工业互联网的概念、内涵、外延、核心内容以及指标体系。通过邀请业内专家及有实战经验的工业信息化专业人士分享经验，工业互联网沙龙致力于帮助企业确立工业互联网路线图，通过树立样板项目，让企业体会到工业互联网的价值。

　　本次工业互联网沙龙有十余名业内著名专家参与讨论，其中包括交大校友之家常务副理事长李正海、北京邮电大学世纪学院计算机学科带头人陈志成、北京交通大学机电学院机械工程系副主任蒋增强、清华大学车船动力研究中心主任黄德洪、北大纵横咨询公司合伙人马兆林、北京车安居停车设备有限公司总经理张林鹏等。

　　从个性化制造看工业互联网价值

　　李正海是交大校友之家常务副理事长、九方宏信CIO、高级工程师，他于1989年毕业于北方交通大学机械系铁道车辆专业。在上大学期间就从事企业信息化工作，曾任目前属于中国南车集团的戚墅堰厂计算机中心主任，至今做企业信息化已有20多年。李正海说，从他20多年企业信息和制造工厂信息的经验来看，工业互联网和工业4.0更注重把原来信息化的工作进行全面的整合和提升，从而达到新的高度。

　　李正海介绍了世博演艺中心顶部的制造过程。世博演艺中心于2007年12月30日在浦东开工，于2010年3月竣工。整个演艺中心用地面积近8万平方米，地上建筑面积约4.5万平方米，地下建筑约为2万平方米。世博演艺中心造型呈飞碟状，从不同角度和不同空间看，能呈现出不同形态。因为特殊圆弧型设计，因此世博演艺中心顶部的每块钢板都不一样，由近1万块不同尺寸和工艺的钢板组成。这样一个大规模的定制化制造过程，恰恰体现出了工业4.0的概念。

　　世博演艺大厅顶部由一万多块三角板构成，而且每一块板的尺寸都不同。每一块板由四个组件对扣在一起，通过弯折外延实现对扣，因此需要知道三角板的板扣、折弯系统和折弯的角度这三个参数。当时的设计单位抽掉了三个部门的人手，每天加班到半夜12点，但一天也只能计算30块板子左右的数据。一万多块板子的数据，需要一年多的时间才能计算完。于是，设计单位找到了李正海。李正海曾负责世博中国馆顶部的设计并开发了相应的计算软件。基于世博中国馆的软件，李正海花了两个晚上的时间，为世博演艺中心开发了设计软件，可以实现由设计软件直接输出数据到数控切割机床，一步完成。

　　工业互联网要以精益制造为基础

　　随着工业生产的个性化需求与日俱增，越来越需要创新的设计方法，这就需要工业互联网和工业4.0。实际上，在机械企业的生产制造过程中，从单个零件的生命周期来看，生产组件、热加工、粗加工、精加工、热处理直到零件装配，这是一个物对物的变换过程，但它也是制造信息不断变化的过程。

　　以前有人问过PDM与ERP的关键差别在哪里?李正海认为，最简单的一点就在于PDM是产品数据管理，它不管生产批量。在生产组织过程中，设计部门往往只管设计不管批次，批次则由工艺部门负责。工艺部门有的时候会认为设计师写的型号不对或是没货，于是就自行更改型号然后进行采购，这种现象在企业里非常普遍。李正海分享了汽车制造的案例。他经历过生产规模达到20万辆的汽车制造企业，设计文档和实际装车报目清单零件的差异，能多达19页之多。

　　一个螺钉从17号换成15号，到底有没有影响?影响会有多大?英国航空5390号航班是英国航空集团由伯明翰前往西班牙马洛卡的定期航班，1990年6月10日，飞机的驾驶室中一块挡风玻璃突然飞脱，并将机长吸出机外。凭着副机师的努力，航机安全降落于南安普敦。窗户脱落的原因是什么?原来装到档风玻璃上的螺钉不是原始设计的螺钉，结果就出了事故，而这个螺钉是在检修的过程中被更换的。

　　制造执行系统是工业互联网的核心

　　蒋增强现为北京交通大学机电学院机械工程系副主任，主要负责工业工程。从念研究生开始，蒋增强就一直从事制造信息化工作。随着我国制造信息化的发展，他经历了从PDM到ERP再到MES的全过程。从2006年开始，蒋增强就开始从事制造执行系统(MES)工作，他经历过的项目主要是面向汽车行业的制造执行系统，包括国内十几个相关制造企业的三十余个制造执行系统项目。

　　关于工业4.0，蒋增强认为制造执行系统就是最终体现工业4.0和工业大数据落地的最佳平台。制造执行系统分成三层，第一层是基础的数据采集层，可认为它是CPS信息物理系统的核心，最终通过CPS来实现数据的采集和交互。第二层是业务层，也就是整个生产过程中的流程和业务。第三层为数据服务层，通过大数据的分析，检测整个制造系统的健康，以及对可靠性和健康性的预测等等。通过制造执行系统，把工业4.0和大数据融到一起了。

　　从2006年从事制造执行系统开始，蒋增强感觉到企业需求一直在变化。2006年2007年的时候，企业的需求在于信息采集。当时中国出台了不合格企业产品召回条例，企业存在质量出现问题召回后谁来承担损失的问题。到底是整车厂装配的过程中出了问题，还是加工过程中的问题，还是供应商出了问题。因此最早的时候，企业对制造执行系统的要求就是数据的自动采集，采集完了以后归类，然后进行统计，之后数据就成为死数据。

　　现在企业对制造执行系统的认识加强了很多，MES的11个模块开始使用起来。蒋增强今年在青岛做制造执行系统，对方企业主动提出排产很重要，要把智能排产放第一位。以前都是蒋增强去跟用户提需求，但是现在企业已经完全不一样了，他们已经开始了解制造执行系统了，并且发自内心的希望利用这个系统让企业发生质的改变。

　　智能制造：相信机器还是相信人?

　　制造执行系统现在主要发展的方向是什么?蒋增强表示，前期做的制造执行系统是单向的，就是从底层采集数据，很少反过来再去控制数据，形成一个闭环，这主要指的是离散制造行业。企业的制造执行系统只需要采集单向的，不需要反馈，因为怕产生安全问题。很多企业时候担心执行方面的可靠性或者是风险。我国目前制造执行系统完全自动化的比例偏低，这里有一个工作习惯问题，企业习惯了人为监控生产过程，一时改不过来。随着工业4.0提出来以后，制造执行系统将从辅助决策的角色向真正执行角色转变，让制造执行系统闭环起来。

　　从蒋增强的实践来看，很多中国制造企业宁愿相信人，而不相信机器。他曾经参观过国内非常先进制造工厂，都是奥地利、意大利进口的全自动新设备，而全自动设备的边上全是国产的半自动设备且大部分需要人工参与。但企业宁愿用半自动化设备，全自动设备虽好，企业觉得只要一个环节出现问题，全部都要停产，而找一个人过来修需要很长时间。半自动化设计，即便某个环节出问题了，其余的环节还在工作，效率会很高，综合下来的成本比进口的低很多。

　　德国人有一种思维，宁愿相信机器，不相信人。德国人的制造技术很高，中国的制造技术不能和德国比。现在的信息化是数据加设备，虽然数据和算法稳定了，但是设备不稳定，所以企业不敢大胆采用自动化设备。要想真正推广落实制造执行系统，必须要打破传统制造企业的思维惯性。

　　从中国制造到中国运营

　　清华车船动力研究中心的黄德洪针对当前热门的柔性制造，提出了“反”柔性制造的观点。所谓柔性制造，指制造企业利用互联网平台让用户参与制造，厂家提供不同的模块，让用户自己组合。让客户参与制造是潮流，保时捷的口号是任何一辆保时捷都是不一样，因为全是客户化定制。此外，柔性生产非常关键，除了个性化生产制造外，当面临经常修改的订单或设计，整个生产制造流程也需要相应调整。

　　黄德洪说，现在制造业有一种理念，就是不卖产品而改为卖服务，因此这是一种“反”柔性制造的观点。反柔性制造相当于大楼中央空调的反过程，中央空调通过输入电能形成温差，冬季供热夏季制冷。过去是卖空调厂商卖空调产品，现在改为卖制冷服务。很多房地产开发商已经不买中央空调了，转而买冷冻水。举例来说，开发商按照每立方冷冻水五分钱，夏天7度出12度回，每小时的流量五百立方就可以满足楼的制冷或取暖。开发商按每个立方五分钱支付给空调企业，工资、水电等全由空调企业自管，开发商相当于把中央空调成本全摊薄在这五分钱里，风险也相应锁定了。空调厂商从卖空调产品转而提供冷冻运营服务，从产品制造商转为运营服务商，这就是从中国制造走向中国运营的概念。

　　从卖产品转向卖服务，对客户最大的价值，一是以近于零投资的方式降低了初期投入成本，二是对于厂商来说实现了非常稳定的现金流，因为卖产品是一次性的，而服务必须一直采购下去。从中国制造到中国运营，还有一个好处，就是竞争力变了。如果中国企业与西门子比制造发电机，西门子的发电机可以把工业品做的像艺术品一样，达到头发丝的二十分之一,中国企业目前做不到这样的精度。但通过卖运营服务的方式，中国企业以运营商的身份出现，就形成了新的商业模式。中国高铁的输出，就是采用这种模式。

　　黄德洪介绍，针对特殊行业，反柔性制造把产品模块化，再按照用户需求，以达积木的形式满足用户的需求。以美国普惠发动机为例，它提供了一款280千瓦的电站，做成了一个集装箱的样子。不论是什么样的能源项目，都用这280千瓦电站拱积木。如果是发电700千瓦就用3台，如果发电1000千瓦就用4台，这样一来就是大幅简化生产环节，生产这款电站的工厂也只有一百多个人。虽然总体制造成本略有升高，但管理的费用大幅降低了，供货周期大为缩短，综合服务计算下来，还是比较划算的。

　　机器人解决人才不足问题

　　陈志成长期研究工业4.0与智能制造、人工智能系统、物联网与云计算等领域，先后担任北京邮电大学世纪学院计算机学科带头人、华为技术有限公司高级技术专家等职，现任中国人工智能学会基础专业委员会常务委员、中国通信学会云计算专家委员会委员、中国信息协会大数据分会理事、北京格分维科技有限公司总经理。

　　陈志成说，现在各地都出台了扶持政策，支持当地发展工业4.0。浙江提供了5000亿支持当地的企业进行升级改造，并成立了一个专业委员会。广东、深圳也都出台了相应政策扶持当地的智能制造业。陈志成前不久参观了TCL的广东工厂，工厂里面的生产线上，已经用上很多机器人，原先贴商标、拧螺丝的人工都改成数控机床、机械手，运输也改为先进的无人运输车。

　　浙江省政府5000亿的拨款，在五年之内，生产制造企业都可以申请。浙江省政府成立了专家评审团，对项目进行一半的补贴或者是补贴四分之三。专家组织除了评审，还帮助企业评估升级改造的方式。江浙一带的企业对于先进制造的技术并不了解，也不知道德国、日本的哪些机器人适合他们的需求。因此，如果单独采购机器人，肯定价格不菲。现在通过专委会平台统一进行商务谈判，有一个打包的价格，就非常便宜了。

　　陈志成介绍了一个案例。浙江有一个砖厂，原来有500多个人，后来西部地区的员工陆续都回老家了，这个工厂被迫关掉了两条生产线。后来该厂进行升级改造，从国外引进机器人，工程总价两三百万，通过专家评审和浙江省的支持，该厂实际自掏五十万，就把机器人领回家了。原来一条生产线上有16个人，现在只需要2个人，最多的时候4个人就搞定了。原来是8小时工作制，工人一般都工作10个小时，现在用上了机器人后，基本上是转16个小时，只要两个人盯着就可以了，生产制造效率大幅提升。

　　国家重视促进工业互联网大发展

　　李正海表示，随着国家的物质越来越丰富，越来越需要实现工业产品的个性化与可定制化。而一旦往个性化与定制化方向发展，传统的工业就会面临挑战。传统的制造业模式，无法处理个性化和定制化的订单。十多年前，曾经有一本书《大规模定制》，它的核心为当定制产品的总量是达到大规模后，为了适应这种大规模定制，所以企业需要一系列的策略，这种策略就包括定制化生产、内部的标准化，以及车间生产、组织、设备的流程化、自动化和智能化。

　　陈志成表示，从政策角度来讲，中国目前已经意识到了工业落后。从技术角度来讲，中国跟欧美日本比，确实还是比较落后,在核心零部件上面掌握的技术很少，但是不妨碍中国进一步引进、消化和吸收国际先进技术。当经济水平发展到一定程度，国家下决心做起来以后，发展也是很快的。

　　陈志成说他从2006年开始做物联网，那个时候很多人并不看好物联网。后来温家宝到嘉兴发言，要做智慧中国，马上就成立了无锡智能物联网基地。北京邮电大学第一个在无锡建立了研究院，然后就是中移动、中联通。目前中国有70%到80%的物联网传感器，都是从无锡出产的，其次是深圳。

　　总而言之，工业4.0与工业互联网是一项系统工程和社会工程，从生产制造、企业管理、经营模式，到质量文化、知识文化、人才培养，再到打破传统的观念与理念等，方方面面都需要下功夫，齐头并举、互相促进，才能真正实现和落地工业4.0与工业互联网。