工业4.0核心载体 制造业升级之路

 国务院正式颁发《中国制造2025》规划。“中国制造2025”与工业4.0强调的智能化信息化方向与发展战略基本一致，新一轮的制造业变革逐步来临。

智慧工厂：工业4.0核心载体，制造业升级之路。

据上海羿歌所认识，智慧工厂，也称数字化工厂(DF)，是指以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。数字化工厂主要解决产品设计和产品制造之间的“鸿沟”，实现产品生命周期中的设计，制造、装配、物流等各个方面的功能，降低设计到生产制造之间的不确定性，在虚拟环境下将生产制造过程压缩和提前，并得以评估与检验，从而缩短产品设计到生产的转化的时间，并且提高产品的可靠性与成功率。与一般工厂相比，数字化工厂强调的是生产计划数字化，大量使用计算机各种辅助技术，如CAD、CAM、CIM等等，相对固定，由上而下。

智慧工厂的基本设想是制造的产品集成有动态数字存储器、感知和通信能力，承载着整个供应链和生命周期中所需的各种信息;整个生产价值链中所集成的生产设施能够实现自组织，以及能够根据当前的状况灵活地决定生产过程。智慧工厂将建立“数字企业平台”，通过开放接口将虚拟环境与基础架构融为一体，从而构成信息物理融合系统(CPS)，生产自动化系统将升级为信息物理融合生产系统(cyberphysicalproductionsystem，CPPS)。

工业4.0将由集中式控制向分散式增强型控制基本模式转变。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组，将使人类从“自动化生产”进入“智能化生产、绿色生产、都市化生产”。信息物理融合系统(CPS)是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统，是计算进程和物理进程的统一体，包含了无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。智能的网络世界与物理世界融合产生的CPS亦称“工业物联网”。

从中国制造到中国智造，这是工业4.0的大时代!工业流程中使用物联网及其服务，从而产生了创新的工厂系统——智慧工厂。完全不同于传统的工厂自动化系统，智能工厂采用面向服务的体系架构，具体体系架构如上图所示。从图中可以看出，对应于传统自动化系统的现场级，智慧工厂使用物联网技术;对应于控制级，智慧工厂采用CPPS信息物理融合生产系统;对应的监控管理级连接到安全可靠和可信的云网络主干网，智慧工厂采用服务互联网提供的服务。

智能工厂：带来制造业长期竞争力的提升。

互联网激活传统工业，保持制造业长期竞争力的必由之路：与前三次工业革命相比，我们认为工业4.0最大的进步在于利用互联网激活了传统工业过程，使工厂设备“能说话、能思考”，同时实现三大功能：最大程度地降低制造业对劳动力的依赖、将流通成本降到最低、最大程度满足用户个性化需求。从长期来看，工业4.0时代，对于智能工厂的投入将远超过一般工业，但项目盈利能力也将显著提高，并且资本投入越大、斜率越陡峭，即投资的边际回报率越高。我们认为，无论在何种经济体，工业4.0都将是制造业发展不可绕开的必由之路，是未来世界制造业最大的一波“浪潮”。

我们认为，相对于传统制造组织形式，工业4.0智能工厂对于制造业长期竞争力提升主要体现在三个方面：降低对劳动力的依赖、降低仓储物流成本，以及满足用户个性化需求。

1)降低制造业对劳动力的依赖：德国重视“工业4.0”的另一个原因是老龄化带来的劳动力不足。德国人口的老龄化程度在全球排名第二，仅次于日本，许多德国制造公司年轻员工的数量在不断减少，已经出现熟练劳动力短缺的现象。且德国的人工成本非常高，一个典型制造业企业的人工成本要占到25%到30%。对于我国来说，未来随着人口红利的消失，劳动力供给减少、人工成本上升和新一代劳动力制造业就业意愿的下降，制造业的国际竞争力面临巨大制约。而工业4.0时代高度网络化、自动化的智慧工厂，能最大程度地降低制造业对劳动力的依赖，降低劳动成本，大幅提升制造业长期竞争力。

2)降低物流成本：智能物流是工业4.0核心组成部分，是降低社会仓储物流成本的终极方案：在工业4.0的智能工厂框架中，智能物流仓储位于后端，是连接制造端和客户端的核心环节。自动化物流仓储是运用软件技术、互联网技术、自动分拣技术、光导分拣、RFID、声控技术等先进的科技手段和设备对物品的进出、库存、分拣、包装、配送及其信息进行有效的计划、执行和控制的物流活动。典型的物流与仓储自动化系统主要包括：自动化立体仓储系统、自动输送系统(包括移动机器人系统AGVS)、自动识别系统和自动分拣系统，以及机器人作业系统的其他辅助系统等。相对于传统的物流仓储设施，自动化物流仓储系统的优势主要体现在对劳动力成本的节约、对租金成本的节约、管理效率的提升等方面。我们估算自动化仓储在保证同等储存能力的条件下，可至少节约70%以上的土地和80%以上的劳动力。自动化仓储系统能够最大程度提升仓储管理的准确性，以及识别、分拣、进出货的处理速度，降低存货周转率，适应电商、生鲜配送等现代快速物流的需求。

3)满足用户个性化需求：进入信息时代、互联网时代以来，产品生命周期越来越短，节奏越来越快，对资源利用的要求越来越高，用户的个性化需求快速释放，导致制造业大批量生产的模式慢慢被摒弃，柔性化的实时的动态响应需求越来越多。正因为人们对个性化需求的日益增强，当条件具备时，此前为提高生产效率、降低产品成本的规模化、复制化生产方式也将随之发生改变——工业4.0时代，个性化产品将以高效率的批量化方式生产。“个性化”是精耕细作、灵活创意的代名词，“规模化”曾经意味着大批量、重复生产，智能制造就是让“个性化”和“规模化”这对工业生产中的矛盾相融合的生产方式，互联网则能够让制造链条上的各个环节更加紧密、高效协作。