Archive for 2016年12月29日

《全球工業4.0研究報告》(2017年)

? ? ? 為了幫助國內行業人士從本質上理解工業4.0的基礎體系和應用情況,工業4.0研究院組織了工作小組,撰寫了《全球工業4.0研究報告》(2017年)(報告全文:http://www.innovation4.cn/library/r5122),對主要的工業國家制造業戰略及應用的情況作了較為完整系統的分析,并總結成為各個國家的工業哲學。

全球主要工業國家的工業哲學

? ? ? 叢經濟學及工業文化等視角來看,德國工業4.0體系之根本是高度集成的演進思路,而美國先進制造希望充分發揮其開放式創新的優勢,日本與德國類似,其自動化及機器人應用較為廣泛,工業特征是高度自動化的思路,最后是中國制造的基本特征,工業4.0研究院總結為低成本優勢。

? ? ? 工業4.0時代的群雄逐鹿未來工業

? ? ? 雖然各個主要工業國家都提出了對未來工業的概念,例如,德國提出了工業4.0,美國提出了先進制造,中國提出了中國制造2025等,但德國從歷史視角提出的工業4.0,的確得到了較大程度的關注。

? ? ? 在工業4.0研究院撰寫的《全球工業4.0研究報告》中,年度報告編委會對德國、美國、日本和中國四個主要工業國家的國家戰略、產業政策以及典型案例都進行了較為完善的分析。

? ? ? 報告對各個工業國家提出未來工業戰略背后的驅動因素進行了分析,主要分為推動國內GDP增長、實現全球貿易平衡和加強國家競爭優勢。總的來講,每個工業國家都是為了保障推動經濟增長的驅動力——制造業的未來。

? ? ? 德國推動數字化牽引工業4.0

? ? ? 為了推出工業4.0概念,德國工業4.0平臺發布了三份相關報告,工業4.0研究院稱這三份文件為“工業4.0三部曲”,這是任何認真的學者都應該閱讀的報告。比較重要的是,德國在提出工業4.0的時候,是以“未來項目”(Zukunftprojekt,德文)來介紹的,也就是說明德國實際上認為工業4.0并沒有到來。

? ? ? 工業4.0研究院進一步分析了中國版工業4.0概念,初步認為工業4.0啟動的時間可能在2020年,在那個時候,工業4.0相關的網絡化技術(例如工業物聯網、服務互聯網等)和智能化技術(例如工業傳感器等)才初步成熟,具有規模化應用的可能,而網絡化和智能化是工業4.0的兩大技術特征。

? ? ? 美國聚焦先進制造顯霸主雄心

? ? ? 雖然德國在概念提出方面,似乎占得頭籌,但美國在奧巴馬政府時期提出的先進制造計劃,以及后續落地實施的國家制造創新網絡(NNMI,National Network for Manufacturing Innovation),凸顯了美國的開放式創新能力。

? ? ? 與德國工業4.0三部曲一樣,工業4.0研究院也選出了三份跟先進制造有關的報告,作為期望了解學習美國先進制造概念和體系的參考資料。

? ? ? 日本多管齊下保機器人領先地位

? ? ? 從工業4.0研究院跟蹤研究日本經濟政策和產業概念來看,日本之所以提出創新產業結構計劃(IVI,Industrial Value Chain Initiative),這跟安倍經濟學的一貫主張是一致的,同時也可以為了應對所謂第四次工業革命(德國工業4.0)的挑戰。

? ? ? 在具體的產業政策方面,日本經濟產業省發布了物聯網加速聯盟(IoT Acceleration Consortium,IIAC)、機器人革命計劃(Robotics Revolution Initiative,RRI)和人工智能研究中心(AI Research Center, AIRC),形成了新科技領域的完整布局。

? ? ? 智能制造鞏固中國低成本優勢

? ? ? 眾所周知,中國制造在過去三十年時間,成功的實現了工業化發展,并再次推動中國制造的產值成為了全球第一位(2010年),但是,西方發達工業國家已經意識到中國制造帶來的挑戰,并逐步開始推行再工業化,這迫使中國制造再次進行轉型升級。

? ? ? 然而,缺少了人口紅利的中國制造轉型升級面臨了較大的挑戰,一方面制造業成本指數(按照BCG研究報告)已經接近美國,相比之下已經沒有多大優勢,另外一方面,中國制造的過度投資和競爭,已經導致產能過剩,在全球貿易再平衡的大背景下,對中國制造極其不利。

? ? ? 但是,中國制造又面臨新一輪工業革命,先進制造技術的應用,有可能給真正有能力創新的企業帶來重塑中國制造產業的機會。大家從諸如工業互聯網平臺運營者逐漸增加等跡象都可以看出,中國制造正處在一個大變革的時代。

? ? ? 《全球工業4.0研究報告》(2017年)是工業4.0研究院計劃的年度報告,由年度報告編委會組織專家完成。報告涉及的主題和內容都非常豐富,并引用了工業4.0創新平臺發布的大量的原始或翻譯報告,讀者結合到這些參考資料閱讀,有可能帶來新的啟發。

中國工業互聯網平臺生態蓄勢待發

? ? ? 2013年美國通用電氣提出工業互聯網概念,并聯合AT&T、思科、英特爾和IBM組建工業互聯網聯盟(IIC,Industrial Internet Consortium),引起了全世界的關注。通用電氣于2015年推出工業互聯網平臺Predix,西門子在2016年發布MindSphere和Sinalytics,國內諸多力量也借勢推出了類似平臺,這宣告全球新一輪工業互聯網平臺生態競爭的開始。

中國工業互聯網平臺運營企業

? ? ? 從工業4.0研究院梳理的情況來看,目前主要有兩種類型的企業參與工業互聯網平臺生態的競爭:一類是傳統的制造企業,諸如航天科工、三一集團、紅領集團以及海爾電器等,它們跟通用電氣和西門子的情況比較類似,都是在行業縱深解決方案已經有了積累;另外一類是全新的參與者,它們的背景一般都比較復雜,在行業領域積累較少,但也沒有前者所面臨的各種負擔。

? ? ? 航天云網:國家級代表

? ? ? 客觀的講,航天科工是跟通用電氣最為接近的企業,因為不管是從規模還是產品形態,都是最吻合的企業,這也是航天科工集團最終推出了航天云網的基本理由。航天云網定位于“航天科工國家工業互聯網平臺”,其目的也就是成為國家級工業互聯網平臺的代表。

航天云網平臺的整體技術架構

? ? ? 航天云網是按照李伯虎院士多年來研究的云制造思路來啟動的,雖然實際運行者在此基礎上做了較大的改進,但核心思路是比較明確的。一方面航天云網強推三啞改造,期望采集大量的數據到工業云平臺上,另外一方面,航天云網還充分借助互聯網+等理念帶來的產業鏈整合趨勢,加強了供應鏈的信息化管理能力提升。

? ? ? 在航天云網對外公開演講資料中顯示,三啞改造主要涉及到啞設備、啞崗位和啞企業,其本質上還是兩化融合的問題。要改進中國制造業過去三十多年累積的技術、流程和管理等問題,其復雜度可想而知,但航天云網把其平臺的使命定位于“國家制造業主權之爭”,必須成功決心很大。

? ? ? 對于三朵云平臺,航天云網計劃在2016年實現50萬戶上線,跟通用電氣把平臺工業應用的規模最為生態競爭力相比,似乎雙方的平臺戰略思路也不完全相同。

? ? ? 酷特智能:紅領的轉型

? ? ? 紅領作為中國制造企業的一個縮影,體現了中國傳統低端制造領域的競爭優勢。從人類社會工業化以來,紡織和服裝就成為了第一個實現工業化的行業,其后雖然發生了多次工業革命,但基本上對服裝行業的變革并不大,其根本原因是服裝行業的時尚特性,生產制造環節在產業鏈上的話語權并不大。

青島紅領的魔幻工廠大巴車

? ? ? 這也是紅領創始人張代理過去十多年一直糾結于心的挑戰,隨著國內互聯網蓬勃發展帶來的刺激,大大改變了紅領公司的認識,如何利用互聯網工具,改變服裝行業的業態,成為紅領公司的一個轉折點。

? ? ? 按照后來投資紅領新設酷特智能公司的復星國際財報中提及,酷特智能是被認為傳統行業互聯網化的一個代表,這也是在發展初期紅領聯合同城的海爾發起互聯網工業聯盟的根本動機。

? ? ? 可惜的是,從目前可以看到的公開資料來看,紅領或酷特智能一直沒有發布通用目的的平臺,目前看得到的是完全個性化的魔幻工廠平臺,其主要目的是為需要定制西服的消費者提供C2M服務,但這樣的平臺要推廣到其他行業,需要做大量非標工作的,這也是同行并不完全贊同紅領做法的原因之一。

? ? ? 樹根互聯:梁穩根的希望

? ? ? 三一重工作為民營企業中的領先者,在工程機械領域打下了一片天地。據媒體報道稱,三一重工的創始人梁穩根每年都會到德國去好幾趟,其目的就是想學習德國機械企業的先進經驗。事實上,三一重工也一直在進行技術革新,其中,18號廠房就是重金打造的示范智能工廠。

三一集團樹根互聯公司推介會

? ? ? 隨之而來的金融危機以及工程機械行業激烈的價格戰直接導致了新建18號廠房難以發揮效用,但是,認定了先進制造發展方向的梁穩根繼續探索非工程機械產品的數字化裝備領域,通用電氣所推出的工業互聯網得到了負責三一集團信息化工作的賀東東認同,并在梁穩根其子梁在中工業金融板塊中扮演了重要角色。

? ? ? 在2016年底孵化了一年多的樹根互聯通過網絡直播的方式拉開了序幕,賀東東擔任了新成立的樹根互聯公司總經理。據樹根互聯官方網站介紹,新設公司定位為最接地氣的工業互聯網平臺,其雄心是貫穿端到端的全產業鏈環節,顯然比通用電氣要更為大膽。

? ? ? INNO DIGITAL:創新驅動

? ? ? 中國制造業多年來發展經驗顯示,要緊密結合到需求端的實際需求來提供服務,才可能有發展空間。這樣的經驗在過去三十多年的改革開放過程中都是有效的,并被專家和企業家們奉為圭皋。

INNO DIGITAL開放平臺運行思路

? ? ? 中國制造長期以來的低成本優勢主要來自人口紅利,這在發展初期是適用的,畢竟“有”遠遠超過精細的需求滿足,先想法設法把產品制造出來,并且以最低價格發布到市場上去,遠遠比投入資金做差異化創新要劃算。但是,這也直接導致了同質化低水平的競爭,所有參與者都不愿意資金和資源做基礎研發或創新,這加劇了中國制造轉型升級的困難。

? ? ? 工業4.0研究院在2013年成立之初就發現了這個問題,通過精心設計,在成立之后的三年多時間,一直在基礎技術和原理上投入大量資源,尋找可以跟中國現有制造企業不同的差異化要素,最后選擇了真正開放的技術架構和開源項目驅動的工業互聯網平臺。

? ? ? 總結

? ? ? 在消費互聯網已經發展了近二十年的今天,工業互聯網呼之欲出,毫無疑問,工業互聯網平臺所帶來的想象空間,給不少追求高遠的創新者帶來了新的機遇。曝光度高否與最后成功者并不能畫上等號,甚至于較早進入工業互聯網領域的先驅者,往往只會成為先烈,但能夠成為這個偉大時代的參與者,也許才是工業互聯網平臺參與者心中的夢想。

美國面向未來的數字化裝備競爭戰略

? ? ? 為了保持德國制造業的未來,德國提出了基于信息物理系統(CPS,Cyber-Physical Systems)的工業4.0概念和體系,似乎德國已經在裝備領域占據先機,但最近工業4.0研究院一份關于美國數字化裝備的研究報告顯示,美國有可能在面向未來的競爭領域,覓得一個新的技術領地。

美國創造并推動數字化裝備市場

? ? ? 在德國正式推出工業4.0之前,曾經做了一個專門研究信息物理系統的agendaCPS項目,其目的就是幫助德國構建裝備制造的無人區,并且期望在這個市場占領主要的市場份額。

? ? ? 在裝備制造和市場生態雙領先策略的指引下,諸如西門子、SAP和博世等德國企業結合嵌入式系統的優勢,成功的構建了數字化工廠(Digital Factory)的解決方案。但從解決方案本身具有的新意和創新性來看,美國基于數字孿生體(Digital Twin)和數字線程(Digital Thread)構建的數字制造系統,更具有生命力。

數字孿生體的應用成為可能

? ? ? 在數字孿生體為主題的工業4.0研討會上,工業4.0研究院指出,美國發明數字孿生體,其目的就是為了解決復雜系統的本質問題,這是美國先進制造戰略計劃在創造新市場方面的一個重要體現。

? ? ? 關于數字孿生體解決的四大本質問題,情況如下:

? ? ? 問題一:實現真正的全生命周期管理

? ? ? 雖然制造執行系統(MES,Manufacturing Execution System)以及產品生命周期管理(PLM,Product Lifecycle Management)被創造出來很多年,但只是在少數一些行業實現了應用,并沒有在種類繁多的工業領域得到普遍應用,其根本原因就是數字空間與物理現場的交互比較復雜,現有手段難以解決很多工程問題,實用性不強。

? ? ? 要實現真正的產品全生命周期管理,必須實現虛擬與現實世界的一一精準對應,才可能產生較好的工程效果。數字孿生體可謂就是應需而生,它的主要創始人Michael Grieves就是一位PLM專家,他在知名的數字孿生體白皮書中就明確指出了這個需求。

? ? ? 問題二:復雜制造工程需要新的工具

? ? ? 為了制造復雜的產品(例如航天軍工等),需要高級的數字化工具,以保證復雜產品的數字化設計和生產現場的數字化管理需要,傳統的IT系統難以勝任這樣的工作,而且傳統的IT工具難以適應生產制造環節的較大調整,這對于任何一個復雜產品都是難以接受的限制。

? ? ? 問題三:鋼鐵及化工等流程行業的需要

? ? ? 一直以流程行業企業為主的美國智能制造領導聯盟(SMLC,Smart Manufacturing Leadership Coalition)對這個問題做了較為全面深入的研究,在提交給NNMI審議的全國智能制造創新中心(CESMI,Clean Energy Smart Manufacturing Institute),就是為了解決清潔能源(Clean Energy)的智能制造創新問題的,其中,就明確指出流程行業所面臨的數字化挑戰。

? ? ? 問題四:物聯網帶來的大量數字化挑戰

? ? ? 除了以想象不到的規模增長的物理設備數字化要求,還有它們之間聯網所帶來的關系數字化等,這都給傳統的IT基礎設施和應用工具帶來了災難性的挑戰,一方面需要可以隨時隨地的數據存儲平臺,另外一方面還需要對大量的數字化后的數據進行智能化處理,這直接需要知識自動化等應用,因為要實現更好的智能產品自決策,迫切需要把人工智能、數據科學等新型研究成果應用到物聯網場景。

? ? ? 總的來講,美國在為數字化裝備創造新概念和新工具方面,已經走到了較為前沿的地方。中國國內具有互聯網思維和IT技術能力的企業相對較多,但面向未來布局數字化裝備的企業,目前還不多,這需要國家產業政策以及風險資本對數字化裝備產生興趣,從而推進數字化裝備的快速發展。

歐盟“數字化歐洲工業”(DEI)計劃

? ? ? 隨著全球開始對工業4.0、先進制造以及工業互聯網等代表第四次工業革命的概念投以關注,歐盟也開始系統的梳理其成員國的新工業計劃,包括德國的工業4.0(Industrie 4.0)、法國的新工業法國(Nouvelle France Industrielle)以及斯洛伐克的智能工業(Smart Industry)等,期望通過一個概念來把歐盟成員國的努力統一起來,這個概念就是“數字化歐洲工業”(Digitalising European Industry,DEI)

歐盟各國的產業政策分布情況

? ? ? 歐盟委員會認為,為了保證這個單一市場(歐盟)的共同利益,就應該加強單一數字市場(Digital Single Market,DSM)的推進,這也是最近多年來歐盟的一個努力目標,它們還因此推動了地平線2020(Horizon 2020)的研究和創新項目,為進一步提升歐盟經濟體的競爭優勢提供驅動力。

? ? ? 歐洲的工業優勢分析

? ? ? 工業4.0研究院發現,按照歐盟委員會的分析,歐洲工業的競爭優勢比較突出,主要體現為三個方面,分別是在大量的領域領先的企業、世界級的研發機構、傳統制造業和中小企業。

? ? ? 歐盟委員會認為,歐盟成員國在制造、汽車和航空電子、安全與能源電子、機器人、電信設備、商業及專業軟件、激光和傳感技術等領域,擁有世界級的領先地位。事實上,歐洲作為最早進行工業革命的區域,除了德國和法國之類的制造領先國家,還有不少國家的工業化程度比較高,例如,意大利在3D打印領域就處于全球領先水平。

數字化歐洲工業計劃背景

? ? ? 在過去兩百多年的工業化進程中,歐盟各個國家建立了現代的研發體系,不少研發機構處于全球領先地位。諸如法國的數學研究所,最近也與華為等公司建立了深入合作關系,幫助解決通信中的一些數學及編碼等問題。

? ? ? 當然,歐盟在傳統的建筑、食品及飲料、紡織、出版印刷、工藝品等領域,也有不少中小企業是隱形冠軍,這些中小企業的產品及解決方案,往往成為大型企業規模化產品的最佳補充,也成為了歐盟的工業化版圖中比較靚麗的景象。

? ? ? 數字化歐洲工業計劃

? ? ? 為了提升歐洲、國家及地區的制造業計劃,例如,德國有工業4.0國家戰略,斯洛伐克有智能工業國家級計劃,法國也有新工業法國國家政策,它們之間缺乏協同,這導致了整個歐洲的競爭力受到了影響。

? ? ? 為了推進歐洲范圍的數字化進程,歐盟提出了數字化歐洲工業(Digitising European Industry),總的來講,它主要強化了三種技術對歐洲工業的影響,它們分別是物聯網(IoT,Internet of Things)、大數據(Big Data)和人工智能(AI,Artificial Intelligence)。

? ? ? 從歐盟實際推動的數字化歐洲工業計劃內容來看,主要是強化數字創新中心(Digital Innovation Hubs,DIH),通過遍布歐盟成員國的數字創新中心,可以提供數字時代的基礎設施,提升各個行業的創新能力。

? ? ? 與美國強調互聯網計算(分布式計算為核心)不同,歐盟在推動諸如云計算及大數據技術的時候,比較強調高性能計算(High Performance Computing,HPC)和量子計算(Quantum Computing),有可能是歐盟在這種集中式計算上投入的資金比較大,期望把這些技術利用起來。

? ? ? 當然,歐盟也把5G、云計算、物聯網、數據技術和網絡安全等五個方面的標準化工作作為了重點,這也許是因為國際不少標準化組織都設在歐洲,因此歐盟把這個事情作為了重點工作來推進。

? ? ? 總體來講,工業4.0研究院認為,歐盟的數字化歐洲工業計劃做了不少工作,但由于技術路徑等范式認識的差異,其計劃的先進性和前瞻性甚至于不如一些成員國的計劃(例如德國的工業4.0),更別說跟美國的開放式創新方式相比。對于中國制造的轉型升級來講,我們完全有理由避免歐盟的數字化歐洲工業計劃的不足,體現中國網絡化大國的先進性。

美國奧巴馬政府推動先進制造的經驗

? ? ? 美國白宮國家經濟委員會(National Economic Council)于2016年10月發布《重塑美國制造業:奧巴馬政府構建制造業領導地位基礎的進展》(Revitalizing American Manufacturing: The Obama Administration’s Progress in Establishing a Foundation for Manufacturing Leadership),總結了奧巴馬政府過去八年時間推進先進制造戰略的經驗及成就。工業4.0研究院認為,奧巴馬政府通過先進制造戰略,構建了美國制造業領導地位的基礎,這將帶領美國進入新的一個繁榮時期。

美國制造業產出與就業情況分析

? ? ? 總的來講,奧巴馬政府在再工業化和制造業政策上做了不少工作,在過去八年時間,成功的推進了先進制造為核心的再工業化轉型,實現了美國國家制造業戰略目標。具體來講,奧巴馬政策推進的工作包括:

? ? ? 1. 通過下一代技術驅動創新

? ? ? 這包括了啟動了國家制造創新網絡(NNMI,National Network for Manufacturing Innovation,現在是Manufacturing USA),還有另外兩個計劃,即聯邦制造研發投資計劃(Federal Investment in Manufacturing Research and Development)和創客行動(Maker Movement)。

? ? ? 客觀的講,美國在過去幾年時間推出的國家制造創新網絡給人印象深刻,迄今為止,已經有九個制造創新中心獲得官方認可,每個制造創新中心面向制造生態的構建,也是吸取了聯盟建設的經驗,對中小企業的支持力度也是空前的。

? ? ? 2. 加強了技能、社區和供應鏈吸引投資

? ? ? 奧巴馬政府推動實施了制造工作者培訓計劃(Manufacturing Workforce Training)、制造擴展伙伴計劃(MEP,Manufacturing Extension Partnership)、投資制造社區伙伴計劃(IMCP,Investing in Manufacturing Communities Partnership)、供應鏈計劃(Supply Chain Innovation)和制造日(Manufacturing Day)等計劃內容。

? ? ? 3. 強化美國生產制造競爭優勢

? ? ? 為了提升美國生產制造的競爭優勢,美國奧巴馬政府相繼實施了商業稅收改革(Business Tax Reform)、美國基礎設施計劃、美國能源機會計劃和美國管制改革等措施。

? ? ? 美國對于財政稅收等手段的應用,達到了非常嫻熟的階段,對于奧巴馬政府提出的先進制造戰略計劃,其稅收政策和基礎設施支持,起到了較為明顯的作用。當然,明年即將上臺的新總統川普,想必會延續并加強其財政稅收手段對制造業和基礎設施的支持。

? ? ? 4. 開放市場和平衡競爭關系

? ? ? 奧巴馬政府推動了TPP(The Trans-Pacific Partnership,環太平洋伙伴計劃)、貿易政策和SelectUSA投資計劃等等,這些計劃推動了美國開放式創新的成果。

? ? ? 最近新當選的美國新總統川普已經明確否定了TPP,這對于美國制造業來講,并不一定是壞事情,除非美國新的貿易政策導致了全球的貿易戰,但似乎這樣的可能性并不大,美國可以借機更加關注國內的先進制造業發展,提升其獨一無二的先進制造技術的研發,這有可能為2020年啟動的第四次工業革命帶來新的動力,從而會驅動新的全球制造業格局出現。

? ? ? 在工業4.0創新平臺發布的《全球工業4.0研究報告》(2017年版)中,工業4.0研究院王明芬副院長明確提出,目前全球各個主要工業國家,德國、美國和中國提出了立意明確的國家戰略構想,但明確表達追求全球制造業領導地位的,當屬美國無疑,其他國家大都對國家戰略目標語焉不詳,這也符合美國的開放式創新工業哲學。

? ? ? 目前工業4.0研究院開放“美國再工業化及先進制造”(American Reindustrialization & Advanced Manufacturing, T-ARAM),有在讀研究生或博士對該主題有興趣,可以加入到開放研究課題中來。請來信注明自身背景(個人簡歷及課題情況),聯系方式:wangmf(#)innobase.cn

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