德国现代制造业先行一步

德国提出了“工业4.0”概念。

2013年举办的汉诺威工博会是比较特殊的一届，因为在这届工博会上德国总理默克尔提出了德国工业4.0的概念。其具体内容体现在《保障德国制造业的未来：关于实施工业4.0战略的建议》里，该文件是由德国“工业4.0工作组” 起草的，而该工作组是由西门子、德国工程科学院等产业界和学术界的专家学者组成的。

这是世界工业发展史上的一件大事。4月的汉诺威已进入初春，如果说德国提出工业4.0是在春天里响起的一声惊雷，那么这个说法并不夸张。因为这个行动，德国人可以被誉为“制造业的工匠人”“智能制造业的先行者”“工业4.0的报春鸟”。

为了让读者对此概念有个清晰的了解，有必要做一些理论上的梳理。德国所谓的工业四代（Industry 4.0）概念，指的是利用信息物理系统（Cyber-Physical System，简称CPS），将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化，达到快速、有效、个人化的产品供应。

许多人在谈这个概念的时候，往往把工业4.0和第四次工业革命混为一谈，其实两者是不同的。有什么不同？工业革命是宏观的说法，说的是时代的变化。工业革命是与农业革命相区别的，人类的生产方式发生了巨大的变化。每一次工业革命，不仅是工业方式的变化，更是社会形态的变化，因此可以说成是时代的变化。

可以将四次工业革命简单概括如下：

第一次工业革命（18世纪60年代—19世纪40年代）是“蒸汽时代”。从瓦特蒸汽机和珍妮纺织机开始，迅速推广到更大的范围：蒸汽机作为移动的锅炉，跨上铁路为飞驰的火车提供动力，下水到河流海洋里成为轮船有力跳动的心脏；而珍妮纺织机的原理推广到其他领域，让许许多多的行业实现了机械化生产。机械化是以机器取代人力，从此手工业转变成工业，农业社会进入工业社会，农耕文明过渡为工业文明，创造了人类发展史上的伟大奇迹。其结果，人类社会的生产率魔术般地得到提高，提供了人类社会从封建社会进入资本主义社会的经济条件。

第二次工业革命（19世纪60年代后期起）进入“电气时代”。电力的使用，让动力从单体变成了网络，不管任何偏僻角落，只要把电线拉过去就有了动力；而机械化升级成为自动化的流水生产线，从而迅速提高生产率、降低生产成本，哪怕是像汽车这样的高档奢侈品，也能够进入千家万户。这意味着社会中出现了中产阶级，让社会从等级严明的金字塔型变成了中间大、两头小的橄榄型。橄榄型社会比金字塔型社会要稳定得多。

第三次工业革命（20世纪40、50年代开始）开创了“信息时代”。如果说前两次工业革命中，人类主要的变化表现在四肢上，“人的手脚变长了，力气变大了”。能够干得更快、跑得更远。那么从第三次工业革命开始，预示着人类的大脑开始出现革命性的变化，知识爆炸，观念颠覆，科技创新，文化巨变。全球信息和资源的交流更为迅速，大多数国家和地区都被卷入全球化进程之中。

第四次工业革命（舆论认为，2014年4月汉诺威工业博览会对推动“第四次工业革命”发挥了重要作用，标志着第四次工业革命即将到来。）是“智能时代”。与工业3.0时代以前的流水线只能大批量生产不同，工业4.0时代的工厂流水线可实现小批量、多批次生产。这意味着个性化需求、小批量定制将成为潮流。从技术角度说，这意味着以人工智能为突破方向，机器发起了向人的大脑智力的挑战。对社会产生的影响而言，地球变成了平的，金字塔型社会变成了网络化社会，体力劳动与脑力劳动的界限越来越模糊。不知这是否意味着一个更加公正平等的社会开始出现？

而所谓的工业N.0概念，说的主要是工业的动力方式、制造业的技术和工艺特点等。工业1.0，指的是机械化；工业2.0，指的是自动化；工业3.0，指的是信息化；工业4.0，指的是智能化。简单说，工业N.0只是工业革命的部分内容，说的是工业、制造业本身的进步。也就是说工业N.0的概念比较狭窄，而工业革命的概念要宽泛得多。

这样说是不是有点空泛，读者会不会有点摸不着头脑？有没有实际例子可以说明这个问题呢？有。我们可以讲一讲弗劳恩霍夫协会的研究所和西门子的安贝格工厂两个例子。他们对德国工业4.0概念的提出，发挥了极关键的作用。

弗劳恩霍夫协会的研究所

弗劳恩霍夫协会（Fraunhofer-Gesellschaft）是德国也是欧洲最大的应用科学研究机构，成立于1949年3月26日，已有70年历史。其总部设在慕尼黑。

该协会的名字源于约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫（Joseph von Fraunhofer, 1787—1826），他是德国的科学家、发明家和企业家。弗劳恩霍夫出生在一个十分贫穷的家庭里，11岁时成为孤儿。他到一家玻璃作坊当学徒。后来，他有机会到著名的本讷迪克特伯伊昂修道院的光学学院学习深造。31岁时，弗劳恩霍夫已经成为光学学院的一名领导，他在制造玻璃透镜方面有许多技术创新，制造的大型折射望远镜工艺精湛，让他在行业中享有盛名。由于他的努力，巴伐利亚取代英国成为欧洲当时光学仪器的制作中心。1823年他荣任慕尼黑大学教授和慕尼黑科学院院士。不幸的是，由于长期从事玻璃制作而导致的重金属中毒，使弗劳恩霍夫英年早逝，年仅39岁就去世了。

弗劳恩霍夫协会在德国有69个研究机构，24500名员工。弗劳恩霍夫协会及研究机构着重于应用技术的研究，有大量的发明专利，例如MP3音乐格式、白光LED、高清晰度的热成像摄像机等。

2016年，据汤森路透公司发布的全球最具创新力政府研究机构25强榜单中，法国原子能与可替代能源委员会、德国弗劳恩霍夫协会和日本科学技术振兴机构名列三甲。在这里可以与中国的同类机构做一个对比：中国有两个政府研究机构进入25强，其中大陆的中国科学院名列16位，台湾的“中央研究院”名列第22位。弗劳恩霍夫协会与中国科学院等有关机构的合作已超过25年，1999年该协会在北京设立了弗劳恩霍夫北京代表处。

该协会是工业4.0最早的知觉者之一。刚进入21世纪，弗劳恩霍夫协会的工程师们就开始进行 “自组织生产”（Self-Organized Production）的尝试，让产品在流水线自行流动而不需要人的干预。到了2009年，他们让这种想法变成了现实。其原理通俗的解释是这样的：工程师们开发了一个智能小零件，有多大呢？大小与苞谷粒差不多。别看体积这么小，自身包含存储器、传感器、标准接口、电池等。对这个苞谷粒大小的零件，工程师们给它起了个名字叫“电子谷物”（EGrain）。零件虽小，却聪明能干，有智能功能，能够自己思考、做判断。

有了“电子谷物”，机器和工件之间就有了“感触”能力和“思维”能力，物体与物体之间就能够进行交流了。当一个加工件进入生产线时，通过“电子谷物”的联系，机器臂与加工件之间有了沟通和默契。需要钻孔，机械臂就送过来钻头；需要焊接，机械臂就递过来焊枪。嵌入了“电子谷物”的加工件，仿佛是有了大脑，脑袋中装着生产加工过程中所需要的全部信息，自己会进入下一道工序，不需要人来运送。这个过程好比是完成必答题。更奇妙的是生产线和加工件还有能力选择选答题。比如说，可以根据客户的不同需求决定下一道工序怎样安排。如果客户要求产品要做得便宜一点，就选择成本优先的模式；如果客户急着要拿到货，就可以选择速度优先的模式等等。

弗劳恩霍夫协会工业4.0应用中心主任名字叫马丁·兰和。有人问他，搞工业4.0究竟有什么好处。他回答说：“工业4.0要实现两个目标：一是按照客户的个性化需求进行生产，你想要什么就生产什么，为你生产的东西可能世界上独此一件。二是尽量不增加成本，虽然是个人定制，但是与大批量生产的成本基本相同。同时做到这两点，肯定很难但不是没有可能。只要建立起一个‘数字—物理’系统，做到信息实时流动无障碍，让人与机器、产品之间高度互动无隔阂，就有可能做得到。”

西门子的安贝格工厂

安贝格（Amberg）属于德国南部的巴伐利亚州，在纽伦堡东北60公里处，是德国的东大门之一。再往东走几十公里就进入了捷克，通向东欧诸国。安贝格论规模不算大，论资历却有百年以上的悠久历史。市区里，古老的教堂与新潮的国会会议中心各显其美，温馨的老市街与现代的工厂友好相处。最可贵的是宜居的城市坐落在公园般的环境中，绿树红花让城市显得格外精神。

在这个安静的城市里，美丽的维尔斯（Vils）河畔，有一家公司在德国工业4.0潮流中脱颖而出，它就是德国工业巨头西门子旗下的安贝格电子制造工厂（Electronic Works Amberg，简称EWA）。

在介绍汉诺威城市时，我们首次讲到了西门子家族的故事。西门子公司成立于1847年10月1日，公司一开始就把功夫下在新技术的研发上。1848年公司建造了从柏林到法兰克福跨度为500公里的电报线，这是欧洲第一条远距离电报线。如今的西门子是全球电子电气工程领域的领先企业。据全球最大的传播集团WPP发布的2017 BrandZ全球最具价值品牌百强榜，西门子名列第77位。据《财富》杂志公布的2018年世界500强排行榜，西门子位列第66位。

安贝格的西门子工厂是德国工业4.0的一个样板，吸引了世界各地的企业前来参观。这天，深圳的中小企业家们来到安贝格工厂参观。从外表看工厂比较普通，方方正正的三座厂房，红砖外墙，简单低调。但进入工厂，就会令人耳目一新，会让人意识到自己已经进入世界最先进的数字工厂。

工厂的负责人卡尔·海因茨先生出面热情接待来自深圳的客人。他先是客气地寒暄几句，说他知道深圳是一座非常现代化的美丽城市。话语转入正题，他开始介绍：“我们的工厂创建于1989年。现在工厂的主要产品是Simatic可编程逻辑控制器（PLC）及相关产品……”

考虑到读者中懂得技术的专家不一定多，因此还是解释一下海因茨先生提到的两个名词：Simatic和PLC。Simatic是Siemens + Automatic，中文的意思是西门子+自动化。Simatic是西门子自动化系列产品品牌的统称，此品牌已有50多年的历史，如今是全球自动化的领军品牌。

PLC（Programmable Logic Controller），就是可编程逻辑控制器。这个东西类似电脑里的CPU，主要应用于自动化生产控制和自动化通信的机器和设备。该工厂生产的PLC多达1000种。

按照海因茨先生的介绍，安贝格工厂的生产线也用自己生产的PLC进行控制，生产过程实现了高度自动化。换句话说，Simatic系列产品的生产过程是由它自身控制的，也就是说“自己管理生产自身的过程”。员工只要将裸电路板等一类的初始组件放置到生产线上，此后所有的工作均由机器自动控制完成。生产需要的原料配送也全部实现了自动化与信息化，存放在地下仓库里的物料一旦接到指令就立即被运送到各条生产线上。 　　

这种智能化的生产线了不得！让深圳的企业家们看得目瞪口呆，啧啧称赞。

首先，其生产能力巨大无比。25年里，该厂增产不增人，产能却提高到原来的8倍。如今工厂的生产能力是1500万件产品，平均每秒就能生产出一台控制设备。该工厂全球约有6万家用户，无论用户需要什么样的产品，工厂都可以在24小时内完成生产并交货。

其次，产品质量高得惊人。工厂将“质量第一”列为发展战略之首。虽然就多数人的天性来说做事都有讲究质量的意愿，但是比意愿更重要的是要有技术保障手段。不是人们不愿意把产品做得精美，而是很多人不明白怎么样才能做得质量好。该工厂做到了。每100万件产品残次品仅为10余件，产品合格率高达99.9988%。全球工厂的产品不可能有比它更低的缺陷率了。不仅生产线可靠性达到99%，更重要的是产品的可追溯性高达100%。也就是说，有一个产品出现了缺陷，可以追溯到是哪条生产线、哪个环节出了问题。

让深圳企业家们真正惊叹的是，该工厂的产品已经具有了“智能性”。智能产品“知道”它们自己如何被制造出来的过程，也知道它们的去向和用途。产品能够回答“我是什么时候被制造的”“我明白我的使用数据”“我的客户是谁”等问题。“产品活了！产品成精了！真是不可思议！” 这是深圳企业家们的评价。

最后，海因茨先生做了一个总结：“所谓的德国工业4.0，一是智能工厂，就是智能化的生产系统及过程；二是智能生产，包括企业的生产物流管理、人机互动、3D技术的应用等；三是智能物流，通过互联网、物联网、物流网，整合物流资源，实现‘万里订单，一日收货’的效率……”

全场响起了热烈的掌声。主人的精彩介绍得到了深圳企业家们的衷心赞赏。

编辑 李林夕