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林雪萍|铅华洗尽 工业4.0走进下半场?

www.cechina.cn2021.04.21阅读 19349

  上个月底,提出“工业4.0”的三贤中的两位,被国人称为“工业4.0之父“的孔翰宁Kagermann,与德国人工智能研究中心DFKI前主人Wahlster以《工业4.0十年之进》为题,在德国《法兰克福汇报》再次为工业4.0呐喊。
  十年一瞬间,工业大变迁。此时,正是一个顾后瞻前的时刻。

  图1  工业4.0提出者的十年回顾撰文

  墙头多摇大王旗
  文中回顾了工业4.0最早的初衷。它的原创文章,最早是以《工业4.0:借助物联网走向第四次工业革命》为题目,发表于2011年4月1日,这正是德国汉诺威工业博览会即将开幕之际。科学家出身的德国总理默克尔,在这次博览会开幕式上致辞时,也马上采用了“工业4.0”这个新说法。
  从这篇文章的题目来看,工业4.0跟物联网,有着紧密的联系。这是当时国内很多人所忽略的。在2015年后,智能制造在国内开始逐渐走向火热。它之前其实是有着高度的舆论预热,那股热浪正是“工业4.0”风靡中国的时候。
  然而工业4.0为什么会大热于2014年?如果寻找更多的理由,那么2013年诺贝尔化学奖的获奖原因,也是功不可没。
  2013年,一名美国计算生物学家因在“构建多尺度复杂化学系统模型”领域作出的贡献,而与他人一起分享了诺贝尔化学奖。获奖理由是“他们把化学实验搬进了计算机虚拟世界。”这个获奖原因实在是与众不同:一种研究方法,而非某类具体研究成果。这在诺奖历史上是破天荒的。诺奖正如其创始人一样,带有炸药基因,它在科普方面可以形成无与伦比的爆炸性效果。密集型的数据计算,可以取得跨学科的惊人成就。计算的力量,被各行各业重新认知。
  就革命性的进程而言,历史从来不会只抛出一条线索。数据与科研的关系,也在被IT人士关注。微软研究院的研究员格雷,是关系型数据库的鼻祖,他最后一次演讲“科学方法的革命”,提出将科学研究分为四类范式。这四类沿着人们认知世界的历史长河,分别为:实验归纳、模型推演、仿真模拟和数据密集型科学发现(Data-Intensive Scientific Discovery)。这本《第四范式:数据密集型科学发现》书的中文版,在2012年由中科院的学者翻译出版,国人也开始陆续接受这种认识。而“数据密集型计算”,后来则被朗朗上口的“大数据”名义而大行其道。它的应用,在制造业的价值,也是烽烟四起,尽管步履蹒跚,但没有人会选择忽略它。最具戏剧性的是,“第四范式“在2014年被注册成一家机器学习的商业公司。在那些时代巨人迈出大脚之前,总是会有很多初创公司开始抢跑。
  工业的大门,在经历过几波不同学科的敲门声之后,终于打开了。“工业4.0”破门而入。
  工业4.0有着德国少见的浮华,却得到了向来低调的德国制造商的高度认同。然而,它背后过于民族化制造的标签,也带来了些许的警惕。2015年之后的三年,“智能制造”成为了一种对工业4.0的替代性语境。而背后的决定性支撑因素,依然是ICT与制造业的结合。再后来,工业互联网风头日盛。这股潮流由急于数字化转型的GE而引爆。彼时,GE非常需要为连续阴跌的股价找到全新的兴奋点。2014年发起的工业互联网联盟,得到了主流IT厂家的拥护。GE以其大手笔的数字化转型的投入,和高调浮夸的姿态,与工业4.0遥相呼应。工业4.0在中国已经煮燃了沸腾的油锅,工业互联网再添热水。制造的想象力,被彻底激发。与“智能制造”这一相对中性的概念相比而言,“工业互联网”因为带有“网络”的概念,不仅仅便于概念的延伸,更由于亲缘关系而得到了ICT热烈的拥抱和鼓吹。
  这股热浪持续至今,而工业4.0则略显不温不火。在这种情况下,十年之时,两位造词者再次站出来,在最新的文章中大声呼吁:“工业4.0”的潜力远远没有被完全应用,决不能在第四次工业革命的下一阶段放松研究和创新。而联合提出”工业4.0”三贤之一的另一位,目前已经在德国联邦教育与研究部担任国务秘书,已经从当年政策的提议者,变成了制定者。想来已经不便出面同台撰文了。德国人应该已经意识到,要推动”工业4.0”成为工业断代史的标签,过多的政府色彩会降低它的学术权威。
  工业4.0是明星出口品
  这篇文章回顾当初,金融危机爆发后,德国希望以雄心勃勃的未来项目为契机,通过提高转型能力,提高资源使用效率,从而推动德国经济变得更有韧性和竞争力。当时主要的想法是,把数字虚拟空间和现实物理空间进行连接,形成赛博物理生产系统CPS。利用数字化的进步,来建设下一代工厂。由于物联网和人工智能的工业应用,已经有了很多的案例。这个理念在技术层面上是非常有趣的,但如果没有整个社会的利益相关者参与,影响力将只限制在专业圈子内,而“工业4.0”这个概念把德国工业的雄心壮志最简洁的表达了出来。
  作者声称,这个全新的概念得到了强力的政治支持。不仅如此,工业4.0的概念,也立刻引起了制造业,尤其是经济界的注意力,而且借助世界第一大工业展:汉诺威展会,形成了强大的国际影响力。
  应该说,这个概念的提出,跟这样的一个事实有关,那就是当欧洲国家都被金融危机冲得稀里哗啦的时候,强大的制造业帮助德国成功挺过2008年的世界金融危机。从柏林墙倒塌之后,长达20年的时间,德国制造业占GDP的比例一直在20%以上。即使在最惨烈的2009年,德国制造业GDP仍然为18%。由德国人来总结什么是抵抗危机最好的防浪堤,无疑再恰当不过了。
  作者认为,“工业4.0”迅速传播,在全世界就像“幼儿园”和“高速公路”这两个德语词汇那样很容易让人联想到德国。估计很多读者会跟我一样,并没有意识到这两个词最早来自德国。德国是现代幼儿园和高速公路事业的开拓者,德语中Kindergarten(幼儿园)和Autobahn(高速公路)在英语里被直接使用。因此,作者很高兴地宣称,“工业4.0”如同一个热门的出口产品,得到了全球经济界、学术界和政界的关注和认可。这是高科技领域,首次源自德国的创新理念而得到国际认可。而在此之前,创新词汇,长期总是来自美国和亚洲。这段话,形象地表达了成为德国人的自豪感。
  作者进一步强调,草图已经绘就。把人、智能体和机器互联起来,应用以服务为导向的架构和将来源不同的业务和数据编排成新的业务流程将创造全新的商业机会。“工业4.0”是基于数据的价值创造和创新的业务模式及组织形式的基础,也为能源、健康和电动汽车领域提供新的解决方案。
  工业麦霸,到处都是它的声音
  作者当然希望工业4.0能够形成更大的圈子。这篇文章里,给出了在“经济、社会和生态“三方面的影响。
  首先是经济方面。它推动了传统自动化走向更大的柔性,从而可以实时关注用户需求变化,并且从容应对订单的变化。这一点深有体会。笔者在2017年10月受邀前往柏林参加《中德高级别经济学家论坛10+10》,“工业4.0三贤”也同时都有参加。在跟Kagermann先生的交流过程中,他指出:工业4.0的提出,有一个很重要的刺激因素,就是来自金融危机的订单陡降。如何在工厂的产能上下跳动30%的时候都可以从容应对?自适应机器,是一个有力的帮手。而推演开来,它可以将大规模生产转向定制生产,即在更有价格竞争力地制造差异化的定制产品。

  图2  2017年笔者参加中德10+10高级别经济学家圆桌会议

  在社会方面,工业4.0的重点,就是构建新型社会伙伴关系。它可以在三方面提供承诺:改善人机协作而不必担心将人排除在外,通过“回岸制造”创造更多就业岗位,借助认知协助系统帮助高龄残障人士继续参与劳动。在这一点上,应该说两位作者舒缓了工会最为焦虑的一点,工业4.0时代,劳动者去向何方?这里的答案是:人依然居于工厂的中心位置。机器换人,并不可取。与日本社会5.0关注社会福祉、乌托邦式的大而化之有所不同,即使考虑到社会因素,工业4.0概念的提出者,仍然小心谨慎地将“工业4.0“紧紧地与工厂连接在一起,把与工会的合作放在一个很核心的位置。就像是一层包在蛋糕坯外部的奶油。如此看来,德国以工厂为中心的工业4.0,跟日本以社会基础设施为核心的社会5.0,还真是没有可比性。
  在生态方面,作者强调,资源和能源的使用效率一开始就是核心目标。然而,这一点,作者似乎是在做修补。因为,一开始的工业4.0并非如此,它过于强调流畅的自动化、数据驱动的价值,而对能源因素考虑不足。工业4.0的模型,无论是顶层架构参考模型RAMI,还是为设备数字孪生而准备的管理壳,过于完美的逻辑和精致的模型,很难容下能源的影子。能源的内容,在工业4.0后续的演化过程,被逐渐加入进来。这对于中国最大的启发就是,智能制造与能源转型,是一个双升级的螺旋支柱。随着去年中国开始启动宏大的碳革命“2060”目标,循环经济的概念,必将对中国制造业产生深远的影响,绿色制造将会大行其道。只有这样,经济增长才能与能源消费完成脱钩。
  就技术而言,作者认为物联网为基础的赛博物理系统CPS,已经成为现实。机器、工具、部件和操作工之间的互联性,已经在工厂中站稳脚跟。换言之,工业4.0正在回归工厂要素的本质,低廉的传感器和无线网络,都大大提升了机器的效率;而生产过程包括质量控制等环节,也因此得到了实时监控和改善。作为对新冠疫情“居家办公”所形成的制造停滞,作者相信下一步会出现“家庭工位”,通过远程访问CPS系统,并通过物理方式进行远程操作,实现真正的远程办公。
  作者对“工业4.0”理念所取得的空前成功,感到非常满意。作者不无得意地认为,工业4.0作为一个在高端智库研究中首先出现的理念,快速从企业和工业界脱颖而出,从而给德国的经济和创新基地带来巨大的成功,推动了国际潮流。事实数据也支持了这种想法。“工业4.0”依然是德国工商界、政界和学术界的优先议程:在过去10年,有逾1000个联合项目、逾1万场会议和逾10万项出版物致力于在技术上落实这一理念。
  然而这些项目的花费,德国联邦政府支出应该不会超过2亿欧元。相对于中国智能制造和工业互联网的巨大投入,这点经费简直是九牛一毛。然而,有限的政府预算,这次却为德国制造,产生了令人叹为观止的宣传效果。就这一点而言,工业4.0创造了惊人的话语权,成为过去十年的工业麦霸。如果套用奥地利人维特根斯坦所说的“语言是思想的边界”,不妨说“概念是文化的匕首”。工业4.0成为德国制造现象的一面绚烂的大旗,具有了一望而知的惊人穿透力。
  那么未来呢?
  未来是什么?作者提出了六大发展趋势。
  2020年德国工业4.0平台工作组以“在全球塑造数字生态系统”为主旨,提出2030年的“工业4.0”愿景。要完成开放生态系统,互操作性(或者“协同制造能力”)和国际合作,都是必不可少的。而涉及到具体的技术,则是工业人工智能、边缘计算和边缘云、工厂5G、协作机器人、自主场内物流系统。这五点,都是以数字化工厂为视角,而在此之上,还有欧洲宏大的数据云计划(Gaia-X)。盖娅Gaia是希腊神话中的大地女神,她创造万物。而在阿西莫夫的经典科幻小说《基地》中,以一个所有人类的意识互联共生为特征的盖亚文明是人类的终极存(活)在方式。以此命名的数据云计划,反映了欧洲急于追赶落后的云基础设施,为欧洲制造打造的可信赖的数据基础设施。盖娅计划,也使得前几年欧洲强调的“数字主权”终于有了安身之地。
  作者认为,德国工业数字化的第一波浪潮已经结束。这一波浪潮的典型特征,就是让所有生产数据和供应链信息,都可以进行数字化,并通过云系统进行移动化访问。而正在开启的第二波浪潮,工业人工智能将成为主角。通过人工智能系统的实时分析,已经数字化的数据,将重新被用于重塑崭新的价值链和业务模型。两波浪潮的说法,看上去是以十年为界,将工业4.0切割成了工业4.1和工业4.2,真是有意思的文字。不过德国广大中小企业的数字化转型,可能没有作者写的那么乐观。德国至今仍有不能提供宽带的工业园区,而德国疾控中心的网站,新冠疫情蔓延期间,一周内就会有几次不堪重压而崩溃。
  德国人依然坚信:标准、规范和证书,是可互操作解决方案的决定性驱动力。德国必须在这样的可出口产品方面扮演先锋角色。而人工智能技术的出口,也需要成为德国的下一个制高点。2020年12月,德国提出首个完整的人工智能标准化路线图。这是德国急于追赶的几项技术之一,另外的焦虑则是动力电池技术。
  小记:工业5.0,延续生命还是砸场子
  两位作者坚信,“工业4.0”的潜力远远没有被完全应用。因此,决不能在第四次工业革命的下一阶段放松研究和创新,而作为数字化第二波浪潮主浪头的工业人工智能,需要得到更大的投资保障。在这个过程中,软件和硬件组件的互操作性起着决定性的作用,从而为德国中小企业和初创企业护航,成功进入国际市场,与此同时也能确保欧洲的技术主权。
  欢迎来到“工业4.0”的下半程!在最后,两位作者热烈地发出号召:除了需要技术创新外,德国还需要政界、工会和公民社会的支持,从而继续收获发源于德国的第四次工业革命所带来的经济、社会和生态收益。
  然而,这种说法,恐怕并不为欧盟其它国家所接受。1月中旬,欧盟委员会发布了《工业5.0:迈进可持续发展、以人为本、富于弹性的欧洲工业》报告 ,标题看上去就是一次鲁莽的挑战。就工业的进程而言,欧盟出现了与德国工业界不同的声音。有人急于将工业4.0这本已经打开的书,匆匆合上,然后重新翻开新的篇章。这篇报告认为,目前指导欧洲工业发展的“工业4.0”概念,过于强调技术经济,而较少关注社会公平和可持续性发展。工业变革的浪潮,会产生影响深远的涟漪效应,远远超出工厂技术变革的本身。数字化工业的转型,也将对社会产生变革性影响。以人为本而非技术优先、工业需要尊重地球的边界而推动循环经济、构建有弹性的战略价值链和适应性强的生产能力,这三点才是欧洲的工业之重。这种提法,最早出现在2019年,它过于维护“人”的工作岗位,难免让人觉得这像是为了安抚工会的考量。涓涓细流,居然在2021年成为一种正式的官方报告,令人吃惊。
  实事求是地讲,《工业5.0》报告,无论是提法还是内容,都了无新意,充满了可疑的辩解。这难免让人想到,工业5.0不过是一道时令小菜,过了季节就会端下台面。而Kagermann等人,一定是注意到了这种不成规模但却令人不快的挑战,因此才会在撰文中,强调了工业4.0在“经济、社会、生态”方面的影响力,并多次强调与工会的合作。与其说是对工业4.0的总结,不如说是对工业5.0的回击。但数字化经济、智能制造对传统工作岗位和社会合作模式的冲击不会因为欧盟或几个贤人的语言安抚而消失,如果欧洲经济不尽快衍生出新的增长极,德国创造90%以上工作岗位的中小企业不能跟上时代的浪潮,欧盟层面协调一致放眼未来的工业未来政策将变的越来越困难。