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德国工业4.0的动向和实践意涵

文|李建、刘明星、王思杰

德国政府于2010年提出《高科技策略2020》11大项目,预定投资2亿欧元,提升制造业的计算机化、数字化和智能化,跨越了其中的复数项目。2011年德国科技院(ACATECH)启用工业4.0名称,在2011汉诺威工业展结合其发展构想与主流企业的实物展示,一举成名。在德国政府的提倡与号召之下,以机械暨制造企业协会(VDMA)为中心,产官学研合作设立工业4.0平台组织,推动产业和企业的工业4.0计划。而德国电气电子暨信息技术协会则发布了德国首个工业4.0标准化发展路径图。

德国默克尔政府用营销观点带动智慧化基础建设,由国家政策带动企业投资,强化基础建设,具备强化新型价值创造的目的。其中,相对于在ICT领域领先的美国和韩国等企业,试图以制造服务化与智能工厂强化价值创造,达到可持续发展其制造产业高竞争力的目标。本章首先概述其基本构想与推动过程,整理德国工业4.0的全貌,并引用最新的动向调查,最后汇整其实践意涵。

基本构想与推动过程

德国工业4.0的推动构想可区分为政府建立的工业4.0国家平台产业界大企业为中心的解决方案平台制造系统中的个别解决方案开发等三个层次,是一项实现制造服务化、高附加价值化的产业发展策略。

首先,德国政府主导建立工业4.0国家平台,作为国家总体产业发展的框架,支持工业4.0的推动。特别是运用平台内的五个执行团队,致力于解决方案相关连技术的开发、标准化推动、相关研究、法律整治与人才教育等。

第二,结合主流企业力量设置解决方案平台,致力于智慧工厂解决方案的开发和普及。譬如西门子开发的Mindspeer,就是一个代表性的产品。它是一个开放式解决方案平台,相互链接了全球实体系统的工厂、设施,可从那里收集和分析工厂和顾客的数字数据,并且可以从这些大数据中寻找新的商业机会。个别企业可以透过该平台监控他们在世界各地的工厂和设施,并使用解决方案APP来达到预测、保全和优化工厂的营运。

最后,制造系统和个别解决方案产品,则是拥有工厂实体系统的个别企业开发自己所需要的解决方案,并透过展览会的展出,普及到其他企业。这种构想衍生了三个具体案例。

⑴福斯汽车公司开发了人类和机器人的“链接化”合作系统。该系统借由无人搬送机(AGV)和机器人来协助作业人员工作,以提升作业现场的生产力和质量为目的。

⑵Bosch公司所开发了智能辅助系统。该系统配合作业员人员的技巧熟练度等个人信息,在现场屏幕实时提供工作指示,是一个能够根据作业人员的技巧熟练度数字化显示工作讯息的智能系统。

⑶Schmelz公司则开发了预知保全系统。该系统透过设备上安装的传感器,取得该设备运作的状态数据,并传送给IT机器,达到能够预知与防范生产设备故障的保全系统目的,是一种能将预知结果主动告知用户的智能系统。

德国工业4.0的全貌

前节分析显示,德国提倡工业4.0具备政府主导、国家研究资源投入、产业界核心企业的解决方案平台开发与智慧机械设备开发、支持中小企业现场等特征,构想全貌如图1所示。在德国政府的产业发展策略下,国家所属研究机构与大学担负智能制造相关的基础研究,积极支持产业界。机械暨汽车产业的核心企业,研究开发智慧机器设备、主流企业则开发解决方案平台,并将两者的成果普及至全国中小企业群的制造现场。

检视德国工业4.0的本质,并非实体系统的制造创新,或如同美国ICT基盘的网宇系统开发,也非依存于网络企业。虽然主张以解决方案平台为基础的智慧工厂化,企图实现制造服务化、商业模式之开发、客制化、高附加值化的产业发展策略;但可能动摇中小企业差异化竞争力的疑虑一直存在。最新实践动向调查

上述分析显示,德国工业4.0具备中央主导的政策性强烈意图,甚至透过每年举行的汉诺威工业展,影响扩及全球所有的工业国。然而,经过了5年岁月,除了上述官制构想与官 制案例之外,是否已经反映在个别企 业的策略意图与生产现场?

2017 年底出炉的日本学术振兴 会 科 研 计 划 报 告( 参 阅 Mitsuyama H.&Nakazawa T., The Collapse and B eyond : Fant as i es of Ind u s t ry 4. 0, Hi t ot s u b as h i Business Review, 2017 Winter)提供了第一线观察,包括了让人震撼的4个重点。

⑴德国政府的工业4.0构想,仍然停留在构想阶段;因为国家平台与解决方案平台都没有明确的进度,严格说已经开始解体。

⑵支持工业4.0构想,也就是活用IoT追求生产效率的智慧工厂,以及连结个别企业形成国家整体智慧工厂的基础建设:链接接口“共同标准”的建立,仍在原地踏步。

图 1 德国工业 4.0 构想全貌

⑶主流企业表示解决方案大都停留在2014年之前,也就是国内外各界所周知的几个方案。西门子、SAP、Bosch说没有进一步的讯息可以提供。而福斯汽车最近因应景气增加了1万人的雇用,与先前发布工业4.0的省人化效果呈现矛盾;从业员在受访时大多数对工业4.0抱持着怀疑的态度。

⑷访谈显示几乎没有中小企业关心这个议题,事实上为这些中小企业开发的应用方案也尚未存在。做为德国制造业骨干的中小企业约有330万家,没有应用工业4.0解决方案的需求,自然就无法拉动供给。

结论是个别企业与政府的策略意图产生了强烈的反差,工业4.0不是符合德国企业的一种新价值创造活动。

官民反差的实践意涵

德国产业,特别是机械产业,跨企业共同平台的建立,与既有产业生态系统、个别企业的差异化、以及被根植在实体系统的工匠制度,都发生相当程度的隔阂。也就是说,国家与产业界在策略意图上有所差异,个别企业也对于投资ICT关联技术所能获得的经济利益感到不安。这正是除了少数大型企业之外,实际上并没有进展的原因。做为工业4.0发源地的德国,在实践工业4.0过程所呈现的官民反差,至少具备三点重要意涵。

第一,手段上的矛盾。如果深入实体系统中的生产技术,包括切削加工、成形加工、板金、模具、热处理、表面处理等,在本质上完全不同,不同产品的关键技术亦不相同,共同的应用方案是否存在本身可能就有讨论空间。回想近20年来,ERP在不同企业普及的艰辛过程,或许可以理解共同方案的曲高和寡。

第二,理清目的,才能落实到实体系统。透过ICT技术进行数字化与连结化,技术能力本身的高度化,举世公认。但是,这项手段能否提升产品或制程的附加价值,才是关键。事实非常明显,工业4.0带动的新型价值创造模式,对于专精于差异化或高性能产品市场的传统德国企业,短时间内还没有魅力。

第三,网络企业主导跨企业的共有平台,开始动摇产业内个别企业实体系统的竞争基础,德国企业担心既有竞争优势有可能因此消失。从这个角度,如何保有开放创新的环境?在网宇系统中建构策略性共创平台下各企业如何维持其差异化优势?将是精进实体系统后的重要挑战。

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