德國提出的“工業(yè)4.0”概念來源于2011年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)，最初的想法只是通過物聯(lián)網(wǎng)等媒介來提高德國制造業(yè)水平。在德國工程科學(xué)院等學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動(dòng)下，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部于2013年將“工業(yè)4.0”項(xiàng)目納入了《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》的十大未來項(xiàng)目中，以更好地促進(jìn)該國制造業(yè)向更高層次發(fā)展。為了引進(jìn)德國先進(jìn)技術(shù)，增強(qiáng)國內(nèi)生產(chǎn)總值，很多國家及企業(yè)也開始提出應(yīng)用德國“工業(yè)4.0”來發(fā)展本國制造業(yè)。由于國家體制與制造企業(yè)的發(fā)展水平不盡相同，對(duì)德國“工業(yè)4.0”的理解也不盡相同。

　　到現(xiàn)在為止，能被詳細(xì)定義為生產(chǎn)力的巨大變革只有三次，分別是：以蒸汽機(jī)為代表的第一次工業(yè)革命，其標(biāo)志是從手工勞動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)器化生產(chǎn);以電氣化為代表的二次工業(yè)革命，極大地提高了生產(chǎn)效率;以信息工程、生物工程為代表的第三次工業(yè)革命，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化。德國“工業(yè)4.0”的提法出現(xiàn)后，一些專家的理解如下：

　　美國辛辛那提大學(xué)特聘講座教授李杰認(rèn)為，德國“工業(yè)4.0”的實(shí)質(zhì)是“價(jià)值創(chuàng)造”。

　　他用“煎蛋模型”來闡述如何創(chuàng)造價(jià)值，就是把產(chǎn)品作為“蛋黃”，服務(wù)作為“蛋清”，而以后的市場(chǎng)應(yīng)該去“蛋清”里挖掘。眼下我國制造企業(yè)的利潤集中在“蛋黃”部分，很不完整，未來生產(chǎn)制造應(yīng)該是“產(chǎn)品+服務(wù)”。

　　中國工程院周濟(jì)院士認(rèn)為，中國在沒有完成工業(yè)化(電氣化)的情況下，就進(jìn)入了信息化時(shí)代，所以，德國“工業(yè)4.0”對(duì)中國的啟示是，通過兩化融合的手段促進(jìn)制造業(yè)繼續(xù)向更高水平發(fā)展。

　　筆者認(rèn)為，對(duì)于德國“工業(yè)4.0”，專家及業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)知大致一樣，其內(nèi)核要素是資源、環(huán)境、價(jià)值。它是在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，三者通過相互促進(jìn)、相互制約，以演化、融合形成新的工業(yè)體系，而這三個(gè)要素不能孤立存在。

　　實(shí)現(xiàn)智能化

　　其實(shí)，德國“工業(yè)4.0”是一種目標(biāo)，就是全面實(shí)現(xiàn)智能化。任何產(chǎn)品，不管設(shè)計(jì)如何精準(zhǔn)，在生產(chǎn)過程中也會(huì)出現(xiàn)各類問題。以零部件制造為例，設(shè)計(jì)、工藝都可以保證其精準(zhǔn)，但刀具或者其他設(shè)備出現(xiàn)問題，則可導(dǎo)致零件加工偏差。而智能制造能提前檢查出設(shè)備誤差，并能在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、跟蹤監(jiān)測(cè)，自動(dòng)修配及調(diào)整設(shè)備，使得后續(xù)與其配套的其他零部件與之相匹配，最終令裝配出來的產(chǎn)品滿足質(zhì)量要求，以減少或杜絕浪費(fèi)，這就是智能化的終極目標(biāo)。

　　智能化的結(jié)果就是實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，實(shí)時(shí)對(duì)工藝、設(shè)備或產(chǎn)品進(jìn)行修配及調(diào)整，其最核心的目標(biāo)是減少浪費(fèi)。比如3D打印，只要把設(shè)計(jì)好的3D模型輸入，產(chǎn)品就能馬上制造出來。由于是增材制造(過去的車銑刨磨是減材制造)，所以就節(jié)省了不少原材料，同時(shí)意味著降低了成本。

　　如李杰所言，飛機(jī)螺旋槳，在準(zhǔn)備切割時(shí)就能預(yù)測(cè)切得準(zhǔn)確與否，有無問題，并判斷出問題在哪里。這就是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶來的好處。

　　大多數(shù)情況下，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的生產(chǎn)環(huán)境中，設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)品的精準(zhǔn)度達(dá)不到100%，所以需要相應(yīng)的手段或工具以彌補(bǔ)它的不足。如3D打印，因?yàn)樗粌H能出產(chǎn)品，還能修補(bǔ)漏洞，例如，某一設(shè)備金屬被掏空一個(gè)小口，若不是主承力件，只是次承力件的話，完全可以利用3D打印把空缺的部分填補(bǔ)上，而且看不出一點(diǎn)痕跡，這能使很多產(chǎn)品得到重復(fù)再使用，降低成本，避免浪費(fèi)。

　　隨著機(jī)器人技術(shù)、數(shù)字化的設(shè)計(jì)方法、仿真方法的廣泛應(yīng)用，制造過程自動(dòng)化程度越來越高，傳統(tǒng)的人工介入方式將越來越少。

打造生態(tài)循環(huán)

　　德國“工業(yè)4.0”最重要的一點(diǎn)是，以產(chǎn)品加服務(wù)為中心，而不是以制造為中心。以前，很多人買自行車、汽車、電冰箱、風(fēng)扇、空調(diào)，當(dāng)不需要時(shí)只能當(dāng)廢品處理，這很容易造成浪費(fèi)。而如果以服務(wù)為中心的智能制造的話，用戶可以購買汽車行駛小時(shí)數(shù)或里程數(shù)，此后所有的一切都無需用戶操心。當(dāng)用戶不想用這部汽車時(shí)，汽車公司會(huì)進(jìn)行回收。與當(dāng)做廢品處理掉相比，誰優(yōu)誰劣一目了然。當(dāng)汽車被汽車公司回收后，可利用3D打印進(jìn)行返修，返修出來就可以循環(huán)重復(fù)使用。在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍對(duì)M1A1坦克的維修就初步含有這種思想，只是當(dāng)時(shí)3D打印技術(shù)尚未成熟。

　　空調(diào)、手機(jī)也可以全部返回原廠商。手機(jī)上很多貴重金屬，完全可以統(tǒng)一回收起來再利用，這就是制造業(yè)的生態(tài)化、綠色化、環(huán)?；?，全部依靠智能制造實(shí)現(xiàn)，也就是制造業(yè)的生態(tài)循環(huán)。

　　如此健全的產(chǎn)業(yè)鏈屬于循環(huán)經(jīng)濟(jì)。循環(huán)經(jīng)濟(jì)就是把世界的資源疊蓋在一起循環(huán)利用，最終形成閉環(huán)，成為現(xiàn)代制造業(yè)的生態(tài)環(huán)境，這就是智能制造的核心。Space X的執(zhí)行長兼首席設(shè)計(jì)師、特斯拉汽車執(zhí)行長兼產(chǎn)品架構(gòu)師、以及SolarCity的主席馬斯克一生只做三件事，分別是：龍飛船、特斯拉汽車、太陽能發(fā)電，這三件事跟資源環(huán)境緊密相關(guān)。

　　向“所想即所得”演進(jìn)

　　1995年，清華大學(xué)獲國際CIMS(計(jì)算機(jī)/現(xiàn)代集成制造系統(tǒng))應(yīng)用領(lǐng)先獎(jiǎng)。其獲獎(jiǎng)作品就是利用CAD設(shè)計(jì)一個(gè)3D錢幣模型，把編制好的工藝流程與數(shù)控代碼，發(fā)送到數(shù)控機(jī)床上就可直接制造出錢幣。英國前首相撒切爾夫人訪華時(shí)，曾在清華大學(xué)主樓題字，當(dāng)她到另一棟樓參觀時(shí)，就有人把她前幾分鐘題的字用激光在金屬板上雕刻出來作為禮品送給了她，這就是“所見即所得”。時(shí)至今日，我國絕大部分制造企業(yè)努力的方向仍然是“所見即所得”。

　　隨著當(dāng)今新技術(shù)的發(fā)展，有部分制造企業(yè)已嘗試從“所見即所得”過渡到“所想即所得”階段。2011年，美國人進(jìn)行了一次實(shí)驗(yàn)，成功地利用腦電波控制機(jī)器，給一只猴子喂香蕉。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的步驟是：給猴子頭上裝一個(gè)腦電波信號(hào)探測(cè)儀，來探測(cè)它的腦電波信號(hào);當(dāng)猴子看見工作人員拿著香蕉走進(jìn)來時(shí)，它腦子就會(huì)產(chǎn)生想吃的信號(hào)，被傳感器測(cè)出;信號(hào)放大發(fā)送到計(jì)算機(jī)，就能通過控制機(jī)器手把香蕉給抓過來;香蕉拿過來了，可皮沒剝，猴子大腦又產(chǎn)生腦電波信號(hào)，傳送到計(jì)算機(jī)，繼而控制機(jī)器手，機(jī)器手就把香蕉皮給剝了，最后把香蕉放進(jìn)猴子嘴里，給猴子吃了。2012年4月，重慶大學(xué)也實(shí)現(xiàn)了該試驗(yàn)，說明中國也做到了。

　　2013年6月，腦電波控制飛行試驗(yàn)取得了成功。美國的一所大學(xué)，把腦電波信號(hào)采集器裝到一個(gè)經(jīng)過飛行訓(xùn)練的人的頭上，他產(chǎn)生任何一個(gè)控制念頭，都會(huì)被作為信號(hào)采集下來，通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)把信號(hào)發(fā)射出去，以控制無線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)的無人直升機(jī)起飛、降落、前飛、后飛、前拐、后拐。這些都已在現(xiàn)實(shí)存在，并不是虛擬想象。

　　試想一下，5年后，10年后，知識(shí)傳輸還需要老師教嗎?產(chǎn)品還需要用手在計(jì)算機(jī)上建模型嗎?只要腦子有一個(gè)創(chuàng)意，就可以通過腦電波傳輸直接采集出來，變成真實(shí)可用的CAD模型，并直接應(yīng)用于制造環(huán)節(jié)，這就是“所想即所得”，現(xiàn)在看來并不是夢(mèng)。

　　最后，筆者總結(jié)，德國“工業(yè)4.0”的前提是在工業(yè)自動(dòng)化基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)從機(jī)器傳感器到因特網(wǎng)通訊的無縫對(duì)接，生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)通過自我診斷、自我修正和功能最大化程序變得更加智能，以更好地輔助工人完成生產(chǎn)?！肮I(yè)4.0”巨大意義在于將傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)工廠智能化，提高資源利用率、生產(chǎn)靈活性及增強(qiáng)客戶與商業(yè)伙伴緊密度，并提升工業(yè)生產(chǎn)的商業(yè)價(jià)值。