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冶金業(yè)該如何應(yīng)對(duì)工業(yè)4.0?

來(lái)源:智匯工業(yè)

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所屬頻道:新聞中心

關(guān)鍵詞:冶金 工業(yè)4.0

        2013年4月份,德國(guó)政府在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式推出工業(yè)4.0的戰(zhàn)略規(guī)劃。它是德國(guó)《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來(lái)項(xiàng)目之一,旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。此后,這一概念在世界上引起極大的反響。 

      2015年3月25日召開(kāi)的國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議提出,要加快推進(jìn)實(shí)施“中國(guó)制造2025”,實(shí)現(xiàn)制造業(yè)升級(jí)。德國(guó)工業(yè)4.0和“中國(guó)制造2025” 的相同點(diǎn):新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的主要特征是信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合。這一變革的趨勢(shì)和核心就是制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。在這一點(diǎn)上, “中國(guó)制造2025”和德國(guó)工業(yè)4.0都是在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下針對(duì)制造業(yè)發(fā)展提出的一個(gè)重要的戰(zhàn)略舉措。 

      然而,不同的是德國(guó)制造業(yè)具有強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ),而中國(guó)工業(yè)還面臨著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),有待向在高端領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越式發(fā)展,這比德國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0 更加復(fù)雜、更加艱巨。因此,我們需要認(rèn)清工業(yè)4.0的本質(zhì),結(jié)合自己的實(shí)際情況做出決策,避免在具體做法上邯鄲學(xué)步。冶金行業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化之 路,只能靠中國(guó)人自己走。 

      工業(yè)4.0的背景與本質(zhì) 

      德國(guó)把工業(yè)生產(chǎn)分成4個(gè)階段。第一個(gè)階段始于18世紀(jì)末的工業(yè)革命,蒸汽機(jī)的發(fā)明全面帶動(dòng)了機(jī)械化。第二個(gè)階段開(kāi)始于20世紀(jì)初,其特征是大范 圍使用電動(dòng)設(shè)備,用流水線方式組織生產(chǎn)。第三個(gè)階段起始于上世紀(jì)70年代,通過(guò)引入以PLC(可編程邏輯控制器)為代表的電子和信息技術(shù),使自動(dòng)化水平顯 著提升?,F(xiàn)在面臨的是第四個(gè)階段,即工業(yè)4.0。其特征是將CPS(Cyber-Physical System,信息物理系統(tǒng))全面引入工業(yè)體系,推動(dòng) 智能制造。 

      CPS是美國(guó)學(xué)者2006年提出的概念。其中,Physical指零件、設(shè)備、產(chǎn)品等物理實(shí)體,Cyber 則指信息和控制部分,也有人理解為 物理實(shí)體在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的鏡像。CPS可以看成“控制系統(tǒng)”的升級(jí)版,能夠智能化應(yīng)對(duì)復(fù)雜的變化。CPS原本主要是應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng),工業(yè)4.0的貢獻(xiàn)在 于將CPS全面地用于工業(yè)。具體地說(shuō),就是將CPS用于信息系統(tǒng)的橫向集成、縱向集成和端到端集成。其中,橫向集成是指供應(yīng)鏈上的企業(yè)或上下工序之間的信 息集成,縱向集成是基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程控制、生產(chǎn)管理等計(jì)算機(jī)層級(jí)間的信息集成,端到端集成則是從用戶向企業(yè)提出需求到企業(yè)為用戶提供產(chǎn)品和服務(wù)這一過(guò)程的 信息集成。3個(gè)集成的理論,來(lái)自美國(guó)ARC公司于2002年提出的協(xié)同制造模型(CMM)。 

      最近10多年,信息和通信技術(shù)(ICT)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,CPS、PLM(產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng))、ERP(企業(yè)資源計(jì)劃)等技術(shù)的提出與完善,為工業(yè)4.0戰(zhàn)略的誕生奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)然,工業(yè)4.0戰(zhàn)略帶有明顯的德國(guó)特色。 

      首先,工業(yè)4.0戰(zhàn)略與德國(guó)的勞動(dòng)力危機(jī)有關(guān)。德國(guó)是世界上老齡化最嚴(yán)重的國(guó)家之一,退休年齡已延長(zhǎng)至67歲。很多制造企業(yè)員工的平均年齡在 40歲以上,年輕員工比例不斷減少。德國(guó)推進(jìn)工業(yè)4.0的目的,不僅要保持其技術(shù)的領(lǐng)先,還可以延長(zhǎng)勞動(dòng)者的工作生涯,解決老齡化問(wèn)題并吸引年輕人進(jìn)入工 業(yè)界。 

      其次,工業(yè)4.0戰(zhàn)略與其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相關(guān)。德國(guó)既有西門子這樣世界級(jí)的大型制造企業(yè),也有成千上萬(wàn)具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的中小制造企業(yè)。利用這種優(yōu)勢(shì),德國(guó)采用“領(lǐng)先的市場(chǎng)和供應(yīng)商”的“雙重戰(zhàn)略”推進(jìn)工業(yè)4.0。 

      再其次,德國(guó)工業(yè)有生產(chǎn)定制化產(chǎn)品的傳統(tǒng),而“個(gè)性化定制”是保證工業(yè)4.0經(jīng)濟(jì)可行性的重要依托。 

      最后,德國(guó)工業(yè)以離散制造業(yè)為主。工業(yè)4.0的設(shè)想和案例,多以離散制造業(yè)為背景,很少涉及化工、冶金等流程行業(yè)。 

      對(duì)工業(yè)4.0的內(nèi)在邏輯,筆者認(rèn)為,起因是勞動(dòng)力危機(jī)促使企業(yè)減少?gòu)氖麦w力勞動(dòng)的工人。過(guò)去,離散制造業(yè)(產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程通常被分解成多項(xiàng)加工 任務(wù)來(lái)完成)的工人主要從事運(yùn)輸、設(shè)備切換等工作。工業(yè)4.0針對(duì)的目標(biāo)人群就是這批人。為了做到這一點(diǎn),要將CPS嵌入縱向集成,讓機(jī)器智能地完成這些 工作。這件事情完成后,生產(chǎn)過(guò)程的柔性就會(huì)大大增強(qiáng),這就為實(shí)施個(gè)性化定制奠定了基礎(chǔ)。 

      對(duì)工業(yè)4.0的本質(zhì),有專家認(rèn)為,工業(yè)4.0的本質(zhì)是智能制造,包括產(chǎn)品智能化、設(shè)備智能化、生產(chǎn)智能化、管理智能化和服務(wù)智能化。同時(shí),工業(yè) 4.0是互聯(lián),是數(shù)據(jù),是集成,是創(chuàng)新,也是轉(zhuǎn)型。這些關(guān)鍵詞可以這樣串起來(lái):CPS就是智能控制系統(tǒng);在3個(gè)維度的應(yīng)用CPS就是在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、 服務(wù)過(guò)程中全面推進(jìn)智能化;當(dāng)產(chǎn)品本身是個(gè)CPS時(shí),它就是一個(gè)智能產(chǎn)品。充分、完整的數(shù)字化才能保證CPS的順利執(zhí)行,而完整的數(shù)字化有賴于3個(gè)維度信 息的集成,信息集成需要互聯(lián);采用CPS需要技術(shù)的創(chuàng)新、信息互聯(lián)則需要商業(yè)模式的創(chuàng)新,而商業(yè)模式創(chuàng)新必然伴隨企業(yè)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。 

      事實(shí)上,不同行業(yè)、企業(yè)的具體做法可能相差很大。典型的差別是,產(chǎn)業(yè)鏈前端的企業(yè)其實(shí)應(yīng)該強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化,后端才會(huì)強(qiáng)調(diào)個(gè)性化定制;大企業(yè)應(yīng)做橫向集成的發(fā)起者,而中小企業(yè)則應(yīng)主動(dòng)被集成。 

      工業(yè)4.0給中國(guó)制造業(yè)帶來(lái)的挑戰(zhàn) 

      廉價(jià)勞動(dòng)力供給是中國(guó)制造業(yè)持續(xù)高速發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力之一。改革開(kāi)放以來(lái),數(shù)以億計(jì)的農(nóng)村剩余勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移到非農(nóng)產(chǎn)業(yè)。但是,這個(gè)過(guò)程大約在 2008年前后就基本結(jié)束了。在此后的幾年中,東部地區(qū)“用工荒”愈演愈烈,用工成本急劇上升。2012年,中國(guó)勞動(dòng)人口總量開(kāi)始減少,伴隨而來(lái)的是中國(guó) 經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了中高速發(fā)展的新常態(tài)。面向未來(lái),中國(guó)的勞動(dòng)力形勢(shì)會(huì)更加嚴(yán)峻。受計(jì)劃生育政策的影響,在2022年~2031年的10年中,中國(guó)每年將減少 1000萬(wàn)~1500萬(wàn)個(gè)勞動(dòng)力,其中絕大多數(shù)是體力勞動(dòng)者。這勢(shì)必會(huì)對(duì)中國(guó)制造業(yè)造成重大的沖擊。 

      隨著中國(guó)勞動(dòng)力短缺時(shí)代的到來(lái),國(guó)外的競(jìng)爭(zhēng)壓力也不斷增大。一方面,外企紛紛將工廠搬遷到勞動(dòng)力成本更低的東南亞地區(qū);另一方面,發(fā)達(dá)國(guó)家智能 制造水平的提高,促進(jìn)了制造業(yè)的回流。這也為中國(guó)制造帶來(lái)了威脅。例如,美國(guó)一家熱水器企業(yè)搬回美國(guó)后,采用了智能制造技術(shù),結(jié)果,材料成本、人工成本都 降低了,質(zhì)量和節(jié)能效果也提高了。如果工業(yè)4.0在發(fā)達(dá)國(guó)家得以實(shí)現(xiàn),中國(guó)的勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)就會(huì)蕩然無(wú)存。所以,工業(yè)4.0的思潮是我們不得不面對(duì)的問(wèn)題。 

      作為制造業(yè)的組成部分,冶金行業(yè)不可能置身其外。冶金行業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益低、工作環(huán)境差,老一代工人退休后,未來(lái)的勞動(dòng)力危機(jī)可能更加嚴(yán)重。由于 全行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩、需求總量已到達(dá)頂峰甚至開(kāi)始下滑,未來(lái)必然有許多企業(yè)面臨淘汰。勞動(dòng)力危機(jī)很可能成為壓垮某些冶金企業(yè)的最后一根稻草。 

      面對(duì)國(guó)內(nèi)外挑戰(zhàn),中國(guó)制造業(yè)必須擺脫依賴于廉價(jià)勞動(dòng)力的生產(chǎn)模式。2013年和2014年,機(jī)器人在中國(guó)的銷量分別增加了60%和54%。在冶 金行業(yè),企業(yè)正在減少行車、臺(tái)車、機(jī)車的操作崗位,在特殊崗位采用機(jī)器人,有些企業(yè)甚至建立了無(wú)人化倉(cāng)庫(kù),而這些都可以看作是應(yīng)對(duì)勞動(dòng)力危機(jī)的辦法。但 是,在筆者看來(lái),這些做法在國(guó)外很早就有了,中國(guó)企業(yè)現(xiàn)在只是進(jìn)行必要的“補(bǔ)課”,還不能將其歸屬到工業(yè)4.0的范疇。

     

      冶金企業(yè)應(yīng)對(duì)工業(yè)4.0之策 

      工業(yè)4.0的許多概念,在冶金行業(yè)并不陌生。鋼鐵企業(yè)熟知的“數(shù)學(xué)模型”本質(zhì)上就是工業(yè)4.0時(shí)代廣泛采用的CPS,而某些企業(yè)推行的“標(biāo)準(zhǔn)+α”本質(zhì)上就是個(gè)性化定制。 

      但是,CPS應(yīng)用的局限性還非常大,距離智能生產(chǎn)、研發(fā)、服務(wù)和供應(yīng)鏈管理還差得很遠(yuǎn);個(gè)性化定制的成本還太高,要推進(jìn)個(gè)性化定制與批量化生產(chǎn)的結(jié)合,即“大規(guī)模定制”;需要加強(qiáng)個(gè)性化服務(wù),推動(dòng)“批量化生產(chǎn)、個(gè)性化服務(wù)”。 

      從自動(dòng)化到智能化的過(guò)程中,需要經(jīng)歷數(shù)字化這一中間環(huán)節(jié)。在筆者看來(lái),數(shù)字化是整個(gè)冶金行業(yè)的短板,同時(shí)也是盲點(diǎn)。很多人認(rèn)為,數(shù)字化工作已經(jīng) 做了很多年了,為什么還要繼續(xù)做?其實(shí),過(guò)去的數(shù)字化是針對(duì)自動(dòng)化的數(shù)字化,而不是針對(duì)智能化的數(shù)字化,無(wú)法全面承載CPS。在未來(lái)的工業(yè)4.0時(shí)代,生 產(chǎn)制造、開(kāi)發(fā)制造、采購(gòu)銷售可能都是靠CPS運(yùn)轉(zhuǎn)的,現(xiàn)在的數(shù)字化水平顯然是不夠的。冶金行業(yè)需要在3個(gè)方面推進(jìn)數(shù)字化:生產(chǎn)管理與控制、研發(fā)與服務(wù)、采 購(gòu)與銷售,以便與前述的3個(gè)維度的集成相對(duì)應(yīng)。這些工作,未來(lái)很可能將由工業(yè)大數(shù)據(jù)的云平臺(tái)來(lái)承載。當(dāng)然,落實(shí)這些工作將是個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程,需要結(jié)合企業(yè)的 自身?xiàng)l件,分步驟地耐心推進(jìn)。 

      有一種錯(cuò)誤的思維方式,可能會(huì)將冶金行業(yè)的數(shù)字化工作引入誤區(qū)。這就是,將商務(wù)大數(shù)據(jù)的理念和做法生搬硬套到工業(yè)大數(shù)據(jù)。其中,忽視數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化可能是一種致命的錯(cuò)誤。事實(shí)上,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建水平,決定了CPS能否順利運(yùn)行并持續(xù)拓展,從而決定了數(shù)字化的成敗。 

      筆者認(rèn)為,冶金行業(yè)數(shù)字化工作的當(dāng)務(wù)之急是建立產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)(PLM)。PLM是端到端集成的核心信息系統(tǒng),用于支持產(chǎn)品研發(fā)和服務(wù)。 依靠PLM,可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)由制造到服務(wù)和研發(fā)的轉(zhuǎn)型。目前,PLM在離散制造業(yè)的應(yīng)用很廣,冶金行業(yè)了解該系統(tǒng)的人卻很少。這種情況與冶金行業(yè)的數(shù)字 化工作特別困難有關(guān)。 

      與離散制造業(yè)相比,冶金行業(yè)的制造過(guò)程會(huì)發(fā)生復(fù)雜的物理變化與化學(xué)變化,設(shè)備狀態(tài)和工藝過(guò)程對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響很大。這會(huì)導(dǎo)致冶金生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化特別復(fù)雜。實(shí)踐證明,在冶金行業(yè)推進(jìn)數(shù)字化,一定要做好頂層設(shè)計(jì),否則,很容易流于形式,走錯(cuò)方向。 

      我們必須學(xué)會(huì)用辯證的觀點(diǎn)面對(duì)工業(yè)革命,要吸取工業(yè)4.0的思想精髓,根據(jù)行業(yè)和企業(yè)的具體情況制定對(duì)策;照搬是不行的,全盤否定也不可取,必 須放眼未來(lái),同時(shí),又不能做“帶著望遠(yuǎn)鏡走路”的人;要以現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn),充分發(fā)揮經(jīng)驗(yàn)的作用,也不能被現(xiàn)狀和經(jīng)驗(yàn)所約束。另外,無(wú)論是企業(yè)的數(shù)字化建設(shè)還 是CPS開(kāi)發(fā),都會(huì)面臨方法和理念的改變。要意識(shí)到變化的發(fā)生,才能主動(dòng)適應(yīng)變化。 

     

    (本文刊登于2015年4月2日《中國(guó)冶金報(bào)》第3版)


                  來(lái)源:中國(guó)冶金報(bào)-中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng)                   


    (審核編輯: 智匯工業(yè))