保障德国制造业的未来（四）

　　2.4工作场所的新型社会基础设施

　　德国工业4.0战略将为正处于人口变化的德国带来众多创新。德国人口的老龄化程度在全球排名第二，仅次于日本，许多德国制造公司劳动力的平均年龄在四十多岁。年轻员工的数量在不断减少，已经出现熟练劳动力和学徒工短缺的现象。为了确保人口的变化不以牺牲当前生活水平为代价，德国应更好地利用现有劳动力，同时保持和提升劳动力生产效率。增加就业人口中的老年人和妇女比例尤其重要。

　　最新研究表明，个人生产力不在于一个人的年龄，而和他们在一个岗位上所呆的时间长短，他们的工作组织方式和他们的工作环境有关。如果在延长工作时间的过程中要保持和提高生产率，就有必要协调和改造工作场所的方方面面，包括健康管理和工作组织，终身学习和职业路径模式，团队结构和知识管理。这一挑战不仅需要企业的努力，还特别需要教育系统的努力。

　　因此，决定德国未来竞争力的，不仅包括新技术、商业和法律因素，还有工业4.0工作场所中的新社会基础设施，这些基础设施能让工人更广泛地参与到创新过程中。

　　此外，工业4.0战略所带来的人类技术和人类环境互动的范式也将发挥重要作用，因为新形式的协作工厂让虚拟工作和移动工作场所成为现实。多模式、用户友好界面的智能辅助系统将协助员工的工作。

　　除了全面的培训和进修，工作的组织和设计模型将成为受劳动者欢迎的成功转型的关键。这些模型应与高度自我调节的自主领导和管理方法相结合，员工应该有更大的决策自由，更加积极地参与和调节自己的工作量。

　　在进一步认识到创新过程中人类活动重要性的基础上，工业4.0战略中的社会技术方法将为亟需创新提供新的发展潜力。 

　　2.5新型的以服务为基础的实时CPS平台

　　图4 物联网及服务—连接人、物体和系统

　　德国工业4.0战略将催生新型CPS平台，旨在支持协作工业流程和智能工厂以及智能产品生命周期相关的业务网络。这些平台所提供的服务和应用程序将把人、物和系统相连接（图4），并具有以下特点：

　　（1）服务和应用业务流程的快速和简单带来灵活性，包括CPS软件

　　（2）参照应用商店模式对业务流程的简单分配和部署

　　（3）对整个业务流程提供全面、安全、可靠的支持

　　（4）从传感器到用户界面，100%的安全可靠

　　（5）支持移动终端设备

　　（6）支持业务网络中的协同制造、服务、分析和预测流程

　　在业务网络中，共享CPS平台特别需要服务和应用业务流程的IT开发工作，因为这是工业业务流程中CPS、应用、服务水平和垂直一体化具体要求的体现（见5.1节）。对德国工业4.0战略来说， “业务流程”一词的定义比在网络服务中更宽泛。

　　它应明确包括公司间协作流程和业务网络中共享服务和应用的建立。安全、保密、可靠性、使用、操作者模式趋同、实时分析和预测等问题都需进行审查，不仅为了业务流程，也为后续高效、可靠、安全地操作协同制造和服务流程，以及CPS平台上动态业务流程的执行。这还包括应对大量不同数据源和终端设备所带来的挑战。

　　上述要求当前只在普通云计算基础设施得到一个基本的满足。IT、软件及服务提供商和用户所形成的公司间CPS平台将需要一个德国工业4.0战略架构，能考虑到ICT和制造业等不同方面（见5.1节）。为这些CPS平台开发新的应用和服务将需要模型化的方式，以管理日益功能化、个性化、动态化和合作化所带来的复杂性（见5.2节）。一个安全高效且高带宽的网络基础设施将成为安全数据交换的必要保障（见5.3节）。

　　2.6德国工业4.0战略实现之路

　　德国工业4.0战略愿景的实施，将是一个不断演进的过程，不同公司和行业演进的速度各不相同。今年初，BITKOM、VDMA和ZVEI开展的关于“德国工业4.0战略前景”的调查再次证实了德国工业竞争力的重要性，以及对更全面和有针对性信息的需求（图5）。在调查中，47％的公司表示它们已经积极参与到工业4.0战略中；18％的公司表示它们正参与德国工业4.0战略的研究工作；而12％的公司声称它们已把该战略付诸实践。

　　图5工业4.0趋势调查结果（2013年1月）

　　实施工业4.0战略愿景中碰到的三大挑战，分别是标准化、工作组织和产品可用性。

　　除了积极参与工作组，参与调查公司所提出的扶持措施还包括举办有针对性的研讨会，他们可以在研讨会上分享经验和获得信息。

　　专业协会将在确保顺畅沟通，与社会合作方、学术圈和公众的紧密联系方面发挥重要作用。约50％的受访企业表示，他们已经从专业协会收到有关工业4.0战略的相关信息。

　　此外，工作组认为以下措施有助于企业平稳向工业4.0转型：

　　（1）实时CPS解决方案的实施，将在空间、技术质量和可靠性方面对服务可用性和网络基础设施提出很高要求。为了确保德国的国际竞争力，应呼吁出台服务规范和商业模式的国际标准（见5.1和5.3节）。

　　（2）目前，制造业的业务流程往往是静态的，并仅通过极不灵活的软件系统实施。不过，不能在一夜之间将它们替换成服务型系统。在旧系统上融入新技术（反之亦然）非常重要，旧系统需要通过实时功能系统进行更新。

　　（3）在物联网和服务化的背景下，制造业新商业模式的发展速度将接近互联网本身的发展速度和活力。

　　（4）员工将参与到工作组织、CPD（Continuing Professional Development）和技术开发的创新性社会技术设计的早期阶段工作中（见5.5节）。

　　（5）为了成功过渡到工业4.0，ICT产业（习惯上认为创新周期短）应和机械、设备制造商以及机电系统供应商（倾向于认为创新周期较长）密切配合，以开发出所有合作伙伴都能接受的商业模式。

    建议：

    智能生产、智能物流、智能电网、智能产品以及物联网和服务在制造业越来越多的应用将改造价值链，并催生新的商业模式。

    德国工业4.0战略将充分利用现有的技术和商业潜力。德国工业4.0战略为工作场所提供了新的商业机会和创新型的新型社会基础设施。

　　应用例子1：在车辆组装流水线不开工时减少其能源消耗

　　目前，机械对于能源效率的要求很高。能够达到这个要求的一个促成因素是在生产间歇期间把不工作的部分断电。工业4.0通过将生产设备的计划和操作更系统地整合来实现这个功能。

　　现在：

　　目前，许多生产线在其他部分没有生产任务时，如生产间歇期间，或在周末持续运转，消耗大量能量。例如：一条使用激光焊接技术的车辆组装线的全部能源消耗的12%都是在生产间歇期间消耗的。生产线一周运转5天，轮3次岗。虽然这个复杂的机器在周末不工作，但是它还是保持电源的开启状态以便在周末结束后能够立即投入生产。

　　在生产间歇期间，90%的电力消耗中：遥控装置（占20%到30%），抽烟机（占35%到100%），激光器及其冷却系统（占0到50%）。

　　在未来，遥控装置（robots）在生产的间歇期间将被断电。在生产的较长的间歇期间，遥控装置将进入一种叫做Wake-On-LAN的待命模式。抽烟机将使用可以按照需求进行调节速度的发电机，而不再使用不能够按照需求进行调节的发电机。对于激光器 (laser sources)来说，只有使用全新的系统才是唯一的提升途径。

　　未来：

　　总的来说，这些措施能够减少12%的总的能源消耗（大约从45000kWh/w降到40000kWh/w），并且在生产的间歇期间能够减少90%的能源消耗。在设计物理网络系统的初级阶段就应该把能源效率这一因素考虑进去。

编译：工业和信息化部国际经济技术合作中心