【名詞解釋】工業4.0：德國欲掀起第四次工業革命

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如果有人說“工廠會解決當前全球面臨的問題”，您可能會覺得這是在說大話。但現在真有一個國家正在努力實現這一宏偉概念，這個國家就是德國。現在，德國政府提出了高技術戰略“工業4.0”（Industry 4.0），並開始推進這個產官學一體項目。

如果用一個詞來概括這個概念，那就是“互聯工廠”。就是通過互聯網等通信網絡將工廠與工廠內外的事物和服務連接起來，創造前所未有的價值、構建新的商業模式，甚至還能解決很多社會問題。

工業4.0的大體概念是在2011年於德國舉行的工業設備展會“Hannover Messe 2011”上提出的。在2年后的“Hannover Messe 2013”上，由產官學專家組成的工作小組（WG）發表了最終報告（有德語版和英文版）＊。下面，筆者就根據該最終報告來解讀一下工業4.0。

＊工業4.0工作組內不僅有能夠代表德國的企業、研究機構和大學，還從政府機構聘請了觀察員。主要企業有ABB、巴斯夫、寶馬、博世、戴姆勒、英飛凌、思愛普（SAP）、西門子、蒂森克虜伯（ThyssenKrupp）及通快（TRUMPF）等。

關鍵是靈活運用ICT

“工業4.0”這一名稱的含義是人類歷史上的第四次工業革命（圖1）。第一次工業革命是18世紀60年代至19世紀中期掀起的通過水力和蒸汽機實現的工廠機械化﹔第二次工業革命是19世紀后半期至20世紀初的電力廣泛應用﹔第三次工業革命是20世紀后半期出現的、基於可編程邏輯控制器（PLC）的生產工藝自動化。工業4.0的定位是可與這些工業革命比肩的技術革新。

圖1：工業4.0的定位 定位於繼機械化（第一次工業革命）、電氣化（第二次工業革命）、自動化（第三次工業革命）之后的第四次工業革命。 本文圖表均摘自《Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0》

其中的關鍵技術是信息通信技術（ICT），具體包括聯網設備之間自動協調工作的M2M（Machine to Machine）、通過網絡獲得的大數據的運用、與生產系統以外的開發/銷售/ERP（企業資源計劃）/PLM（產品生命周期管理）/SCM（供應鏈管理）等業務系統聯動，等等。

第三次工業革命的自動化只是在生產工藝中運用ICT，而工業4.0將大幅擴大應用對象。最終報告將這種升級后的工廠稱做“智能工廠”（圖2）。基於ICT的“智能化”本來就是在智能手機、智能儀表、智慧城市、智能電網等所有事物和服務中出現的動向。要實現工廠智能化的工業4.0也可以說是一個必然趨勢。除工業4.0以外，通用電氣也提出了與之基本相同的概念——“工業互聯網”（Industrial Internet）。日本的各企業也在推進M2M和大數據應用。

圖2：“智能工廠”構想 智能工廠的定位是構成物聯網（IoT）和服務互聯網（IoS）的一個要素。

可解決能源消耗和工作生活平衡問題

通過推進工廠智能化，不僅能夠創造前所未有的產品、大幅提高生產效率，還能夠解決當前社會面臨的許多問題。比如能源消耗問題。現在，工廠在不開工時也要保持立刻就能重新開工的狀態，這會消耗很多能源。而如果能夠根據工廠的開工情況實時調整能源供應，就能大幅削減總體的能源消耗量（圖3）。

圖3：通過工廠智能化削減能源消耗量 通過根據開工情況調整能源供應，能夠削減能源消耗量。

另外，工作組的最終報告還指出，工廠智能化能解決工作生活平衡問題。現在，在工廠工人的工作模式是到工廠上班，現場操作機械設備等，到了下班時間下班回家。但是，如果能通過ICT實現機械設備的遠程操作，就不需要在工廠和家之間奔波，可以在安全的場所舒服地工作。工廠智能化還有利於提高工人的生活質量。

四大課題

雖然工業4.0展現了美好的未來，但實現這一概念卻面臨著四大課題，分別是標准化、復雜系統的管理、通信基礎設施的建設、安全和保密。

標准化方面，隨著工廠與工廠內外的很多事物和服務連接起來，通信手段及數據格式等很多事物必須制定標准。關於復雜系統的管理，隨著生產系統與其他系統連接起來，整個系統變得復雜，管理變得越來越困難。通信基礎設施問題指的是可用於工業用途的、可靠性（SLA：服務水平協議）高的通信基礎設施。安全和保密方面，隨著工廠與外部網絡連接起來，遭到惡意軟件入侵等網絡攻擊的風險也越來越大，因此急需採取安全和保密措施。（作者：高野 敦，日經技術在線！供稿）