德国工业高度发达,拥有世界上最完备的工业体系,在机械制造、汽车、化工、制药等领域处于世界前列。为保持德国制造业的国家优势,2013年德国提出“工业4.0”战略,力图抢占新一轮制造业国际竞争的制高点。
德国政府加大力度推进制造业发展的计划由来已久。2010年7月,德国政府公布《高科技战略2020》,提出了一系列促进制造业发展的创新政策。此后,推出《高科技战略行动计划》,决定在2012-2015年投资约84 亿欧元,推动十项未来研究项目的开展。2012年8月,德国政府推出“2020-创新伙伴计划”,旨在推动德国东部地区科研能力特别是企业技术创新能力的提升。
2013年4月,德国机械及制造商协会、德国信息技术、通讯与新媒体协会、德国电子电气制造商协会合作设立了“工业4.0平台”,并向德国政府提交了平台工作组的最终报告——《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》。报告提出,德国向工业4.0转变需要采取双重策略,即德国要成为智能制造技术的主要供应商和CPS(信息物理系统)技术及产品的领先市场。在德国,工业4.0被认为是第四次工业革命,是德国政府确定的面向2020年的十项未来研究项目之一,旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新,保持德国的国际竞争力。
德国推进“工业4.0”的主要举措
一是推动制造企业向智能化转型。
德国拥有强大的机械和装备制造业,在嵌入式系统和自动化工程领域居于全球领先地位。而互联网技术是德国工业的相对弱项。因此,德国在推进“工业4.0”的过程中,注重发挥制造业的主导性CONTROL ENGINEERING China版权所有,将设备、原材料、产品等制造领域的因素和资源都通过CPS连接起来,并利用互联网、物联网以及模块化技术,实现工业生产方式的变革。这有利于从根本上改善制造、工程、材料使用、产业链、生命周期管理等过程,实现工业生产过程的智能化与效率提升。目前,“智能制造”已在相当一部分德国制造业企业中实现,并颇见成效。比如德国奥迪公司,在预生产中心,通过增强现实工具“世界之窗”(Window to the World)系统,能够将虚拟3D零部件投影到汽车上,从而实现虚拟世界与现实世界的汽车开发精确结合;在模具部门,先进的3D打印设备能够生产出复杂的金属零部件,智能机床可以通过准确的高压分配对金属板材进行冲压,精确度高达百分之一毫米;在英戈尔斯塔特工厂的装配车间,机器人以适当的速度和符合人体工学的位置向员工传送零部件。智能制造还可以实现定制化服务,通过打造联网流水线,可以让产品直接在车间实现大规模个性化定制,从需求提出到交货只要1个月时间。
二是注重标准化建设。
德国在提出工业4.0概念之后,制定了八个优先行动计划,其中将标准化排在八项计划的首位。同时建议在工业4.0平台下成立一个工作小组,专门处理标准化和参考架构的问题。工业4.0战略认为,实现目标的核心和关键是建立一个人、机器、资源互联互通的网络化社会www.cechina.cn,物联网、互联网、服务化的智能联接必然要求一个系统框架。在这个框架内,各种终端设备、应用软件之间的数据信息交换、识别、处理、维护等必须基于一套标准化的体系。同时,工业4.0认为,标准化不能单纯依靠政府自上而下地制定、协调。强调由企业牵头,成立“工业4.0社区”,以自下而上的方式发展,同时由政府对时间、协调成本、利益冲突等进行调控,以便达成共识。由于不同的企业要在机械和设备制造、自动化工程、软件业之间进行合作,因此保持关键技术术语的一致性、协调既定标准成为标准化的第一步。2013年12月,德国电气电子和信息技术协会发表了德国首个“工业4.0”标准化路线图,首先就“工业4.0”涉及的技术标准和规格取得一致,为所有参与方提供一个概览和规划基础。2016年工博会期间,德国工业界与标准化领域权威机构共同宣布CONTROL ENGINEERING China版权所有,将正式设立“工业4.0标准化理事会”,以提出工业4.0数字化产品的相关标准,并协调其在德国和全球范围内落地。
三是打造样板工厂。
2015年11月,德国工业4.0平台在德国全国信息技术峰会上正式推出了“工业4.0平台地图”。这份虚拟在线地图上清晰标注了遍布德国各地的200多个工业4.0应用实例和试验点。其中,位于安贝格的西门子工厂堪称典范。西门子工厂可通过Simatic可编程逻辑控制器制造Simatic设备及相关产品,实现“机器控制机器的生产”,即端到端的数字化。生产设备和计算机可自主处理75%的流程工作,生产过程高度自动化;平均每秒生产一台控制设备,合格率高达99.9988%;在不扩张工厂的生产面积和员工数量的前提下,将产能提高了8倍。西门子成都工厂采用产品生命周期管理软件(SiemensPLM),实现从订单、设计、生产到物流的全数字化管理;通过制造执行系统SimaticIT和全集成自动化解决方案(TIA),集成产品和生产的全生命周期,将产品上市时间缩短50%;通过信息技术,与德国生产基地和美国的研发中心进行数据互联。
四是加强“双元制”人才培养。
德国制造业有着强有力的技术技能型人才的支撑,其中“双元制”职业教育扮演着重要角色,它被誉为“德国制造”的基石、德国经济腾飞的“秘密武器”。在“双元制”职业教育中,职业学校的学生同时也是企业中的学徒,企业培训和职业学校学习交替进行,而且以企业培训为主导。据统计,德国从事培训的企业占企业总数的比率(即培训企业率)接近22%,这个比率在500人(含)以上的企业达到了近90%,中小企业由于规模及资金的局限或是由于其工作内容过于专业,其培训企业率仅为14%,不过,跨企业培训中心的存在弥补了中小企业培训条件的不足。同时,“双元制”职业教育充分发挥经济界自治组织的作用,将商会纳入到职业教育的全过程之中,包括培训标准的制订、培训过程的实施以及职业能力的考核等。这样一种职业学校、企业、商会和政府机构等的分工协作,不仅能培养企业实际需要的技能技术型人才,而且能敏锐地对工业和职业变化做出调适。需要指出的是,德国“双元制”职业教育的重企业实践和校企合作的理念也在向高等教育层面渗透。一方面,在研究导向型综合性大学以外,德国还存在着大量以企业实践为导向的应用科学大学。
五是注重应用技术研究。
科技创新是“工业4.0”得以顺利实施的基石。德国政府十分注重产业创新体系的发展,对基础研究和应用研究同样重视。而德国的应用科学创新体系具有鲜明的特色,也是其制造业成功的关键。弗劳恩霍夫协会是德国最著名,也是最重要的应用研究机构。在工业4.0变革中,弗劳恩霍夫协会不仅仅是倡导者,还是重要参与者,为工业4.0企业提供专业支持。它在德国境内有多达67家研究所,雇员人数超过23000人,在海外也设有研究中心。每一个独立研究所都有与工业和制造领域相对应的应用研究专长。弗劳恩霍夫协会多达7成的收入是通过为工业界和社会机构进行应用研究获得的;德国联邦和州政府则为弗劳恩霍夫协会提供了剩余30%的资金支持。相关研究表明,凭借和企业的深度融合CONTROL ENGINEERING China版权所有,弗劳恩霍夫协会一直是推进德国企业层面研发的骨干力量。
六是大力进行宣传推广。
工业4.0现已成为德国的民族战略。德国借助各种平台对工业4.0战略进行宣传推广,增加其影响力。从2013年起,汉诺威工博会的主题与工业4.0概念结合得越来越紧密CONTROL ENGINEERING China版权所有,结合报告、论坛、“工业4.0之旅”活动等形式,加强人们的感性认识,使工博会成为观测德国工业4.0进展的重要窗口。例如2016年4月的汉诺威工博会,有来自75个国家的5000多家参展企业展示了数字工厂、能源、工业供应商、研究与技术5个方面的最新工业发展成果,并带来了100多项工业4.0的应用实例。此外,德国总理默克尔对“工业4.0”战略进行了不遗余力的推动,在不同的场合多次谈到工业4.0。例如,曾在汉诺威工业博览会开幕式上表示,对于德国来说,工业4.0是一座里程碑,是德国经济的引擎。在德国政府播客(视频分享)中提到,德国可成为“工业4.0”特定标准的推动者,在欧洲甚至全球推行这些标准。默克尔也曾多次访华,并带来工业4.0工作组众多成员来华座谈,积极推进“中国制造2025”同德国“工业4.0”对接,使得工业4.0理念在我国得到空前推广。
对我国的启示
德国推进制造业升级、打造“工业4.0”的相关举措,给我国推进和落实“中国制造2025”、建设制造强国提供了如下启示:
集中力量加快科技创新。创新是制造业发展的引擎,是结构调整优化和转变经济发展方式的不竭动力。建议进一步优化整合创新资源,以制造业创新中心为契机,围绕关键共性技术,联合企业、高校、科研机构,共同开展技术攻关,突破关键技术瓶颈。加快科技成果转化,完善知识产权制度,建立技术成果交易平台,以及以技术入股等方式,加速科技成果转化为生产力。加大对基础科学、应用技术研究的政策支持,对高等院校、技术应用研究所、企业研发机构加大支持力度。
重视制造业人才队伍建设。人才建设是建设制造强国的根本。建议政府应加强高等工科学校学生实践环节和创新能力的培养,培养“知识+技术”综合性人才。探索企业和职业院校的技工人才培养模式,围绕急需技能人才,以学徒制、企业实训等多种模式加快技工人才培养。建立现代职业教育体系,对现有的制造业产业工人进行再培训,夯实我国制造业人才基础。完善人才保障激励机制,给予人才合理的上升通道,保障人才能留住、能进步、能创造。
完善相关配套体制机制。体制机制的健全是制造业强大的制度保障。建议完善在知识产权、现代职业教育、质量安全保障等领域的法律法规,特别是在目前制度的空白地带,要不断完善相关制度。按照《中国制造2025》的要求,在工业强基、智能制造、绿色制造、服务型制造等重点领域,积极制定相关行业标准。建立创新奖励、人才激励的相关制度,努力在全社会营造推进制造业发展的良好氛围。