導讀
“工業4.0”與“智能製造”區別在哪？發展製造業是“彎道超車”還是“換道超車”？原機械工業部副部長沈烈初在調研後經過深刻的思考，就“智能製造”一題再次發聲。
參觀西門子自動化產品（成都）有限公司引發的思考
——兼論中德兩國專家、企業家及官員對“智能製造”認識上的差異
一、西門子自動化產品（成都）有限公司（SEWC）簡況
經過預約，我隨機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所（下稱儀綜所）副所長王麟琨博士及二位專家於2018 年10 月10 日上午參觀學習西門子自動化產品（成都）有限公司（SEWC）工廠。我已經失去預約於5 月的一次參觀該公司的機會，所以我很珍惜這次考察。時間很短，只有上午兩小時，因為SEWC 的名氣很大，據稱是目前德國在世界上自動化水平最高，更加接近工業4.0 稱謂，目前全球僅兩家，一家在德國的安貝格，一家就是在成都的SEWC。成都工廠物流、工藝流程及信息流程等大部分是安貝格翻版，又有自己的特點。很多中國高層官員、專家、學者、企業家曾都參觀過該企業，帶有一點神秘色彩。我已有二十多年沒有出國考察過這樣的先進企業，有點惶恐，我能看得懂這樣現代化工廠嗎？兩小時很快過去，參觀時快步走，想盡量多看一些，多提出一些問題，僅參觀了物流及裝配車間，最重要的SMT 車間沒能考察。
經SEWC 的一位德國籍華人專家的介紹與陪同參觀得知：2011 年，西門子啟動建設工業自動化產品成都生產及研發基地，2013 年2 月一期工程完成，經調試、試運行一段時間後就投產，現在第二期工程已完成，正在調試，第三期已開始籌建。SEWC 註冊時間為2016 年，註冊資本3.3 億，是西門子工業自動化產品成都研發生產基地的運行主體；主導產品：可編程邏輯控制器（PLC），工控機（IPC），人機交互界面（HMI）等，也可以為客戶定製此類產品，同時開展為客戶推進信息化架構設計，併成套供應軟硬件裝備。SEWC 工廠產品包括800 餘種，每天生產超過3 萬4 千片產品，供應鏈涉及5600 種原材料，每天要用1000 萬個元器件，與安貝格工廠共同為全球西門子客戶供貨，成為西門子兩大物流中心。這樣複雜的供應鏈及生產過程，很難採用人工調度的辦法來實現，而採用西門子的生產自動化、物料流自動化與信息流自動化結合，經過長期探索，反覆實踐優化而成。SEWC 數字化工廠技術架構見下圖。
SEWC 數字化工廠技術架構
SEWC 數字化工廠採用了SAP 公司的ERP 系統及西門子自身發展的Simatic IT 的MES 系統、Control Simatic 控制系統及Team Center 的PLM 系統，這些大系統內還有很多小系統。除SAP 的ERP 外，其它部分都由西門子自己開發供應的，所以能成為西門子高度數字化集成的樣板廠，這是典型的理論來源於實踐高於實踐，反過來又指導下一輪的實踐，這樣就推動信息化到智能化一步一個腳印地發展。可惜我國到目前尚未出現這樣的典型，我想等到哪一天出現這款典型時，我們就能自主地推進信息化、智能化發展，更快地迎接新一代的工業革命到來，西門子本身就是“兩化融合”典範。
二、對“工業4.0”與“智能製造”認識上的差異思考
（一）“工業4.0”不等於“智能製造”
“工業4.0”是第四代工業革命的簡稱，“智能製造”僅是“工業4.0”時代一個重要的特徵，“工業4.0”內涵豐富得多，包括這一時期的新材料、新能源，還有其他高新技術的出現、新的業態、新的生活方式及新的思維模式，也就是出現新的上層建築與新的經濟基礎變化，現在還很難概括。
（二）德國工業4.0 及智能製造發起的大企業就有西門子公司
德國西門子公司創立於1847 年，這個具有一百多年曆史的超級企業，經歷了工業1.0、工業2.0 及工業3.0 各個工業化的階段，積累了深厚傳承的工業化的企業文化，與辦企業各方面的Know How，這種企業文化、理念的DNA“基因”一代代地傳承著。我概括為四個字“務實+創新”，這也是他們辦企業的出發點與落腳點。與時俱進，德國人能較好地處理“務實與創新”這種辨證關係，值得我們思考。德國企業為什麼一直能在世界上處在“引領市場，引領技術”製造業的制高點呢？數千家“世界級”的中小企業分佈在各行各業的所謂“隱形冠軍”，也能“引領技術，引領市場”！它們是裝備工業社會化、專業化生產的基石，亦即三基，“基礎零部件、基礎材料、基礎工藝”。世界級中小民營企業，很多是家族企業，經過幾代人的努力而形成的，沒有他們就組成不了製造業“金字塔型”的基礎。“基礎不牢，地動山搖”，製造業沒有基礎就沒有抗風險能力，也就沒有市場經濟的活力。
而我們呢？不少企業由於中國文化、歷史觀念、思維方式等不同，盲目追求的是“大”，而不是“強”，認為“大”才能“強”，而不是首先是“強”，才能做“大”而不倒。因為受到環境的影響，什麼都是“大”，大廣場、大馬路、大樓、大產值、大企業……是泱泱大國的體現，受到人們關注與羨慕，這也可能是中國企業的企業文化的基因吧！或者是企業家的追求。
這一點從SEWC 工廠建設理念來思考就可以看出一些“不同”。一期工程佔地面積35187 ㎡，生產面積3100 ㎡，投資二年就回收了。
再搞第二期，佔地面積6670 ㎡，生產面積仍為3100 ㎡，亦就是根據市場的需要，把一期“複製”過去，但工藝又改進了，現正處在調試階段；同時開始的第三期，佔地面積為10000 ㎡，而生產面積仍為3100 ㎡，工藝又改進了，信息化水平更上升一個臺階。再來看我們的新建企業呢？以這次考察的另一家研發生產高端醫療裝備的高新技術企業為例，該企業由一位海歸專家博士於2005 年創辦，取得了不少成績，創造不少全國第一，當時生產能力按300 臺/年進行基建，十多年過去了，研發與基建已花了十億人民幣，現在每年僅生產數十臺產品，與設計目標相差甚遠，目前資金鍊很緊張，資金利用率不高。又如這次考察的重慶某集團，2014 年搬遷至新開發區，佔地426 畝，新建建築面積21 萬平方米，新購置關鍵設備80 餘臺套，是按50 億銷售額規模，並用貸款來基建的，到2017 年企業的營業收入僅為8.66億。企業每年要多付出貸款利息近8000 萬，上下班租用公交車接送員工，並免費中午用餐，又多支出近8000 萬，這幾年每年的都虧損，企業領導正在想法設法採取措施扭虧。這種案例在全國也很多，很多情況並不完全由企業決定，特別是國企，與政府主管部門不無關係。這種不講資金利用率與投資效益的投入，害己、害人、害國家，為不當基建而拖垮的企業案例很多。這與西門子投資建廠的思維、觀念完全不一樣。
進一步我們再考察幾家德國工業4.0 領先企業，如：德國菲尼克斯集團1993 年在南京投資建廠，經過25 年的不斷髮展壯大，註冊資金超過1 億美元，員工1600 餘名，年銷售額20 億元，連續13 年人均上交稅收超過10 萬元，先後榮獲中國電氣工業100 強/創新力10強。德國倍福自動化有限公司（Beckhoff）1997 年進入中國，落戶上海，作為工業 PC 控制技術的領導者和工業 4.0 的踐行者，年銷售額超過15 億元。承德熱河克羅尼儀表有限公司是由德國KROHNE 集團投資的中外合資企業，公司註冊資本700 萬歐元，佔地面積21000 平方米，廠房實用面積15000 平方米，固定資產6000 萬元，每年實現銷售收入超過5 億人民幣，主要經濟指標連續多年名列全國儀器儀表行業前列，是全國機械工業優秀企業。這些企業全是務實地、一步一個腳印地發展壯大，絲毫沒有好大喜功，追求工廠規模多大、智能化多麼高超等“虛”概念。這難道不是不同的企業文化、發展戰略造成的差異嗎？
（三）“彎道超車”發展為“換道超車”
現在有一些專家提出，利用“智能製造”、“大數據”、“人工智能”、互聯網+等高新技術的應用，製造業可以用“換道超車”來縮短與發達國家的差距。我認為這個命題可能是對的，但要有一定的條件，馬克思主義哲學認為，“事物的發展，內因是根本，外因是條件”。
製造業中這種潛意識普遍存在，我在機械工業工作了一個“甲子”，最初的二十年從事機床工具行業工作，上世紀五十年代末六十年代初，通過舉國體制的“精密機床會戰”及“二汽裝備會戰”帶動了機床工具工業的發展。1963 年隨團到日本考察了數十家機床工具企業，經過“精密機床會戰”我們已能生產五六十種產品，品種較為齊全，除三井精機的精密機床與量儀之外，我們精密機床的水平與日本相當，差距不大，有一些齒輪磨、蝸桿砂輪磨日本尚不能生產。1972 年我隨團到英國考察機床工具企業，大概也有二三十家，除此之外特別考察了NEL（國家工程實驗室）及NPL（國家物理實驗室），前者重點考察精密機床用的光柵尺，後者考察基礎理論。回國後時任部領導問我：機床工具行業與英國差距多大？我回答：大概二十 年，當時英國的機床鑄件都採用樹脂砂造型、電爐冶煉合金鑄鐵，砂型塗料用氧化鋯（我們用炭黑）。精密機床與數控機床及三座標測量機已在生產車間使用了。到1978 年改革開放開始，我隨中國機械工業代表團訪問歐洲，“機床工具”也是重點考察之一，回來後我仍認為還有二十年的差距。
上世紀八十年代初通過引進技術、合作生產，對機床工具行業水平提高有很大的促進作用。四十年改革開放過去了，國家把機床工具行業定性為完全的市場經濟商品，經過在國內外市場的競爭，優勝劣汰後，相當一部分機床工具的國企被淘汰了，雖然有國家04 專項的支持，剩下的僅有少數國企，如濟南第二機床廠的鍛壓設備等在世界上有較強的競爭力，大部分不是破產或處在嚴重的危機中。當然新出現了一批像光洋、精雕、海天、大族激光、金鷺等新型民企，也許是希望之所在，但還需要相當長的歷練，企業領袖、管理人員、技術人員及工人需要數十年的經驗積累與傳承，這不是信息化製造或智能製造能完全解決的，很多Know How 在人的腦子裡與手藝上，但信息化或將來的智能化或人工智能可以加速Know How 的積累，但不能超越，因此部分搞信息化的專家在宣稱可以“彎道超車”，這還需要實踐來證明其科學性。
“彎道超車”最早好像是汽車行業提出來的，想採用研發生產電動汽車，實現汽車工業的“彎道超車”。這幾年在國家政策鼓勵下，電動汽車高速發展，產量居世界第一位，值得點贊。但最後不要像燃油車想採用合資（目前進一步擴大開放，取消外資股比的上限）方式來發展我國自主品牌的轎車，證明“市場換不來核心技術”，紅旗轎車的命運案例就足以說明這點。回想1958 年在民主德國萊比錫國際展覽會展出了第一臺“紅旗”樣車，震動了西方國家與我們自己，韓國當時尚沒有汽車工業，或許“紅旗”的命運就是中國汽車工業自主品牌走過的曲折道路縮影吧！
這大概是我們的企業文化與德國的企業文化之間的差異所造成的吧，要請教這方面專家學者！
（四）新技術如何與製造業融合的誤區
“機器換人”的口號應該有一個“度”，前幾年我到廣東考察時聽說，只要申請使用一臺工業機器人，政府補貼30%的費用來獎勵，據稱全國很多省市區都有這樣政策，僅補貼的金額不一樣。這樣就一哄而起紛紛搞起機器人產業，最多時全國研發生產機器人的企業超過千餘家，機器人工業園有數十家，多種機器人展會到處舉辦，世界幾大家工業機器人，如ABB、Fanuc、安川、Kuka、三菱等跨國公司在中國擴大投資建廠，佈局全國多地，我們習慣於這種搞運動方式來發展高新技術，這種模式有利有弊。在前幾年發展新能源時，如風電、光伏發電，也是這種模式，至今雖然取得很大成績，但產能遠遠大於國內外市場需求，導致低價競爭，惡性競爭，最後經市場機制的優勝劣汰，淘汰相當多的新能源生產企業，如光伏發電，曾雄居全國第一位的無錫尚德、第二位的保定英利逼入死衚衕，保定英利全套生產設備由瑞士Oelikon（奧利空）進口的最先進的成套設備，採用PCVD 光伏電池塗層等，而無錫尚德呢？為了挽救該企業，市財政投入數以億計的人民幣救急，這種社會資源的浪費如何制止呢？尚沒有好辦法。再看SEWC 西門子工廠，一期工程中，我就見到二臺工業機器人，一臺為臺式小型機器人用於部裝，一臺是關節機器人用在裝配液晶面板的生產線上。西門子的專家稱，針對目前SEWC 的產品，經多年的經驗評估採用托盤+滾動傳遞的方式運輸中間產品更合適、更經濟、更柔性。據2018 年統計SEWC 全廠783 人，其中藍領工人達507 人，佔65%，不盲目追求無人化，採用適合品種多，換批頻繁的生產特點的裝備。一期工程連AGV 小車都沒有，二期用不用AGV 小車還在考慮。他們一切考慮的出發點是質量與效益來決定採用何種適用先進技術。
我向西門子的專家提出：SEWC 是不是算工業4.0 智能製造的樣板，您們對工廠前景是否採用“人工智能”技術？他回答是：SEWC 僅是工業3.X，尚未達到工業4.0 的水平。SEWC 暫不考慮使用“人工智能”技術，這是西門子上層決定的事。另外專家說SEWC 一期工程命名為全數字化工廠，二期、三期可能更先進些。
（五）是“數字化製造”還是“智能製造”
SEWC 陪同參觀的專家明確告訴，該廠是全數字化工廠。最先進與最“拿手”的數字雙胞胎技術，貫穿整個工廠的各個領域及生產過程，包括設計數字雙胞胎、工藝設計過程的數字雙胞胎、生產過程的數字雙胞胎，亦即虛擬實體系統或稱之謂仿真系統。虛擬設計製造過程，也是仿真過程，實質上是一次優化產品設計、生產過程，可用不同邊界的約束條件得出最佳的設計及工藝和生產過程方案，然後用數字化、網絡化技術轉化為實體的研發、生產，可取得最大的技術經濟效果。產品設計、工藝設計、生產過程的優化全部採用三維模型仿真，優化進程非常直觀。如工藝過程仿真設計，包括生產車間佈局、工位建模仿真、工藝驗證仿真等等；生產過程的仿真，包括仿真工人的工作時間、節拍，甚至到必要的動作；又如仿真托盤運輸中的托盤數量與生產數量的關係，驗證不同訂單組合的配置等。這些仿真數據來源於實際，經過長期的積累和篩選。據稱用三維仿真軟件的理論值與實際值的誤差一般在20%以內，經過PDCA 多次循環，可以縮小誤差值。車間內到處都有顯示屏，隨時可以觀看生產過程的質量、進度、能耗、在製品、庫存等全生產要素實時數據。我過去曾在工廠工作過十三年，這樣海量的正確數據是無法想象的，但SEWC 做到了，這是最難最難的基礎工作，我們企業能自願做嗎？在車間參觀，看到每個操作工人面前都有人機界面顯示屏，實時讀取操作卡上技術指導文件、現在進行工序的要求。操作工人完成本工序後，按一下按鈕，托盤就帶著工件流轉到下一工序，同時信息上轉至MES 系統，證明本工序已完成了。這種海量數據在SEWC 本地多達數百個TB 服務器容量，很多通用數據還在德國本部，西門子發展了一個Mind Sphere 數字化管理雲平臺進行大數據管理。
從這點看出，我國某些地區設置不少“智能裝備工業園”又有什麼意義呢？
（六）企業推進信息化的前提是“精益生產+先進適用工藝”、“準時化管理+科學化管理”
工信部提出推進“智能製造”的排序是：工業2.0 補課、工業3.0普及、工業4.0 示範，這完全正確。
對大多數企業來說，必須經歷工業2.0 補課，補什麼課呢？就是“精益生產+先進適用工藝”、“準時化管理+科學化管理”，這是搞信息化繞不過的坎，否則“事倍功半”。信息化管理的內容就是數字化、網絡化，沒有數字的網絡，網絡就沒有作用，網絡是傳遞數據的工具而已。過去很多文章中我已闡明過，只有工業2.0 補課，才能得到企業全生產要素即人、機、料、法、環、測及上游產業鏈與下游客戶需求的數據，建立數據庫PDM 這是一切信息化管理的基礎。我對德國多少有一些瞭解，在工業2.0 時代或上世紀五十年代，我在德國學習時，有一年在不同工廠實習過，那時設計部門雖然沒有CAD 及三維仿真，但設計的產品已經採用要素標準化、部件模塊化，方便變形產品及新產品的開發，也有利於生產。生產採用GT 模式，即“成組”加工，便於組織生產與質量控制。上世紀八十年代左右就發展到“製造島”或“生產單元”模式，便於自動化與精益生產。由於採用“精益生產+製造島模式”的方式組織生產，因此上世紀七十年代德國就開始推廣計算機管理了。那時德國的機械製造企業就開始建立數據庫，即全生產要素的數字化描述，長期積累數據，去掉無用不真實的數據，然後存入數據庫，並建立數據模型。這是一個長期積累的過程，也是數據去偽求真的過程，因為數據來源於工廠設計、工藝、生產、管理等方面數據與用戶實踐取得的正確的個性化數據。PDM是企業的絕密資源與資料，也是很多長期積累的Know How 所在，因此工業2.0 的補課十分重要，這是工業3.0 以至於工業4.0 製造的基礎。
（七）把質量與效益放在數字化工廠建設的首位
SEWC 的數字化工廠建設基本要求主要包括四項：
1. 速度：每年發佈50 種新產品，2.5 秒生產一臺產品，七天24小時達到99.5%交貨率；
2. 柔性：每天完成160 次轉換應對800 種不同產品；
3. 質量：每件產品質量情況完全透明化、可視化，質量達到6dpm-A，即不合格測量點控制在百萬分之六監測點範圍內，即過程質量99.9994%；
4. 效益：產量規模提升4 倍下，管理人員零增長，工人每小時效率增長20%。這就是SEWC 的數字化、網絡化、或簡稱全數字化工廠的實際，很明確“數字化”是手段，提高產品質量、交貨期才是目的！千萬不要盲目搞信息化製造，他們根本不談該廠為智能製造工廠，不知為什麼？請大家思考。
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