Industry 4.0 - Next Steps

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來源：睿午餐

工業4.0是由德國政府《德國2020高技術策略》中所提出的十大未來項目之一。

該項目由德國聯邦教育局，及研究部和聯邦經濟技術部聯合資助，投資預計達2億歐元。旨在提升製造業的智慧化水準，建立具有適應性、資源效率，及基因工程學的智慧工廠，在商業流程及價值流程中，整合客戶及商業夥伴。

其技術基礎是網路實體系統及物聯網，即利用網路實體系統(Cyber Physical System，CPS)將生產中的供應、製造、銷售y vmp4數據化、智慧化，最後達到快速、有效、個人化的產品供應。

1、工業4.0與德國工業4.0平台

「工業生產的數位化與自動化」成為德國工業「4.0」理念最重要的外顯特徵。而由德國經濟與能源部，德國聯邦教育部，及三大行業協會組織【Bitkom(德國資訊技術和通信新媒體協會)、VDMA(德國機械設備製造業聯合會)和ZVEI(德國電氣和電子製造商協會)】，共同發起成立的德國工業4.0平台(Plattform Industrie 4.0)，正是為了推進作為第四次工業革命的策略的實施而成立的，以政府為主導力量的跨界組織。

其主要任務包括：支持工業領域新一代，革命性技術的研發與創新；升級德國工業體系，增強德國工業在全球的競爭力；建構工業4.0技術標準，並將行業應用示範推廣；其中包含為產學研用，乃至政府部門，提供具備前瞻性與可操作性的，各個行動方案推薦，發起與實施合適的標準體系，以及鑒定評估，具有說服力的行業應用案例。

然而，工業「4.0」策略的目的，並非是實現大部分人想像中，以「數位化」、「智慧化」與「自動化」為特徵的「智慧工廠」(「Smart Factories」)，而是能夠透過以「智慧工廠」為特徵的第四次工業革命，持久地保持德國工業經濟，在複雜多變的經濟與技術背景下的，應變能力與國際競爭力，能夠使得德國企業和勞動力，具備隨時滿足這一背景的所需能力。

因此，一般意義上的「智慧化工廠」、「工業網路」及「數據互通」等生產中，可實現的某種特定狀態，並不能涵蓋工業4.0的策略目的，在工業4.0理念下，並不排斥相對獨立的企業生產營運狀態；另一方面，工業4.0也並非單純的，僅僅指向工業製造企業，如果將德國經濟視作一個大型「工場」，那麼手工業、服務性行業，乃至媒體與娛樂行業，都將被納入其「生產」過程中去。

因此，工業4.0平台並非是一個，僅為實現技術與經濟目標而存在的組織，同時還承擔著社會性、政治性，以及文化性等其他多元化目標。

2、工業4.0平台的主要任務

由於德國製造企業，尤其是大中型製造企業，生產的智慧化水準已經很高，其工作重心在於，如何高效利用現有的生產資源、去滿足各類消費者和客戶的個性化需求。

因此，不像亞洲的眾多製造企業，仍然需要完成從1.0、2.0階段，向上實現能力提升的任務，大部分德國企業，包括中小企業在內的製造企業，目前主要面臨的是如何找到適合一條自身的工業4.0發展之路，透過不斷保持自身的創新能力，以應對未來可能出現的競爭機會與風險。

簡而言之，工業4.0的策略意義，在於如何使得企業內部的各個領域，如組織構架、資訊與數據安全等，隨時隨地有能力應付數位經濟背景下，可能出現的各種問題，而非促使各類企業達到一種動態或靜態的生產水準或狀態。

工業4.0平台的重要組織者之一——德國機械設備製造業聯合會(VDMA)，提出的工業4.0就緒度模型，也從側面論證了上述結論。

該模型提供了明確企業工業4.0現狀、逐步建立自己的工業4.0模式的方法，並提出了代表企業工業4.0水準的6個等級：未規劃級、初始級、中間級、熟練級、專家級、行業頂尖級，還提出了衡量企業工業4.0就緒度的6個維度，即策略與組織、智慧工廠、智慧營運、智慧產品、數據驅動服務以及僱員，並進一步分解成18個子領域。

其等級定義反映的是，企業在各個維度，是否已經制訂或是實施符合其自身的工業4.0策略，而非反映企業在某個領域，應該達到的水準或狀態。

例如，被定義為熟練級的企業，已經制訂了適合自己的工業4.0發展策略，在多項業務環節有資金投入，並將創新管理加入到企業發展策略中去；而未規劃級的企業，不滿足工業4.0的所有要求。

一個大型整車裝配廠，可能在智慧工廠方面的就緒度，高於一個巧克力廠商，而其在產品智慧功能方面的就緒度，遠遠低於家電製造廠商；同樣一個被評估為「未規劃級」的企業的生產車間，並不一定處於低自動化的水準，只能說明該企業對工業4.0這一理念的陌生。

此外，「未規劃級」的企業，還包含諸如手工業、媒體與教育行業等，目前和工業4.0基本不相關的行業企業，但並不排除其在未來，需要做出相應變革的可能性，同樣也並非只有最高級，才是適合每個企業的最佳選擇。

目前，工業4.0平台的工作重心，主要包含以下五大領域：

(1)促進基於數位化製造流程的企業組織，和工作方式變革。

(2)推進資訊與數據安全系統的建立。

(3)打造標準體系，並進行宣貫實施。

(4)建構工業4.0冊略下的法律框架體系。

(5)加強全球性的知識交換與創新。

上述五大領域除了(2)與(3)，更為專注於技術變革與進步外，其餘任務更多考慮的是，如何為企業打造一個環境，去適應於更充分的應對，以數位化為特徵的第四次工業革命，所帶來的機慧和挑戰。

在工業4.0平台目前成立的5個工作組中，工作組2「研究與創新」(Forschung und Innovation)、工作組4「法律體系構架」(Rechtliche Rahmenbedingungen)，與工作組5「工作、培育與再教育」(Aus- und Weiterbildung，Arbeit)，致力於為包含中小企業在內的眾多企業，提供創新與應用推廣計劃；

對企業與行業，在工業4.0環境下的機會與風險，進行評估以，及為企業人員的智慧化改造，與能力提升提供相關服務，同時工作小組推動跨行業、跨企業間的對話，促進不同國家與區域及專業領域間，專家間的交流合作。

在工業4.0平台目前的體系中，諸如大眾、西門子之類的大型製造企業，提供技術與解決方案；佔絕大多數的德國中小企業，以聯合方式，參與創新研發，並分享創新成果，行業協會負責4.0技術與理念的推廣，填補研究機構與產業界初創企業的鴻溝；

研究院所負責技術開發，與標準制訂及人才培養。眼下，即使在德國，佔企業總數量98%，其產品市場比重不低於70%的中小企業，仍然出於投資的性價比與風險等原因，還處在是否要向數位化的生產模式轉型的，懷疑與猶豫之中：相當部分的中小企業，既不積極主動參與，其他企業的研究與創新，也不期待自身從第四次工業變革中，能夠獲取多少利益。

因此，如何最大限度調動這部分企業，尤其是佔製造業總數95%以上的，中小企業參與積極性，為其鑒定並展示出，工業4.0的應用成效，是工業4.0平台目前工作，成功與否的核心評估標準。

如何準確挖掘與評估佔經濟總量，絕大多數的中小企業在工業4.0道路上的重要問題與瓶頸，是工業4.0平台各個工作小組，能否有針對性展開工作的關鍵所在。

3、德國中小企業在工業4.0道路上面臨的問題與挑戰

3.1 工業4.0的實現，需要將相當一部分高素質的專業人才，帶回德國中小企業

目前，德國的中小企業，尤其是中小製造企業，和新興技術產業，面臨著人才不斷流失，這一關鍵問題。一方面，離散型的製造模式，需要現代資訊通信技術，與自動化機械設備的深度融合，從而使得生產與管理，組織機構的複雜性與靈活性大大加強，並對企業的僱員的專業技術能力，提出更高、更廣泛的要求，並為企業僱員帶來明顯的競爭壓力。

由於中小企業自身經濟與技術基礎有限，不像諸如大眾、西門子等跨國公司，具備良好的人才造血機制與空間，並能得到頂尖大學院校的大力支持，很難真正且有效地滿足，工業4.0環境下的人機互動場景，所需要的組織機構改造，與僱員能力提升。

根據工業4.0就緒度模型，僱員的技術技能與技能獲取，以及企業組織的在該領域的投入投資，是衡量企業工業4.0的重要標準之一。

以德國機械設備製造業聯合會，即VDMA為例，該協會有會員企業3100家，其中87%是僱員人數，是少於250人的中小型企業，而這些中小型企業當中，又有80%是家族企業，早在工業4.0理念正式出台之前，在機械製造行業領域，就普遍出現了專業技術，人才培養的缺乏與滯後，從而導致技術創新與應用的延遲和中斷，這一現象在中小製造企業當中尤為突出。

2012—2014年期間，大約22%的機械製造企業，因專業人才的缺乏，無法有效展開技術進步工作，而這一比例在2004—2006期間約為20%，這一現象目前已經延伸到，電氣與汽車行業領域，並且在短期內，這一現象暫時無法得到有效解決。

另一方面，由於較周邊國家的稅收負擔較高，而大量德國的技術人才，由於其優秀的專業能力與教育背景，更能得到周邊國家各類製造企業的青睞，客觀上造成了局部的人才缺乏，這一現象，尤其在企業研發經費有限的情況下尤為明顯。

儘管近來年，德國的各級地方政府，已經充分意識到這一問題，但是由於受公共財政的限制，未能對這一瓶頸問題，實現本質的改善。

3.2 工業4.0技術與解決方案的推廣傳播方式與應用領域還有待進一步拓展

2015年工業4.0平台提出一個參考模型(Referenzmodel)作為德國工業4.0的標準體系構架後，並未據此進一步就工業4.0的具體實踐，與實施場景進行描述。

與此同時，眾多源於製造企業生產領域，與資訊通信領域的工業4.0項目的開展與實施玩法，取決於企業與行業的具體需求。

來自於德國工業4.0平台的另一重要參與機構——德國資訊技術、電信與新媒體協會(Bitkom)的最新研究報告顯示，工業4.0在德國大部分企業，尤其是中小企業仍然以自動化解決方案的開發與實施為主，這無疑還屬於工業3.0的進一步延伸，而非以數位化、智慧化為特徵的工業4.0革命。

該研究反映，這類技術變革與應用的目的，仍然致力於企業現有業務模式的優化，從而實現時間與經濟成本的降低；另一方面，這類技術變革，目前還首先局限於機械製造行業，其次是車輛及其零組件行業領域。

在其餘工業製造領域及非工業企業當中，無論是針對生產流程的智慧技術，還是作為輸出物的智慧化產品及延伸服務，都罕有成熟的案例和典範，除了某些帶有個性化、客製化的線上服務以外。

從這一點也反映出德國工業4.0就緒度模型的策略意義：幫助眾多企業定位工業4.0環境下的自身產品與服務應具備的能力，為企業找到一條能夠適合未來競爭要求的建設路徑。

上述現象也反映出另一具有德國特徵的事實：機械製造行業與汽車行業領域，由於受政府扶持政策較多，因此具備對競爭威脅有較強的抵御能力。

然而，這一情況也造成德國眾多工業企業，將技術投資與投入的重點，放在設備與數據的互聯互通方面，很多企業尚未看到設備與數據的互聯互通的真正目的，是為了實現企業與其市場夥伴，及其他參與者之間的互動，打破過往企業與企業之間，行業與行業之間的壁壘，從而發掘新商業模式的潛在空間。

除此之外，大部分成功的研究成果與應用方案對公眾、對大部分中小企業而言，是難以企及的。除工業4.0平台之外，鮮有行業組織有能力與機會，將工業4.0相關的技術與應用成果，針對企業與大眾進行公開。

到目前為止，包括工業4.0平台之內，基本只能透過少部分專家與行業組織，以及媒體公開的出版物，瞭解與收集相關應用案例。

相較於機械與車輛製造等高端裝備行業領域，以日用消費品、食品、服裝等為代表的都市輕工業中小企業，具備濃厚的家族化與區域局限性等行業特徵，以全球工業互聯與數據互通為重要特徵的工業4.0，對其的影響還相對有限，尤其是與農業相關的食品加工製造行業企業，長期以來是德國政府傳統的重點扶植對象，在相當程度上使其免受因全球化區域化競爭帶來的巨大衝擊與影響。

如何促使這部分企業能夠盡快適應工業4.0這一不可抗拒的全球產業發展趨勢，也是工業4.0平台及其參與組織乃至德國各級政府目前極為關注的熱點問題之一。

3.3 德國企業，尤其是中小企業的對外直接投資需求是以基於工業4.0的創新能力作為支撐的

在全球經濟一體化的整體趨向下，諸如德國一樣的發達工業國家的對外資本輸出形式逐漸由早先的技術輸出轉變為向目標國家進行大規模的直接投資，投資的主體也逐漸由以車輛與機械為代表的裝備製造企業，擴展到其它產業與行業領域。

作為大型製造企業供應鏈體系中的部分中小企業，也逐漸主動與被動參與到對外資本與技術輸出的變革進程中來。

4、結論與建議

工業4.0平台作為德國國家戰略的主要載體之一，承擔著為國際上產學研用政各界提供技術與標準體系架構研究、應用案例徵集乃至基於需求的商業模式的驗證與部署等多樣化工作任務。

「工業4.0平台」在製造業中根基雄厚，是國家戰略計劃和高技術新戰略中數位與經濟社會主題下的一個計劃，旨在實現製造業轉型升級，從以服務為導向上，為眾多德國中小製造企業的未來發展找尋出路；而美國的工業互聯網產業聯盟體現的是工業界願景，旨在充分利用工業物聯網，實現更多領域的互聯互通互感互知，透過分布式智慧設備，利用先進軟體分析，創造更多數據價值。

從中可以看出，工業4.0重在構建面向下一代製造價值鏈的詳細模型；工業互聯網注重工業物聯網中的跨領域與互操作性。因此，德國製造企業，尤其是中小企業自身供應鏈體系的能力提升，及其對外輸出效益，是德國工業4.0平台制訂工作重心的首要出發點，在德國工業領域的晶片、操作系統、軟體及雲計算等核心技術，都被美國掌握的情況下，德國工業4.0平台希望透過打造，並推廣應用「資訊物理系統」(CPS)這一以數位化為特徵的轉型升級路徑，即在充分利用德國領先的嵌入式等技術的情況下，在智慧工廠與智慧生產兩個核心領域，進行重點研究與應用，並透過縱向、端對端及橫向集成，實現企業內、企業間、生態圈的整合，從而達到高度自動化、數位化、網路化、智慧化、個性化、社會化的生產與服務模式，並實現由局部優化到整體優化的質變與轉型升級，從而實現不斷保持德國整個企業群體，乃至國家的核心競爭力，處於國際前列的國家戰略目標。

同樣，美國的工業互聯網產業聯盟，在定義自身工作重心的首要參考要素，是其IT行業對於海量數據的深度挖掘，與價值實現模式。

德國工業4.0平台，作為德國國家戰略實施的重要載體之一，其組織構建、工作模式及成果經驗，在很多方面值得各國政府主管部門和產學研各界的主導機構借鑒吸收。

讓中小企業成為真正的創新主體，與產業「隱形冠軍」，讓大學與科研機構成為技術成果轉化的前沿基地，則是成敗與否的關鍵點之一。