德國(guó)提出的“工業(yè)4.0”概念來(lái)源于2011年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)，最初的想法只是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)等媒介來(lái)提高德國(guó)制造業(yè)水平。在德國(guó)工程科學(xué)院等學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動(dòng)下，德國(guó)聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部于2013年將“工業(yè)4.0”項(xiàng)目納入了《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》的十大未來(lái)項(xiàng)目中，以更好地促進(jìn)該國(guó)制造業(yè)向更高層次發(fā)展。為了引進(jìn)德國(guó)先進(jìn)技術(shù)，增強(qiáng)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值，很多國(guó)家及企業(yè)也開(kāi)始提出應(yīng)用德國(guó)“工業(yè)4.0”來(lái)發(fā)展本國(guó)制造業(yè)。由于國(guó)家體制與制造企業(yè)的發(fā)展水平不盡相同，對(duì)德國(guó)“工業(yè)4.0”的理解也不盡相同。

　　到現(xiàn)在為止，能被詳細(xì)定義為生產(chǎn)力的巨大變革只有三次，分別是：以蒸汽機(jī)為代表的第一次工業(yè)革命，其標(biāo)志是從手工勞動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)器化生產(chǎn);以電氣化為代表的二次工業(yè)革命，極大地提高了生產(chǎn)效率;以信息工程、生物工程為代表的第三次工業(yè)革命，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化。德國(guó)“工業(yè)4.0”的提法出現(xiàn)后，一些專家的理解如下：

　　美國(guó)辛辛那提大學(xué)特聘講座教授李杰認(rèn)為，德國(guó)“工業(yè)4.0”的實(shí)質(zhì)是“價(jià)值創(chuàng)造”。

　　他用“煎蛋模型”來(lái)闡述如何創(chuàng)造價(jià)值，就是把產(chǎn)品作為“蛋黃”，服務(wù)作為“蛋清”，而以后的市場(chǎng)應(yīng)該去“蛋清”里挖掘。眼下我國(guó)制造企業(yè)的利潤(rùn)集中在“蛋黃”部分，很不完整，未來(lái)生產(chǎn)制造應(yīng)該是“產(chǎn)品+服務(wù)”。

　　中國(guó)工程院周濟(jì)院士認(rèn)為，中國(guó)在沒(méi)有完成工業(yè)化(電氣化)的情況下，就進(jìn)入了信息化時(shí)代，所以，德國(guó)“工業(yè)4.0”對(duì)中國(guó)的啟示是，通過(guò)兩化融合的手段促進(jìn)制造業(yè)繼續(xù)向更高水平發(fā)展。

　　筆者認(rèn)為，對(duì)于德國(guó)“工業(yè)4.0”，專家及業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)知大致一樣，其內(nèi)核要素是資源、環(huán)境、價(jià)值。它是在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，三者通過(guò)相互促進(jìn)、相互制約，以演化、融合形成新的工業(yè)體系，而這三個(gè)要素不能孤立存在。

　　實(shí)現(xiàn)智能化

　　其實(shí)，德國(guó)“工業(yè)4.0”是一種目標(biāo)，就是全面實(shí)現(xiàn)智能化。任何產(chǎn)品，不管設(shè)計(jì)如何精準(zhǔn)，在生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)各類問(wèn)題。以零部件制造為例，設(shè)計(jì)、工藝都可以保證其精準(zhǔn)，但刀具或者其他設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，則可導(dǎo)致零件加工偏差。而智能制造能提前檢查出設(shè)備誤差，并能在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、跟蹤監(jiān)測(cè)，自動(dòng)修配及調(diào)整設(shè)備，使得后續(xù)與其配套的其他零部件與之相匹配，最終令裝配出來(lái)的產(chǎn)品滿足質(zhì)量要求，以減少或杜絕浪費(fèi)，這就是智能化的終極目標(biāo)。

　　智能化的結(jié)果就是實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，實(shí)時(shí)對(duì)工藝、設(shè)備或產(chǎn)品進(jìn)行修配及調(diào)整，其最核心的目標(biāo)是減少浪費(fèi)。比如3D打印，只要把設(shè)計(jì)好的3D模型輸入，產(chǎn)品就能馬上制造出來(lái)。由于是增材制造(過(guò)去的車銑刨磨是減材制造)，所以就節(jié)省了不少原材料，同時(shí)意味著降低了成本。

　　如李杰所言，飛機(jī)螺旋槳，在準(zhǔn)備切割時(shí)就能預(yù)測(cè)切得準(zhǔn)確與否，有無(wú)問(wèn)題，并判斷出問(wèn)題在哪里。這就是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶來(lái)的好處。

　　大多數(shù)情況下，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的生產(chǎn)環(huán)境中，設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)品的精準(zhǔn)度達(dá)不到100%，所以需要相應(yīng)的手段或工具以彌補(bǔ)它的不足。如3D打印，因?yàn)樗粌H能出產(chǎn)品，還能修補(bǔ)漏洞，例如，某一設(shè)備金屬被掏空一個(gè)小口，若不是主承力件，只是次承力件的話，完全可以利用3D打印把空缺的部分填補(bǔ)上，而且看不出一點(diǎn)痕跡，這能使很多產(chǎn)品得到重復(fù)再使用，降低成本，避免浪費(fèi)。

　　隨著機(jī)器人技術(shù)、數(shù)字化的設(shè)計(jì)方法、仿真方法的廣泛應(yīng)用，制造過(guò)程自動(dòng)化程度越來(lái)越高，傳統(tǒng)的人工介入方式將越來(lái)越少。

打造生態(tài)循環(huán)

　　德國(guó)“工業(yè)4.0”最重要的一點(diǎn)是，以產(chǎn)品加服務(wù)為中心，而不是以制造為中心。以前，很多人買自行車、汽車、電冰箱、風(fēng)扇、空調(diào)，當(dāng)不需要時(shí)只能當(dāng)廢品處理，這很容易造成浪費(fèi)。而如果以服務(wù)為中心的智能制造的話，用戶可以購(gòu)買汽車行駛小時(shí)數(shù)或里程數(shù)，此后所有的一切都無(wú)需用戶操心。當(dāng)用戶不想用這部汽車時(shí)，汽車公司會(huì)進(jìn)行回收。與當(dāng)做廢品處理掉相比，誰(shuí)優(yōu)誰(shuí)劣一目了然。當(dāng)汽車被汽車公司回收后，可利用3D打印進(jìn)行返修，返修出來(lái)就可以循環(huán)重復(fù)使用。在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍對(duì)M1A1坦克的維修就初步含有這種思想，只是當(dāng)時(shí)3D打印技術(shù)尚未成熟。

　　空調(diào)、手機(jī)也可以全部返回原廠商。手機(jī)上很多貴重金屬，完全可以統(tǒng)一回收起來(lái)再利用，這就是制造業(yè)的生態(tài)化、綠色化、環(huán)?；?，全部依靠智能制造實(shí)現(xiàn)，也就是制造業(yè)的生態(tài)循環(huán)。

　　如此健全的產(chǎn)業(yè)鏈屬于循環(huán)經(jīng)濟(jì)。循環(huán)經(jīng)濟(jì)就是把世界的資源疊蓋在一起循環(huán)利用，最終形成閉環(huán)，成為現(xiàn)代制造業(yè)的生態(tài)環(huán)境，這就是智能制造的核心。Space X的執(zhí)行長(zhǎng)兼首席設(shè)計(jì)師、特斯拉汽車執(zhí)行長(zhǎng)兼產(chǎn)品架構(gòu)師、以及SolarCity的主席馬斯克一生只做三件事，分別是：龍飛船、特斯拉汽車、太陽(yáng)能發(fā)電，這三件事跟資源環(huán)境緊密相關(guān)。

　　向“所想即所得”演進(jìn)

　　1995年，清華大學(xué)獲國(guó)際CIMS(計(jì)算機(jī)/現(xiàn)代集成制造系統(tǒng))應(yīng)用領(lǐng)先獎(jiǎng)。其獲獎(jiǎng)作品就是利用CAD設(shè)計(jì)一個(gè)3D錢幣模型，把編制好的工藝流程與數(shù)控代碼，發(fā)送到數(shù)控機(jī)床上就可直接制造出錢幣。英國(guó)前首相撒切爾夫人訪華時(shí)，曾在清華大學(xué)主樓題字，當(dāng)她到另一棟樓參觀時(shí)，就有人把她前幾分鐘題的字用激光在金屬板上雕刻出來(lái)作為禮品送給了她，這就是“所見(jiàn)即所得”。時(shí)至今日，我國(guó)絕大部分制造企業(yè)努力的方向仍然是“所見(jiàn)即所得”。

　　隨著當(dāng)今新技術(shù)的發(fā)展，有部分制造企業(yè)已嘗試從“所見(jiàn)即所得”過(guò)渡到“所想即所得”階段。2011年，美國(guó)人進(jìn)行了一次實(shí)驗(yàn)，成功地利用腦電波控制機(jī)器，給一只猴子喂香蕉。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的步驟是：給猴子頭上裝一個(gè)腦電波信號(hào)探測(cè)儀，來(lái)探測(cè)它的腦電波信號(hào);當(dāng)猴子看見(jiàn)工作人員拿著香蕉走進(jìn)來(lái)時(shí)，它腦子就會(huì)產(chǎn)生想吃的信號(hào)，被傳感器測(cè)出;信號(hào)放大發(fā)送到計(jì)算機(jī)，就能通過(guò)控制機(jī)器手把香蕉給抓過(guò)來(lái);香蕉拿過(guò)來(lái)了，可皮沒(méi)剝，猴子大腦又產(chǎn)生腦電波信號(hào)，傳送到計(jì)算機(jī)，繼而控制機(jī)器手，機(jī)器手就把香蕉皮給剝了，最后把香蕉放進(jìn)猴子嘴里，給猴子吃了。2012年4月，重慶大學(xué)也實(shí)現(xiàn)了該試驗(yàn)，說(shuō)明中國(guó)也做到了。

　　2013年6月，腦電波控制飛行試驗(yàn)取得了成功。美國(guó)的一所大學(xué)，把腦電波信號(hào)采集器裝到一個(gè)經(jīng)過(guò)飛行訓(xùn)練的人的頭上，他產(chǎn)生任何一個(gè)控制念頭，都會(huì)被作為信號(hào)采集下來(lái)，通過(guò)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把信號(hào)發(fā)射出去，以控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)的無(wú)人直升機(jī)起飛、降落、前飛、后飛、前拐、后拐。這些都已在現(xiàn)實(shí)存在，并不是虛擬想象。

　　試想一下，5年后，10年后，知識(shí)傳輸還需要老師教嗎?產(chǎn)品還需要用手在計(jì)算機(jī)上建模型嗎?只要腦子有一個(gè)創(chuàng)意，就可以通過(guò)腦電波傳輸直接采集出來(lái)，變成真實(shí)可用的CAD模型，并直接應(yīng)用于制造環(huán)節(jié)，這就是“所想即所得”，現(xiàn)在看來(lái)并不是夢(mèng)。

　　最后，筆者總結(jié)，德國(guó)“工業(yè)4.0”的前提是在工業(yè)自動(dòng)化基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)從機(jī)器傳感器到因特網(wǎng)通訊的無(wú)縫對(duì)接，生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)自我診斷、自我修正和功能最大化程序變得更加智能，以更好地輔助工人完成生產(chǎn)?！肮I(yè)4.0”巨大意義在于將傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)工廠智能化，提高資源利用率、生產(chǎn)靈活性及增強(qiáng)客戶與商業(yè)伙伴緊密度，并提升工業(yè)生產(chǎn)的商業(yè)價(jià)值。