德国工业4.0考察报告

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来源:前滩综研  作者:何万篷

(全文刊于2015.11.10《联合时报》)

德国大众最近被尾气检测丑闻困扰,但是即便如此,旗下大众和奥迪两个品牌9月份在美国共销售43,481辆,同比增长6.3%,优于此前预测。消费者对“德国制造”的信心可见一斑。德国经济持续稳健增长,抗风险能力强,和制造业实力密不可分。德国近年来制造业增加值占GDP的比重,始终保持在20%以上。制造业营业额的27%以上来自产品创新,研发投入占GDP的比重在发达国家中仅次于日本。德国对制造业的重视和扶持,是其一以贯之的强国之基

20159月,笔者以同济大学上海校友会理事身份,跟随校友总会组织的专家团,专程赴德考察工业4.0。这是一次深度参访的震撼之旅,最大的感受是,德国STYLE= 智慧思维 + 工匠精神 + 秩序社会 = 质量 = 和谐

考察是从同济大学工业4.0智能工厂实验室主任陈明教授的大巴课堂开始的。他提出,工业4.0的要义就是3C:通信、计算和控制。在后面的考察中,德方专家多次有类似表达。201410月我国首家工业4.0智能工厂实验室宣告成立,由同济大学与德国Phoenix Contact 共同研发完成。实验室将实现智能工厂式的横向集成,纳入工业生产领域主要的生产元素与资源,能适应高度变化环境下的高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式,成为生产制造业构建数字化智能工厂的应用示范工程。以实验室为基础,同济大学还成立了跨学科的工业4.0协作组、全国首个工业4.0导论课程。

第一部分 调研纪实

第一站:KUKA公司

位于奥格斯堡的德国库卡机器人公司(KUKA Robotics),是全球领先的机器人及自动化生产设备和解决方案的供应商之一。准确地讲,是全球工业机器人的四巨头之一,另外三个分别是瑞士ABB、日本发那科、日本安川电机。其客户主要分布于汽车工业领域,在其他领域(如仪器仪表、航天、消费产品、物流、食品、制药、医学、铸造、塑料等)中也具备增长势头。库卡公司的工业机器人年产量超过1 万台,至今已在全球安装了15 万台工业机器人,广泛地应用于材料处理、机床装料、装配、包装、堆垛、焊接、表面修整等作业。库卡公司2014年的营收是21亿欧元,2020年的目标翻一番,达到40-45亿欧元。库卡公司在中国有2家全资子公司,都在上海。

库卡公司重视我们的访问,CMO(首席营销官)亲自接待。他说,库卡公司可以提供负载量从3kg1000kg的标准工业6轴机器人以及一些特殊应用机器人。机械臂的工作半径从635mm3900mm,全部由一个基于工业PC平台的控制器控制,操作系统采用Windows XP系统。他认为,人创造了机器人People made robots,机器人也在创造人类robots aremaking people,机器人将有求必应we are there when you need us

根据CMO演示的PPT目前各国的机器人密度(density:robots per 10,000 employees)分别为:日本1520(汽车领域,下同),214(通用领域,下同);德国1140,154;美国1111,82;英国682,28;中国281,14;巴西91,4;印度48,1。中国的差距是显而易见的。他将机器人的技术创新分为四个阶段:工业自动化industrial automation(物体搬运movementof objects)、灵敏和安全sensitive and safe、移动mobile、智能和感知intelligent and perceptive(大数据的高效率应用efficient use of big data)。

CMO介绍,中国是最大的机器人市场。2009年中国市场销售了4,360台机器人,201011,775台,201118,196台,201222,987台,201336,560台,2017年可能销售100,000台。

CMO特意引用通用电气GE公司CEO伊梅尔特,强调工业4.0的80%是软件,而且,大数据是关键big data is the key

第二站:EMAG公司

德国埃马克公司(EMAG)成立于1867年,总部在斯图加特市附近的萨拉赫市,是典型的德国机床业“隐形冠军”,全球领衔的机床制造公司。业务分布在汽车制造、机械制造、航空航天、可再生能源、电力石油等行业。该公司去年营收5亿欧元,在欧盟排第四。公司面向高端客户,不提供通用机床。产品的出口比例占58%,其中60%出口到中国。在江苏太仓设有工厂。

年迈的创始人、董事长Norbert先生亲自讲解。他反复强调中国是最大市场,日本和德国竞争第二大市场。但是,他非常尖锐地指出:中国最大,德国最强。他以机床价格为例,如果中国大陆制造的机床价格是100的话,中国台湾机床是1000,德国机床是10000

老董事长坦诚地提出:在中国,工人处于生产过程末端;在日本,工人是生产线一部分;在德国,工人是核心。正是基于这个看法,他对工业4.0持保留态度,认为这可能不是一个健康的发展模式

埃马克萨拉赫市工厂的厂长补充,为了帮助客户降低成本,他们的基础架构尽可能标准化。

第三站:SEW公司

德国赛威公司(SEW)是一家专业生产电机、减速机、变频电子设备的跨国企业,技术水平和市场占有率均居世界领先地位。1931年成立,经过80多年的发展,目前在全球已拥有15个制造中心、67个组装中心和200 多个办事处,产品遍布世界五大洲和所有的工业国家,在国际动力传输领域首屈一指,去年的销售额是27亿欧元。该公司在中国有3家制造厂,7家装配及技术服务中心、50余个办事处,并提出精品、服务、本地化的战略发展主线。

我们去参观的EURODRIVE工厂有1800 多位员工,主要生产变速箱、引擎和推进系统等。工厂采用精益生产策略lean strategy,注重客户服务和供货时间,优化生产流程和标准化工艺,通过操作手册team board 使目标可视化,采用看板Kanban方法优化物流,用工业4.0 的思路设计生产流程,使工厂更加智能。

该公司除了中央生产-分散装配之外,智慧工厂smart factory-智慧单元smart unit-智慧细胞smart cell也给人留下极其深刻的印象。据陪同者介绍,德国赛威公司以前搞过无人工厂的试验,没有成功。但是他们目前在“工作岛”上取得了巨大进展,人和机器智能化连接,机器设备作为抽象物体在模型中优化,生产单元网络化。他们强调,这是工业4.0的前期基础。但是不管怎么样,人还是生产的中心。

德国赛威公司的合作伙伴诗道芬集团(STAUFEN),向我们介绍了该公司在全球特别是在中国提供的咨询和资格认证服务。诗道芬集团的观点值得我们思考:工业4.0在德国也是有分歧的未来每个企业都是软件公司(同样引用通用电气GECEO伊梅尔特的话);宝马更害怕苹果,而不是奔驰中国企业无法越过精益生产而直奔工业4.0

第四站:Chemnitz工业大学工厂设计与工厂管理系

Chemnitz工业大学位于曾经的马克思城,工厂设计与工厂管理系由埃贡·穆勒教授领导,致力于提升工厂与生产系统从概念设计到运行管理的核心竞争力。核心的研究领域有:发展与实现一个构成部件可替换的工厂,无层级或松散层级的区域生产网络等。具体分为三个方向:工厂规划与数字化工厂、工厂管理与工厂组织、工厂物流与高效能工厂。

Chemnitz工业大学工厂设计与工厂管理系的专家,花了整整一个下午,向我们详细介绍了试验与数字化工厂EDF(包括三维视频、组成模块和EDF的延伸——工业4.0研究与应用中心),自动化技术及硬件设置(包括AGV自动导引运输车、双臂机器人、安全控制眼、自动导引运输车-机器人混合技术、AIRMOVE技术、现实增强技术、工厂设施管理项目FMSTAR、工业4.0-能源高效化项目实例等),应用软件(包括通过STETCHUP软件与IFC工厂设计软件构建三维模型、VISTABLE的使用、工厂运行/物流模拟等)。内容充实,互动热烈。

我向穆勒教授请教:工业4.0是否会牺牲工厂柔性?工业4.0是否有标准?穆勒教授回答:工业4.0将增进工厂柔性;就整体而言,工业4.0很难有标准,过去是标准化,现在要数据化、个性化。他认为,找出决策支持数据非常重要,数据安全是最大挑战。他提醒中国同行:工业4.0绝不意味着完全自动化Do not mean fullyautomatization)。

在参观中,感受到工业4.0的精髓,可能是虚拟世界cyber和物理世界physical之间的强大联系、自由切换,取于虚拟,用于现实,提升效率和效能

第五站:大众透明工厂

大众汽车透明工厂,坐落于“易北河畔的佛罗伦萨”——德累斯顿。该市以文化艺术、科技创新和手工业著称,被誉为“欧洲硅谷”。整座大众汽车透明工厂是一座充满现代感、通体透明的玻璃大厦。设计别出心裁,自然完美。在这里,大众汽车将现代工业化汽车制造技术和传统手工艺完美结合,并全部展现在访客面前。这里生产的辉腾车型,有60%出口到中国。

据介绍,德累斯顿的历代管理者为保证城市高贵的艺术气质和纯净的生活环境,均沿袭了不在市区建工厂的传统。但是由君特·赫恩坚守设计、2001年落成的大众透明工厂,不但环保意识先进,并且具备人文关怀和艺术气质,还符合市民的审美观,实现了“工业与城市的和解”

——大楼结构轻盈,渗水面积充足,保证了地下水的平衡;

——大楼三面环水,室外区域是5万多平方米的葱茏森林;

——大楼四周的6台扩音器不断播放9种鸟的鸣叫声,提醒鸟类不要误撞玻璃;

——玻璃幕墙和屋顶经特殊镀膜处理,吸收热量和紫外线,还具有自净功能;

——室外安装特质的钠气灯,使用黄色系的灯光,避免夜间作业惊扰昆虫。市内照明通过天花板反射,达到无影灯的效果;

——以有轨电车CARGOTRAM解决货物运输,减轻城市交通压力;

——物流内院设置成下沉式,位于地下3米,杜绝噪音扰民;

——底楼灯光音响设备是歌剧院级的,并经常在柑橘树大厅,以生产车间为背景,邀请顶级乐团过来演出;

——有些工位被设计成倾斜式,以保护工人颈椎。只有在那些可以减轻工人劳动负荷的地方,才使用机器人。工人每天工作8小时,其中有3小时的喝茶时间……

可以说,大众透明工厂将“和谐”体现得淋漓尽致。这个和谐包括了供需和谐、工序和谐、软硬件和谐、人机和谐、人和自然和谐等。“德累斯顿大众汽车厂能够坐落在市中心,这简直是一个创举”,被赞誉为“特殊汽车制造的主教堂,一项城市化的实验”。

在大众透明工厂,我们还看到无人驾驶运输系统的广泛应用。鳞次栉比的输送带,悄无声息地经过各个生产制造工段。依靠电动悬挂传送带的机械臂,零部件可以轻松移动到所需的位置。

第二部分 调研感想和政策建议

调研感想

德国工业4.0考察,在获得丰富资讯和现场体验的同时,有一种深深的紧迫感。

1.关于工业4.0

工业4.0在德国,还是有争议的,并不见得有完全的共识。有些企业家和专家担心,过于强调硬件、机械、机器,可能会忽视人类的能动性。但是也有人提出,人类努力工作的目标,就是把自己从劳动岗位上解放出来。

对中国企业而言,有个跟跑、并跑、领跑的过程。但在高端制造领域,现在中国企业可能连跟跑都很困难,差距进一步拉大,还存在不少误区。有些中国企业急于求成,好高骛远,不愿意脚踏实地当“工匠”,想直接跨过“精益生产”的阶段,直接实现工业4.0

在宏观层面,中国市场巨大,但是“换技术”进展不大。德国企业在中国成立的多数是全资子公司。他们口口声声说new technology will openup to new market,但是并没有开放给中国的合作伙伴。我们在国际生产体系和价值网络当中,尚未掌握竞争主动权

2.关于工业4.0的核心技术——以数控机床为例

《中国制造2025》强调:制造业是国民经济的主体,是立国之本、兴国之器、强国之基。而数控机床,正是先进制造之技术载体、基础设备和基本生产手段。《中国制造“2025”》将数控机床列为“加快突破的战略必争领域”。目前,我国已经超过德国,成为世界第一大机床市场。据统计,在世界机床消费市场上,2014年我国机床出口额33亿美元,仅占世界机床消费总额不足5%;而日本和德国均占比10%以上。与此同时,国内急需的高中档数控机床有相当部分依赖进口,譬如在汽车领域,进口装备的占比就超过40%。高档数控机床越来越成为消费主流,未来市场巨大,也是主要国家和领先企业重要的战略布局点。

精密、高速、高效、柔性的高档数控机床,因具有深度感知、智慧决策、自动执行等功能,被列入战略物资或战略性高技术产业范畴。西方国家对我国严格限制高档数控机床的技术转让,甚至还实施设备禁运。必须看到,政治是主因,技术控制是手段,限制发展是目的。西方国家的这个做法,不但违背自由贸易精神,压制技术交流和创新,阻碍生产管理方式变革,而且伤及自身商业利益,扩大贸易逆差,也不利于增加就业岗位。

西方国家对我国的限制招数,不外乎:

——利用《瓦纳森协议》、1334号法令等,对华构筑包括高档数控机床在内的高技术封锁体系,阻碍中国加入全球生产体系。

——积极实施对华的高档数控机床专利壁垒战略,控制知识产权,垄断技术协议和标准,挤压中方技术创新空间,形成“低端锁定”。

——国外供应商对出口中国的基础零部件,在供给、价格、供货期、规格等多方面严加限制,导致我国机床行业的大部分利润被进口零部件“吃”掉

对策建议

——明确对等贸易地位。从WTO的互惠、透明度、市场准入、公平竞争、经济发展以及非歧视性原则出发,并结合WTO的相关贸易条款,要求西方国家开放高档数控机床技术的输出和转让。在与相关国家的贸易合作中,要在条款中明确双方贸易地位对等、透明等原则,杜绝针对高档数控机床技术的单方面限制转让以及禁运行为。

——发展知识产权规则。我国应逐步着手对高档数控机床知识产权的转让规则进行细化、完善,提高其规范性和流动性。同时,积极地通过我国在WTO、东盟、APEC等国际性组织中的影响力,打破西方国家的垄断格局。

——尽早启动加入TPP(跨太平洋伙伴关系协议)谈判,以免日后更加被动。

——利用西方国家经济疲软、需求萎缩的机会,加大国际并购力度,研究并出台相应的财税金融优惠政策。

——与俄罗斯制造商合作生产

——推动优势资源聚焦发展,打造完整机床配套产业链


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