瞭望丨从汉诺威透视工业4.0
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▲ 汉诺威工博会现场（张远摄 瞭望新媒体制作）
◆ 汉诺威工博会是全球工业顶级盛会，展会动态往往被视为未来工业的风向标
◆ 5G、人工智能、数字孪生、大数据、云计算、轻量化……这些正成为“工业4.0”时代不可或缺的技术
◆ 从生产线到装配岛，智能制造和大规模订制或许很快就将实现
◆ 中国制造业尚处于2.0和3.0并行发展的阶段，必须走2.0补课、3.0普及、4.0示范的并联式发展道路
◆ 延伸阅读：“新玩具”闪亮汉诺威
文/《瞭望》新闻周刊记者 张远
4月初的德国小城汉诺威春寒料峭，人头攒动，旅店价格畸高，又到了一年一度工业博览会的时间。汉诺威工博会是全球工业顶级盛会，展会动态往往被视为未来工业的风向标。展会每年都吸引全世界大量客商及参观者前来，今年的展会上就有来自全球75个国家和地区的多达6500家展商。
8年前，在2011年4月举行的汉诺威工博会上，德国政府正式推出了“工业4.0”概念。自那以来，相关的探讨交流已持续了8年。“工业4.0”到底是啥？未来工业什么样？中国制造又走到了哪一步呢？透过汉诺威工博会或许可以看到一些端倪。
▲ 4月1日，德国汉诺威工博会华为展区展出的机械臂 单宇琦摄
越走越近的新一轮工业革命
所谓“工业4.0”，是基于工业发展不同阶段做出的划分。有学者也将其称为“第四次工业革命”。
前三次工业革命的内容和时间节点，大家比较认可也已经比较熟悉。“工业1.0”是“机械化”时代，大致发生自1760年左右持续至1840年左右，标志是蒸汽机、煤、铁促成了机器取代人力的工业革命；“工业2.0”是“电气化”时代，大致发生在1870年左右至1915年左右，电力、内燃机、新材料以及电报无线电技术共同构成这次工业革命；“工业3.0”时代大致发生自1945年之后，即第二次世界大战之后，计算机和电子数据的普及和推广引领各行各业，又称为信息技术革命，可简单概括为“自动化”。
对于“工业4.0”时代，按照德国联邦经济与能源部的预估，到2020年德国企业每年向“工业4.0”相关技术投资将达400亿欧元，包含工业机器人、人工智能、3D打印、虚拟现实等多项技术的广泛应用，不少德国企业和专家将其简单概括为“智能化”。
与前三次工业革命不同的是，“工业4.0”是在工业技术发生代际变革中的一种展望。换句话说，前三次是工业革命发生之后，人类站在历史高度对不同时代的回望总结，这次“工业4.0”则是由身处这一变革前夕或是变革中的人们提出的。也因此，并不是所有人都认同“第四次工业革命”已经到来。也许几十年后，当技术突飞猛进到人们提出“工业5.0”概念时，“工业4.0”的轮廓与边界才逐渐清晰。
智能制造什么样
显然，“工业4.0”是个渐进的过程。不少参与工博会报道的媒体记者每年都在探寻新的亮点。全球众多企业也都在贡献自己的智慧和诠释自己的想象，5G、人工智能、数字孪生、大数据、云计算、轻量化……这些正成为“工业4.0”时代不可或缺的技术。
对外行而言，这些名词深奥难懂，业内人士涨红了脸似乎也讲不清楚。本次工博会上，海尔工业智能研究院技术总监石恒描绘了一幅未来生产冰箱的场景，或许可以增强人们对未来工业的感性认识：
生产前：用户想购买一款冰箱，考虑一下平时做不做饭，要几开门，多少个抽屉。企业根据用户提供的信息、需求，透过大数据和人工智能分析立即推出几款设计方案给用户。用户可以修改方案，最终下单。
企业接到订单后，由人工智能通过网络平台找到当下质量最稳定、最便宜的物料供货商，由无人驾驶卡车送到工厂仓库。
生产中：把所需零件工具输送到生产岛中，运输机器人通过5G传输、机器交互语言传达所有订制要求，装配成型。这个过程中，机器和机器间可以交流，机器配备有大量感应元件，有“感觉”也有“视觉”，可以做出高度拟人的方案与动作。
不少人描绘，未来工业会是一个个“熄灯工厂”。由于人的参与不多，并不需要照明，工厂内机器人24小时劳作。生产过程、结果都可在一个PAD上体现，关键的生产环节或是质检环节由人操控。极端一点的情况是，工业生产需要人类创造力和艺术构思的时候，人类才会参与。
生产后：用户收到冰箱。冰箱各部件的老化、可更替部件会通过面板及时提醒用户，呼叫企业上门更换。同时这些老化信息、使用信息也反馈给企业，以改进设计生产。
为加深参观者印象，海尔展台邀请每名参观客商亲手订制一份模型冰箱作为纪念品。订制冰箱大约10分钟就能组装完毕。石恒说，模型冰箱的生产线为未来智能工业提供了一个简单的缩影。在传统工业生产中，单个用户的个性化订制因不符合企业的成本收益核算而难以实现，人们只能从企业提供的有限产品中挑选。而加入人工智能、工业机器人等技术后，个性化订制生产成本会大大降低，会在未来工业生产中越来越普及。
▲ 4月1日，德国汉诺威工博会上的海尔展区COSMOPlat平台模拟演示 单宇琦 摄
从生产线到装配岛意味着什么
其实，订制生产在今天的工厂中已经能够实现，譬如马克杯上印个不同的LOGO，T恤衫上印个不同花样……但这些只是订制生产的初级阶段。
设想一下，如果要求一家汽车企业在一条生产线上每天生产几百辆汽车，每辆设计都由用户订制，发动机配置不同、车灯布局不同、车门横开竖开推拉开不同、涂装不同，以眼下的生产方式或许能够勉强满足，但生产成本是企业难以承受的、生产速度是用户难以接受的。
运用“工业4.0”时代的技术，企业将可以实现大规模订制生产。企业整个生产过程将更加柔性化、个性化、定制化。
这些设想已出现部分雏形。本次工博会上，总部位于德国的汽车零件和装配企业冠欧发动机有限公司，把设想的一个汽车装配未来样板车间搬进了展馆。新车间颠覆了20世纪初福特汽车公司创始人亨利·福特于1913年发明的工业流水生产线模式，取而代之的是“装配岛”。
车间内，几个自动化搬运机器人驮着不同的零件，有轮胎、有车门，配上不同的组装工具移向车间工人，自动调升所需工作高度，工人用运送来的电动扳手安装轮胎、车门至车体，安装好后，搬运机器人将车体运送至下一环节。
▲ 张远 摄
冠欧发动机公司首席运营官约翰·泽德介绍，流水线适合一种同质产品的大规模生产，工人做简单重复劳动，而进入“工业4.0”时代，个性化的订制车须安装不同轮胎、不同车门、使用不同零件和工具，搬运机器人去仓库分别取件输送至装配岛，这种生产模式可以顺应个性化生产的需求。
从生产线到装配岛，智能制造和大规模订制或许很快就将实现。
中国迈向未来工业
值得一提的是，今年汉诺威工博会约6500个展商中，中国展商接近1400个，数量超过五分之一，有提供领先通信技术的全球龙头企业，有为全球数十家领先企业供应可靠硬件的“隐形冠军”，也有一些是以前来学习先进理念经验为主的展会团组。
展会主办方德意志会展公司董事会主席约亨·科克勒十分看重中国团体的参与。他表示，一方面中国是先进工业技术的最大市场，中国企业是“买家”；另一方面中国又是已拥有一些先进前沿技术的“卖家”。
客观地说，中国企业有迈入“工业4.0”时代的先行者，正为未来工业贡献智慧与解决方案；也有可靠质优的硬件供应商，毕竟“工业4.0”需要传感器、控制器、螺丝、螺母；来工博会汲取养分的学习者、追随者当中，可能就有未来的行业领军者。
对中国工业所处发展阶段，工信部部长苗圩有着清醒的认识，他曾讲道：从产业阶段看，德国“工业4.0”战略是在顺序完成1.0、2.0，基本完成3.0之后提出的，是自然的串联式发展。中国制造业尚处于2.0和3.0并行发展的阶段，必须走2.0补课、3.0普及、4.0示范的并联式发展道路。因此，中国的工业现代化任务比德国更加复杂，也更艰巨。LW
“新玩具”闪亮汉诺威
汉诺威工博会上除了发布诸多“硬核”工业理念和新技术外，看得见摸得着的“新玩具”，生动展示了人工智能、工业机器人、5G通信等智能制造时代新图景。
【拟人手臂和拟鱼探测器】
德国企业费斯托（Festo）展台放置了一个与人类手臂结构相近的机械臂，拇指、食指、中指、无名指、小指俱全，手腕灵活旋转。在传感器前，展示人员做出各类手势，机械臂都能全程效仿，动作并不僵硬。
▲ 张远 摄
据介绍，这一机械臂以人类手臂为样板，采用气动操作，借助人工智能学习人类动作，未来可应用在生产的人机协作场景中，工人把机械臂拉到大致位置，由机械臂完成更高精度的放置、组装等任务。
比拟人更吸睛的是“拟鱼”。展台内，一个装有独特鳍片驱动器的机器鱼在透明管道中游动，这条机器鱼模拟鲽鱼的动作，鱼身装有感应元件，可以通过调整两侧鳍片的滑动改变方向、深度。展示人员介绍，狭窄的地下管道是机器鱼的用武之地，可以通过搭载不同的功能组件，在水下或是管道等特殊环境中发挥探测作用。
▲ 张远 摄
【用“眼神”操控设备】
工人站在操作台上用“眼神”点选操作选项，就能指引机械臂抓取物件，放置在展台上。
只要确认过“眼神”就够了——没错，这是德国软件企业SAP展示的一种操作方案。SAP的工作人员说，眼下人们在工作中一般都是用点击方式操作工业设备，而通过布置传感器设备，联结AI软件，可以捕捉人们的“眼神”，创造一种新的操作方式，将减少工作生产中80%的点击。这种“眼神”捕捉、操控装置在工业领域应用，或许是第一次出现。
数码供应链负责人说，眼神操控方式可用于特殊工业环境中。如，当不允许手指操控传递污垢和细菌时，或是人们穿戴沉重防护服用手不方便时，用眼可能是最好的选择。
【“六脚蜘蛛”高度协同】
瑞典电信企业爱立信在展台中展示了一个六脚的机械蜘蛛。播放音乐时，机械蜘蛛随着律动摇摆、跳舞。
▲ 新华社记者 单宇琦 摄
研究员胡伯特斯·蒙茨介绍，蜘蛛的每只脚可视作一个机械臂，每个机械臂3个关节，这些关节通过5G通信技术与总控制器无线互联。从控制器发射指令到6个机械臂18个关节，再由这些关节向控制器给出反馈信号，全过程大约20毫秒，全过程延迟低于5毫秒，这为机械蜘蛛的“六条腿”协同做高精度动作提供了基础。
展示人员说，未来在工业物联网中，5G通信如同一个神经系统，能够在设备和设备间实时传递信息，协同多个设备完成一个动作。在这里体现是蜘蛛跳舞，在生产环节上，则可能是一个复杂的装配动作。
刊于《瞭望》2019年第14期
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编 辑 | 喻千桓
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