【波士顿咨询】工业4.0背景下看未来生产力与制造业的发展前景
本文来源于《经济杂志》
波士顿咨询：目前，欧洲、美国和中国的公司都在大力推广和采用工业4.0技术。在未来5-10年间，工业4.0将彻底变革产品和生产系统的设计、制造、运营和服务流程。本报告指出，零部件、机器和人员之间的互联互通性日益加强，由此生产系统的速度和效率分别能提升30％和25％，同时大规模定制也将实现快速发展。
自工业革命以来，科技进步大幅推动了工业生产力的发展。蒸汽机的出现给19世纪工业革命提供了人力无法企及的物理动能。20世纪初，电力的普及让大规模制造成为可能。20世纪70年代，制造自动化技术让工业生产力大幅提升。然而，此后制造业技术的发展却放慢了脚步，与IT、移动通信和电子商务等划时代的创新相比，近30年工业技术并没有取得突破性的进展。
如今，我们终于迎来了第四波工业创新浪潮：工业4.0??以9项数字化工业技术为基础的变革（参阅图1）。在这次工业转型中，传感器、机器和IT系统将跨越单一企业在整条价值链上融合到一起。这种相互连接的系统（也称为智慧整合感控系统）通过标准的互联网协议进行互联，收集分析相关数据，预判错误，不断进行自我调整，从而适应不断变化的环境。
工业4.0包含9大支柱技术，其中很多已经应用在制造业中，但工业4.0将这些技术整合到一起，成为完整的生产流程，提升效率，进而改变供应商、制造商和消费者之间的关系，以及人与机器之间的关系（参阅图2）。
大数据分析
在制造业领域，基于海量数据的分析方兴未艾，但它已经能帮助企业优化生产质量、节省能源并改进设备服务。在工业4.0的环境下，对不同数据源（生产设备和系统以及企业和客户管理系统等）进行收集和分析将成为未来企业进行实时决策的标准配备。
自动机器人
很多行业制造商已经广泛采用机器人完成复杂的生产任务，但今天的机器人技术则变得更加强大。它们变得更加灵活且智能。最终，这些机器人之间不但可以互通互联，更可以安全地与人类一起工作，甚至从人类身上学习新的技能。这些新机器人不但在性能上远超今天的工业机器人，更大大降低了成本。
模拟技术
在工程设计领域，不少公司都采用了3D模拟技术来设计产品的结构和材料。未来，模拟技术将在工厂运营中扩展到更广的范围。人们可以用实时数据来模仿包括机器、产品和人在内的物理世界，将新产品放入虚拟的生产环境中。在进行实际生产前，公司可以对这些新产品进行测试和优化，从而减少设备装配调试的时间并提高产品质量。
水平和垂直系统整合
随着工业4.0的发展，公司、部门和职能将成为更加紧密的整体，一条横跨公司的数据网络将让价值链真正实现自动化。
工业物联网
随着物联网时代的到来，越来越多的设备，甚至包括一些半成品，都将装备嵌入式计算技术，并通过标准技术实现互联。届时，身处不同地理位置的产品设备将能进行互动和沟通，并由中央处理器集中控制。物联网将实现决策的去中心化，互联设备能进行自动分析和决策，对环境变化进行实时反应。
网络安全
随着工业4.0的到来，原先相互隔绝的设备将以统一协议相互连接，工业系统和生产线将连接成一体。届时，保护关键工业系统和生产线免受网络安全威胁的需求将大幅提高。安全可靠的网络通信以及身份辨别和接入管理系统将变得至关重要。
云计算
随着工业4.0的到来，越来越多与生产相关的任务需要更多的跨地域和跨公司的数据分享。与此同时，云技术的性能也会不断增强，使反应速度达到几毫秒。机器数据和功能将逐渐迁移到云端，越来越多的生产系统数据服务也会应运而生。未来，检测和控制生产流程的系统也会搬到云端。一些制造执行系统供应商已经开始提供云端服务解决方案。
增材制造
随着工业4.0的到来，增材制造将会广泛地应用到小批量生产定制产品上，带来诸如复杂或超轻量的设计等结构优势，高性能、去中心化的增材制造系统将降低产品的物流成本和库存。
增强现实技术
增强现实系统可以在很多方面协助工人生产，例如通过手持设备挑选仓库中的配件或发送维修指令。这些系统目前还处在实验阶段，但未来这些技术将为工人提供实时信息，帮助他们进行实时决策，改善生产流程。例如，未来工人可以装备增强现实眼镜等设备。当他们检查一台设备时，计算机就将故障原因和维修指南发送到工人的眼镜上。另一种应用是虚拟训练系统。工业4.0可以在不同的机器之间收集和分析数据，可以让生产的速度更快、灵活性更强且效率更高，从而提升产品质量并降低生产成本。它将大大提升制造业生产力，进而推动经济转型和产业发展，并改进劳动力就业结构，最终改变公司乃至国家之间的竞争格局。
工业4.0将为创新的生产制造商、系统供应商和整个地区带来巨大机遇。它也会对那些迟迟不愿行动的落后者带来威胁。随着商业模式、经济模式和技术需求的转变，我们将在公司和地区的竞争格局中迎来巨大的变革
工业4.0俱乐部为国内第一家为工业4.0和智能制造为主题的聚合共同体。秉承集聚、分享、共创、发展的理念，联合产、学、研、政等打造工业4.0产业生态联盟，为区域及企业产业升级转型提供一站式服务。
（长按二维码，关注工业4.0俱乐部）