首发 | 独家专访李杰教授：工业大数据与工业4.0时代的价值创造（一）
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【采访嘉宾简介】：李杰（Jay Lee）
美国辛辛那提大学讲座教授，美国国家科学基金会(NSF)智能维护系统（IMS）产学合作中心主任，曾撰写《工业大数据：工业4.0时代的工业转型与价值创造》一书。
李杰教授从2013年起担任美国白宫信息物理系统（CPS）专家组顾问，上海交通大学特聘讲座教授与先进产业技术研究院前瞻顾问。
工业4.0是什么？为何是工业4.0？
专访记者刘成军（以下简称专访记者）：您好，李教授，欢迎接受我的访问。首先恭喜您出了第一本著作《工业大数据》，在国内有很多读者，曾一段时间位列榜首。今天的对话就围绕本书的核心理论展开，同时给国内关注工业4.0的朋友释疑答惑。在正式开始对话前，请您先介绍下您的工作经历和研究领域。
李杰：我在1983-1991年先后在工业自动化与机器人领域工作。1991-1997在美国自然科学基金会（NSF）担任先进材料及制造系统、产学研合作项目、工程研发中心等多个部门的主管，在NSF期间曾经资助了包括增材制造（3D打印）与纳米制造等多个项目，1995年被派往日本通产省担任交换官员指导日本企业的创新转型。
1998年到美国联合技术公司United TechnologiesResearch Center（UTRC） 担任研发部门和制造部门的总监，主持了普惠发动机、奥迪斯电梯、绿色工厂等新一代产品和项目的研发。
2000年开始到大学当教授，创办了美国自然科学基金会智能维护系统中心（IMS），主要从事工业数据大分析、故障预测与健康管理、预测型制造、和Cyber-Physical System 的研究。
专访记者：是不是可以将“工业4.0”与第四次工业革命直接化等号？在您看来，“工业4.0”的“革命性”体现在哪些方面？它具有哪些核心特征？
李杰：首先，在新书中并没有将工业4.0与第四次工业革命化等号，工业4.0只是第四次工业革命在制造业方面转型的一个方式。第四次工业革命尚未发生但是我们可以定一方向做战略上转型。基本上工业4.0是一理想世界好比世界和平是我们努力的実现方向。但挑战是如何克服不可见世界的问题。我们要的话的是生产力、生产关系、生产技术、商业模式、和创新模式等方面的深刻变革，核心是整个工业系统迈向全面智能化的革命性转变。
工业4.0针对的是制造系统的变革，而第四次工业革命不仅仅关注如何更好地制造一个产品，更在于如何使用好一个产品、如何满足所有人多样的需求、如何利用产品产生的集群和社区创造更好的服务、和如何使产品在全生命周期内创造更多的价值。
如果我们讲的是制造系统，那么工业4.0的革命性在于：不再以制造端的生产力需求为起点，而是将用户端价值作为整个产业链的出发点，改变以往的工业价值链从生产端向消费端、上游向下游推动的模式，而是从客户端的价值需求出发提供客制化的产品和服务，并以此作为整个产业链的共同目标使整个产业链的各个环节实现协同优化，本质是工业视角的转变。
工业4.0的概念有三个支撑点：一是制造本身的价值化，不仅仅是做好一个产品，还要把产品生产过程做到浪费最少、实现制造过程与设计和客户需求相配合；二是制造过程中根据加工产品和状况的改变自动进行调整，在原有自动化的基础上实现“自省 (Self-Aware)”的能力；三是在整个制造过程中达到零故障、零忧虑、零意外、零污染，这就是制造系统的最高境界。
专访记者：工业4.0体现的是技术突破和生产力的跨越式发展，而这种发展着力解决的问题包括哪些方面？将在哪些方面产生革命性变化？
李杰：工业4.0所要解决的问题主要包括以下几个：
第一个是让制造系统更加敏捷和柔性，能够满足用户的客制化要求。
第二个是更加智能，能够与工人更好地配合，分担一部分思考和决策的工作，尽可能少地犯错。第三个是更加协同，实现工厂内各个部门，制造过程的各个环节，以及自身与上下游相互协同，实现更优的资源利用。第四个是更加绿色，更少地消耗能源和资源，达到近于零的派发。
最后，也是最重要的一方面，就是更加透明，使原本不可见的设备衰退、质量风险、资源浪费等问题变得可见，通过预测性的手段加以避免，实现无忧（worry-free) 的生产环境。
专访记者：书中讲到“现在我们分析第四次工业革命已经不再是未雨绸缪，因为这场新的革命已然拉开序幕，甚至已经开始切实地影响你我的生活。”您认为工业4.0能够得以快速向前推进的驱动力是什么？
李杰：这里的驱动力主要有两个方面，一方面是内在需求的驱动要素，另一方面是外在技术的驱动要素。
内在需求的驱动是最根本的要素，第一次工业革命实现了机械化，在很大程度上解放了人力。第二次工业革命实现了规模化和标准化，使得生产效率和生产成本得到了极大的改善，使普通老百姓也能够获得工业产品带来的便利。第三次工业革命实现了自动化，不仅仅使生产效率进一步提升，产品的质量也得到了质的改善。在不断刷新更好、更快、更低成本的期待的同时，人们又希望更加智能、更加透明、更加便利，于是就开始了第四次工业革命。
另一方面是技术红利积累到了一定的程度。经过了过去几十年的积累，计算机技术、传感器技术、驱动器技术、互联网等技术飞速发展，这些技术都是第四次工业革命的基础。很多创新的想法过去并非没有想到过，而是基础技术还不成熟，现在大家看到第四次工业革命仿佛是‘忽如一夜春风来’，但其实很早就已经开始了技术积累。比如3D打印，国内最近两年才开始关注，但是这是我在担任NSF项目主管时资助的项目，在美国已经研究了二十多年了。
专访记者：第一次工业革命是以蒸汽机为标志的，1765年首先在珍妮纺纱机实现应用，继而瓦特改良的蒸汽机大规模使用带来相关产业的联动和发展。第二次和第三次依然具有相似的特征。如果我们从这个角度去定义，第四次工业革命的核心是CPS（Cyber-Physical System），您预测它会在哪个行业或产业大规模应用，发挥带动效应？
李杰：与蒸汽机、生产线、计算机不同，CPS并不是一个单一的技术产品，而是一个技术体系，有着丰富的变化性，所以几乎可以利用在每一个行业。例如德国提出的工业4.0，核心就是CPS在制造系统中的应用（又称，Cyber-Physical Production System），现在看来在制造系统中的使用更加迫切。CPS也有在其他行业的应用，例如GE的飞机发动机管理，利用飞机在飞行时发动机产生的数据判断每一台发动机的状态，然后自动进行运维排程的优化和各个机场维护资源的调配。
专访记者：Cyber-Physical System（CPS），由美国NSF（美国国家科学基金会）于2006年提出，它是通过网络虚拟端的数据分析、建模和控制对实体活动内容的深度对称性管理。目前美国和德国对于CPS核心技术发展方面，有不同的侧重吗？各自最新进展到什么程度了？
李杰： 美国与德国在CPS的技术发展上面最大的区别是应用对象和目标的不同，德国更倾向于将CPS应用在制造系统中，所提出的智能设备主要是制造设备，仍然是以设备为主软件为辅，因此德国的CPS更合理的名称应该是Cyber-Physical Production System(CPPC)。
相比之下，美国的CPS的定义和应用更加广泛，主要侧重于智能产品与智能服务。是以智能硬件搭配SmartICT为主的，这与美国领先的芯片及软件技术密不可分。比如GE提出的工业互联网，面向的对象包括航空、能源、医疗设备、交通、制造等多个领域，在CPS的应用上更加突出集群和社区的理念，是更加广泛的CPS。或者说，德国的CPS主要在于生产端，而美国的CPS则侧重于使用端，以面向用户创造价值为核心目的。
专访记者：国内对工业4.0的热潮有几种观点，其中有一种叫“阴谋论”和“阳谋论”，就是德国在全球大力倡导的工业4.0的主要目的就是发挥其原有核心优势发展成智能装备供应商，大批量向中国售卖智能设备。而国内制造产业确实急迫需要转型升级，表面上看这确实是“一个坑”。您如何回应这种观点？中国如何发展走出自己的智能装备供应商的道路？
李杰：德国是一个工业产品外向型的国家，由于国内市场较小和自身需求的薄弱，其工业产品几乎全部用于出口，然而从2006-2011年德国的工业出口总值上来看，这5年几乎没有任何的增长，也从一定程度上影响了德国的发展。所以德国从2012年开始在全球推广工业4.0，核心目标是为了刺激工业出口，为德国经济制造新的增长点。出了努力向新兴国家出售智能设备以外，德国也改变了以往只卖设备而服务性收入不足的模式，除了卖制造装备外，还努力卖工厂管理软件和服务，增强持续盈利的能力。
中国的装备制造能力虽然还比较薄弱，但是中国有一个得天独厚的优势，那就是有全世界最大的装备使用数据，这些数据当中有许多珍贵的经验，只是过去我们从来不去挖掘。制造设备虽然是德国人生产的，但是我们要更懂得如何使用，如果我们的工厂虽然用的是德国人的设备，但是中国企业通过对使用数据的分析能够比德国的工厂更加高效、高质量、低成本、和低污染，那么德国人就要向中国学习如何使用设备去创造价值。
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