工業4.0 全世界的機器人聯合起來

鮑勇劍

什麼是工業4.0？就是全世界智能機器聯合起來，為人類服務。這些智能機器還會聯合它們的遠親近鄰——大數據云計算、RFID感應器家族、互聯網、物聯網、情境預測分析和決策軟件等，一起形成“智能配件”、“智能設備”、“智能工廠”、“智能業鏈”的工業整合生系統。

怎樣理解這些智能子系統之間的關係？想象一下“俄羅斯套娃”，一個套一個，綿延不斷，但都遵守共同標準、有相互兼容的界面和介面。

它和今天的工業系統有什麼區別？今天的系統是無生命的機械繫統。工業4.0的系統是有生命的系統，因為它可以自我組織，包括自我配置物料，自我診斷、修復和保養。自打諾貝爾獎物理學家普利高津(IlyaPrigogine)用“自我組織”的原則去分析秩序和混沌之后，“自我組織”就成為判斷系統是否有“生命”的基本標準。福斯特(HeinzvonFoerster)和維納(NorbertWiener)用“自我組織”作為控制論(Cybernetics)的基本原則。而工業4.0的靈魂就在整合控制，虛擬信息和有形設備為一體。它的理想是，通過“信息論”、“系統論”、“控制論”，三論合一的設計，智能機器人、互聯網、物聯網、數據云結合在一起，嵌入(Embedded)到所有的物件中，形成智慧生系統。

讓生系統自動生品，它是智能機器聯合時代的烏托邦。

想象20年后的世界

2034年4月，德國漢諾威工業博覽館。

一位看似有腳疾的陌生中年人遠遠地向我的櫃檯走來。

“漢斯先生，歡迎您！三年前在上海定製的自行車還好用嗎？”十米開外，我的谷歌眼鏡已經感應到他手裏的智慧車鎖鑰匙，並且在我的眼前提示出歡迎詞。別在我西裝扣中的同聲翻譯器把我的問候用德文傳遞出去了。

漢斯看了一眼手中的車鎖鑰匙，“我需要再訂一輛，為了7月在法國的比賽。”話音剛落，扮成“星球大戰”中的R2-D2模式的智能機器人已經將漢斯定製的車型立體投射在我們之間。我手中的平板電腦顯示環法賽事的路況。結合漢斯左右腳力量差別，分析軟件建議出針對山地、平地和雨天三款備用輪胎。漢斯是我們全球百萬VIP客戶之一。他的賽車的每個部分都是智能材料，要麼有嵌入式條形碼，要麼有超微RFID感應器。漢斯點擊了他的選擇。一杯咖啡之后，中國總部已經把送貨地點確認單發到漢斯手機上。他點擊Paypal，我的支付寶也馬上收到付款。

同時，各個部件供應商通過有標準安全協議的雲端伺服器收到訂單，從自己的系統中調出對應編碼的資料，匯總到物料控制中心的軟件中。分析軟件調出漢斯授權的德國醫院腳部掃描圖，根據他有殘疾的腳型，優化腳踏板的圖紙。車間內的“物聯控制系統”CPS(Cyber-PhysicalSystems)向數控機床發出生指令。

CPS顯示中國本廠的智能機器人已經到了維修保養日期，因此排不進備用輪胎的訂單。跨國企業聯盟ERP交換系統自動識別到美國和法國兩家合作廠能夠生。智能物流端的分析軟件綜合發貨期和配貨成本，選擇了法國合作廠的備胎。根據小批量定製輪胎的數據要求，法國合作廠的3D打印設備排期打印漢斯的三條備用輪胎。有趣的是，排在前面的是打印玩具，后面的是打印航空零件。它們互不幹擾。

當天，預期的物流要求已經發送到輪船貨運和當地送貨的合作企業的雲端伺服器。車進入集裝箱之時，感應器和智慧條碼將會自動發送確認指令，通知備胎廠在法國送貨城市同步彙集。

上面看似複雜的內外生流程以可視化的界面清晰地儲存在公司有安全級別的雲端。我只要點擊，就能看到完整的模組化的虛擬生過程。這一切都發生在智能機器之間。它們根據過去20年不斷完善的分析軟件和合作模型自動組織完成上面的一切活動。

三個月后，我恰巧在法國拜訪合作企業。隨身的華為智能手機推送一條建議：今天您所在的城市有VIP交貨。他是漢斯先生，喜歡在比賽前來一顆比利時巧克力。我點擊“巧克力”，顯示200米處有著名的“伯納德”店。

一小時后，漢斯從賽地賓館出來，驚喜地從我手裏接過巧克力和停在廣場上的新賽車。他不知道，除了買巧克力，我什麼也沒做。甚至收貨的確認指令也都是在我的手機和他拿到的指紋識別車鑰匙之間悄悄完成，只聽到一聲“嘀嘀”確認音樂。

聯合起來的智能機器干了這一切。

上面流程純屬虛構。但是，它生動地體現出22年前的工業4.0理想藍圖。2012年，在德國漢諾威工業博覽會上，德國博世(RobertBoschGmbH)的戴斯(SiegfriedDais)和德國科工院(acatech)的卡格曼(H.Kagermann)報告指出，未來20年，德國應該從工業3.0邁向4.0，一個整合自動化工廠、互聯網、物聯網的工業生態系統。它能夠自我組織生。

從工業1.0到工業4.0

1784年，用蒸汽機帶動的英國紡織機代表工業1.0階段的開始。1870年，第一條電動生流水在美國投入使用，工業進入2.0。1969年，電子化和信息化開始進入工廠車間，工業進入3.0。工業3.0的成熟模式是智能機器人和自動化車間，德國西門子在安貝格的Simatic系列就是一個典型。它實現效率和靈活的統一，可以在幾分鐘內更改品和工序。系統通過數據矩陣碼掃描器和RFID晶片，採集品信息，並加載到上位中央系統，確保數據一致性。它能自動發送郵件到品控部，為技術員提供維護信息，包括裝配計劃和故障診斷的信息清單。

數字生、無人工廠、智能工程等都是邁向智能機器全球聯網、自我組織生的每一步。工業4.0仍然是德國學研界倡導的願景，但正影響全世界工業的發展。

美國辛辛那提大學的李傑教授(JayLee)用6Cs概括工業4.0的特徵：1)Connection。網絡和感應器聯繫一切；2)Cloud。按需運營的雲端數據；3)Cyber。分析、預測、情境決策模型調控；4)Content。有意義的事件信息和相關性信息(如漢斯的賽車)；5)Community。社會和工業生社區(如漢斯的備胎生合作者)；6)Customization。個性定製生(如為漢斯設計的腳踏)。

前面的三次工業革命，它們分彆強調“降低成本”、“穩定質量”、“快速反應”。工業4.0更加注重建立一個能夠自我測試、比較、分析、監控、預測、修復和保養的“自組織”工業烏托邦。它的影響已經體現在《中國製造2025》規劃報告中。尚待認真討論的是它對中國的社會影響。這將是我下一篇專欄的重點。

(作者為加拿大萊橋大學管理學院副教授，復旦大學管理學院EMBA特聘教授)