工业4.0及其对我国国防装备制造业两化融合的启示

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工业4.0及其对我国国防装备

制造业两化融合的启示

晋煜  北京市电子科技情报研究所

本文发表于《中国军转民》

由作者授权转载

【摘  要】：本文通过对德国工业4.0战略背景及其内涵的解读，指出其与我国两化融合战略在本质上高度契合；继而根据我国国防装备制造业两化融合的发展现状与不足，从工业4.0的理念出发，提出其对我国新时期国防装备制造业两化融合深度发展的若干启示。

关键词：工业4.0 ，两化融合，国防装备制造业

一、工业4.0战略背景及其内涵

国际金融危机以后,欧美等发达国家开始反思以往大规模离岸外包和制造业空心化对本国创新能力的损害和创新生态系统的破坏，意识到新经济增长必须依靠实体创新而非“去工业化”和过度金融化。在此背景下，欧美各国纷纷推出“新经济战略”和“再工业化战略”，旨在转变以往的经济增长模式，重新重视和回归以先进制造业为代表的实体经济，通过扩大和优化政府投资、加快智能制造的技术创新等，以数字制造技术和新能源技术等高新技术为依托，发展先进制造业和新兴产业，以之引领产业升级和经济发展。其中德国提出的“工业4.0”战略，在全球工业领域引起了极大关注。

“工业4.0”于2011年提出的初衷是通过物联网等新技术的应用提高德国制造业水平，它在德国被看作是继18世纪60年代至19世纪后期通过蒸汽机实现工厂机械化的“工业1.0”、19世纪后半期至20世纪初采用电力实现产品批量生产新模式的“工业2.0”、始于20世纪70年代并延续至今的电子信息技术驱动制造过程不断提高自动化程度的“工业3.0”之后的又一次工业革命。德国学术界和产业界认为，未来若干年，人类将迎来以虚拟—实体系统(Cyber-Physical System ,CPS,又译为信息物理系统)为核心，以生产高度数字化、网络化、智能化为标志的第四次工业革命。2013年“工业4.0”被有关政府部门纳入《高技术战略2020》的十大未来项目中，随后首个德国工业4.0标准化路线图问世，标志着这一战略在国家层面步入实施。德国领导人多次强调，德国想要继续保持工业强国地位，必须实现以数字化工业生产为基本内涵的“工业4.0”。目前德国正致力于设立“工业4.0”标准并积极向欧洲乃至全球推行。

德国的“工业4.0”项目的重点是“智能工厂”和“智能生产”，智能工厂重点研究智能化生产系统及过程，以及基于数据的网络化分布式生产设施的实现；智能生产主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。

“工业4.0”强调在生产要素高度灵活配置条件下大规模生产高度个性化产品，实现以物联网、大数据、3D打印等数字化技术为基础的“智能制造”，通过现代信息技术与制造业的融合、制造与服务的融合来提升复杂产品的制造能力以及制造业快速满足消费者个性化需求能力，建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式下，传统的行业界限将模糊甚至消失，产业链分工和价值链重心将被重新整合，继而催生新的业务领域和商业模式创新。

二、工业4.0与我国两化融合战略高度契合

我国“以信息化带动工业化、以工业化促进信息化”、促进工业技术和信息技术相融合的两化融合发展战略，为信息化时代我国工业的转型升级指明了方向。2011 年 4 月，我国工信部、科技部、财政部等五部委发布《关于加快推进信息化与工业化深度融合的若干意见》，工信部主持起草制定的《工业企业信息化与工业化融合评估国家标准》及《信息化与工业化融合管理体系》，将工业企业的两化融合划分为单项应用、综合集成、协同创新等几个阶段，其中协同创新阶段的目标，就是通过互联网及各项信息技术的深入应用，实现工业企业产业链的信息协同、资源协同、业务协同和市场协同，最终实现智能生产和柔性制造。

具体而言，就是在产品研发设计方面，除了应用信息技术提高设计效率，还要综合应用计算机技术、网络通信技术、控制技术、大数据、物联网和传感技术，使装备成为信息物理融合系统的一部分；在经营管理中充分运用信息技术实现企业纵向和横向集成，实现管理模式和业务流程的创新，提高经营决策的科学性；在生产制造方面实现智能制造、绿色制造，提高生产的柔性，提高信息资源的利用，向物联网、智慧企业、智慧产业迈进。

“工业4.0”在本质上仍是工业化和信息化的深度融合，被称为“德意志的两化融合”，是具备传统制造业竞争优势的德国在新技术不断涌现的信息化时代因时制宜，应对劳动力紧缺等自身问题和国际竞争挑战的一种战略，其实质是充分应用信息技术改造传统工业，实现以技术创新引领工业升级，在以先进制造业为重要表现的未来全球竞争中赢得先机。可以看出，我国和德国处于制造业的不同发展阶段，而我国两化融合战略尤其是协同创新阶段的目标，本质上是和工业4.0的内涵高度契合的。

三、我国国防装备制造业两化融合发展现状与不足

两化深度融合是促进和提高国防装备制造业“三效”(效率、效益、效果)、“三力”(生产力、创新力、竞争力)、“三降”(降低成本、降低能耗、降低物耗)的重要工具，是支撑国防装备制造业自主创新、实现“小核心、大协作”、提高资源配置效率、促进优势产业链和军民融合区域特色产业集群形成的主要手段，其发展趋势表现为集成化、协同化和服务化：

集成化——从重点支持产品设计制造向支持产品全生命周期管理发展；从进行企业内业务集成向跨地区、跨企业、跨行业甚至跨国界的全球业务集成拓展；

协同化——“小核心、大协作”和更高的资源配置效率要求通过信息协同、资源协同、业务协同和市场协同，实现跨行业协同、军民协同、产业协同、企业协同；

服务化——以公共服务平台为基础，采用一对多的服务方式，提供制造业信息化的应用服务，支持企业的业务过程、实现企业间的信息和业务集成。

近年来，随着互联网、数字化技术的快速发展，通过两化融合战略的实施和推动，与传统机械加工制造模式相比，我国国防装备制造业在产品设计、工艺规划设计与管理、零件制造、装配、产品检测、物料配送与供应链管理、售后服务等产品全生命周期的各环节都发生了革命性的改进，企业生产效率和产品质量水平得以大大提升。

以航空装备制造为例，其产品设计经历了从二维手工制图到全三维数字化产品定义，从串行设计到面向制造的并行协调设计的演进；产品协调逐步从模线——样板——标准样件的模拟量协调过渡到全三维数字量协调模式；工艺设计逐步从二维离散式手工编制向基于知识的全三维结构化自动工艺设计方向演进，工艺仿真技术的应用打破了“设计－制造－评价”和“实物验证”这一传统模式，突破了传统二维装配工艺设计需要实物验证、周期长、效率低的瓶颈，工艺、工装的有效协同确保了在设计阶段即可消除潜在的装配冲突与缺陷，确保了设计阶段的产品可制造性与可维护性，实现了真正意义上的数字化并行工程；在零件制造方面，机械加工已实现依据产品三维设计模型快速编程和仿真，部分车间建立了车间物联网，依据设备的使用情况和需求自动排产；铸造、锻造、热处理及表面处理工艺也开始进入自动控制、数字量数据传递时代；钣金成型技术由手工成型逐步向柔性多点模精确成型发展，应用仿真技术可以提前预判零件的成型工艺性，采用回弹补偿技术，降低零件返修率，缩短零件制造周期30%以上；复合材料制造从按样板手工铺叠发展到按三维模型数控下料、自动铺叠；飞机装配模式逐步从大型复杂刚性工装“一对一”手工装配模式逐步向自动化系统“一对多”柔性装配模式发展等；物料配送和供应链管理发生了根本性变化，例如标准件配送和采购逐步由“干一备三”的大批量库存、年终盘点、手工计数领用的传统模式向标准件自动拣选、按需采购、零库存或适度备货的模式转变等等。

与此同时，我们也应看到，与世界发达国家相比，我国以航空装备制造为代表的国防装备制造业的数字化、网络化、智能化程度还存在不小差距，主要表现在：

l 尚未建立起符合国防装备制造特点的、行之有效的信息化行业标准、专业标准、系统标准、认证标准；

l 国防装备制造的关键重要数字化加工设备关键零部件、核心基础部件及软件主要依赖进口；

l 信息化应用主要停留在单元技术或集成技术的初级应用，信息化孤岛现象严重，离设计制造全面集成和经营管理一体化还有很大距离；

l 公共服务平台建设尚处在初创发展阶段，难以对包括众多民口企业在内的国防装备制造体系起到有效支撑作用，需进一步培育、壮大和支持面向国防装备制造业的公共服务平台和专业化服务能力；

l 具有自主知识产权的国防装备制造业软件产品研发与产业化面临较大挑战，产品兼容性、集成性、适应性、稳定性差，尚不完全具备集成平台与综合系统的开发能力；

l 国防装备制造信息化建设总体投入力度小，具备信息、IT、科技和管理知识的综合性信息化人才匮乏。

四、工业4.0对新时期我国国防装备制造业两化深度融合的启示

工业4.0战略与我国的两化深度融合有若干相通之处，关注、认识、学习和借鉴工业4.0的理念，对破解我国国防装备制造业两化融合深入发展面临的阶段性矛盾,促进国防装备制造业转型升级与提质增效具有重要的现实意义。通过对德国工业4.0战略的分析解读，结合我国国防装备制造信息化发展现状，我们认为，目前我国国防装备制造业的两化深度融合发展，要深入研究、重点解决以下问题：

1）建立国防装备制造的信息化标准管理体系

标准是行业的通用语言，是跨越企业边界进行分工协作的基础，也是连通“信息孤岛”的桥梁和信息化成败的关键。在市场化条件下，围绕型号任务和制造项目建立国防装备制造的统一的信息化标准管理体系，制定两化融合共同基础标准，统一IT架构，是国防装备制造企业协同、行业协同乃至跨行业协同和军民融合深度发展的必然要求。在现阶段，应由国家有关部门牵头，会同产业界、学术界，尽快制定国防装备制造的信息化协同专项基础标准和管理体系标准，搭建参照架构，以引导相关企业的纳标、贯标和信息化协同工作。

2）保障国防装备制造两化融合的信息安全

国防装备制造涉及国家秘密，信息安全和保密问题是不可逾越的红线。在物联网、大数据、云计算等新技术应用环境下，在推进高端制造装备数字化、智能化、网络化，使装备成为虚拟—实体融合系统（CPS）的有机部分并有效推进协同化的同时，应强化高速互联专用网络建设，建立连接跨地区、跨行业的国防装备制造供需双方，涵盖市场需求和技术信息等的专用保密网络和数据信息传输通道，防止敏感数据信息泄露、确保关键信息安全需要。

3）突破关键核心元器件和软件工程化应用等技术瓶颈

用于数据采集的传感器件和高端数字化设备控制系统软件是国防装备制造信息化建设的重要物质基础，也是制约我国国防装备制造乃至制造业信息化创新发展的一大瓶颈，有必要加大投入，凝聚力量，在政府引导下，依靠市场机制推动官产学研用社会化大协作，争取获得技术突破，促进相关科研成果转化为现实生产力，缩短原理样机和工程化应用的周期，尽快摆脱对外依赖，实现自给自足。

4）建立国防装备制造信息化专业人才培养渠道

工业4.0的核心在于人机关系的深刻变革。我国装备制造信息化高端适用专业人才严重匮乏，已成为阻碍两化深度融合发展的障碍。应加大高技能人才队伍建设力度，建立国防装备制造信息化专业人才培养渠道，抓紧培养急需紧缺的相关专业技术人才和经济管理人才，充分发挥企业、科研院所、高校、职业院校和其他培训机构的平台作用，形成良好的创新人才培养模式，建立起校企联合培养人才的长效机制，同时加强海外高层次人才和国外智力的引进工作，尽快和国际先进模式接轨，为国防装备制造信息化发展提供人力支撑。。

5）加强国际技术合作和交流，构建跨国产业技术联盟

德国等发达国家拥有先进装备制造业产业技术和效率优势，而我国拥有较大的产品、技术市场需求和较低的人力成本，两者处于制造业发展的不同阶段，国际合作互补性较强。我国应积极拓展和强化与德国等先进国家的技术合作和交流，构建产业技术联盟，加强创新合作机制建设，设立跨国技术合作研发中心，加大基础研究和技术创新研究投入，共享研发成果，推动我国装备制造两化融合向更高阶段迈进。

参考文献：

[1]陈志文.“工业4.0”在德国：从概念走向现实[J].世界科学,2014(5):6-13.

[2]杜品圣.智能工厂——德国推进工业4.0战略的第一步（上）[J].自动化博览,2014(1):22-25

[3]宋大晓，韩龙宝，龙舟.德国工业4.0对国防科技工业信息化建设的若干启示[J].中国军转民,2015(2):66-67

[4]丁纯，李君扬.德国“工业4.0”：内容、动因与前景及其启示[J].德国研究，2014（4）:49-64

[5]郭洪杰.中国航空制造离工业4.0有多远？[N].中国航空报，2014-07-17

作者简介：

晋煜（1973.11），男，经济学硕士，北京市电子科技情报研究所高级工程师，主要研究方向：军民融合，科技创新，装备制造，产业管理