按其熱度，似乎工業4.0馬上要落地，真實的工業4.0到底距離我們還有多遠?
德國為保持在製造業的領先地位，在2013年提出工業4.0概念。有意思的是，中國製造業界和投資界對工業4.0的熱情程度超過了德國人。近一年來，國內幾乎每天都有工業4.0相關主題的演講、論壇和沙龍，業內業外都在熱烈討論工業4.0。按其熱度，似乎工業4.0馬上要落地，真實的工業4.0到底距離我們還有多遠?
2015年4月，IHS公司帶了一個製造業和投資考察團參觀了漢諾威展會，拜訪了德國的一些代表性的企業，如機器人公司KUKA、金屬3D打印公司EOS、寶馬汽車，以及一些新興的無人機企業。歐洲之行後又參加日本的Tech Frontier(一年一度的日本電子、機械零配件及材料博覽會)展會，並拜訪了日本產綜研AIST、機器人協會、日立、三菱和野村等企業和研究機構。這些企業和組織都是實現工業4.0的主體機構。
通過感觀見聞對比發現，德國和日本這兩個製造強國對工業4.0的態度，有諸多相似之處，我們對工業4.0的認識也更為清晰了，不能一提工業4.0就是C2B(消費者到企業)或者C2M(顧客對工廠)。筆者將此以隨筆的形式記錄下來。
數字工廠和人機是亮點
西門子的戰略很清晰，在漢諾威展會上的標語就是“On the way to Industrie 4.0-Driving the Digital Enterprise”——工業4.0就是要實現自動化、數字化和網絡化。
話雖如此，但德國人首要的突破口是數字化工廠，為什麼不是自動化和網絡化呢?
德國企業在生產自動化上已經達到很高水平，同樣的，日本企業的精益生產方面也有很高水平，但兩相比較，德國並不佔太大優勢。德國企業要想獲得領先，必須有新突破，而網絡化涉及的產業鏈企業太多，整合難度較大，需要很長時間。所以目前的突破口只有選在數字化工廠。西門子在本屆漢諾威工業展上還強調，做數字化工廠要注意積累專業的行業知識和服務，而每個行業、乃至每個企業，它們的行業特點和能提供的服務都有所不同，這就意味著每個行業甚至每個企業實踐工業4.0的路徑都可能會不一樣。
數字工廠既包含產品的數字化，也包含生產過程的數字化，以及全生命週期的數字化。西門子推廣工業4.0，不會忘記推銷自家現成的軟硬件產品和方案，其涵蓋從產品設計、生產規劃、工藝工程、生產執行和服務的全套數字化軟件方案，也提供了可資參考的德國安倍格市的數字化工廠樣版。
漢諾威展會分大小年，2015年是漢諾威工業展的大年，包含工業自動化和工業傳動兩部分，27個展館全部開放，要想走馬觀花地走完全部27個展館，一般人的體力很難勝任。由於工作需要，我從2010年開始幾乎每年都參觀漢諾威，基本都要走完全部27個館。很多公司每年都有固定的展臺位置，參展的展品從外觀上看沒有太多變化，連展臺的裝修和內容都和往年差不多。一方面說明工業自動化行業日趨成熟，變化不多。另外也說明對於一些基礎的標準化原件，做到精益求精就足夠了，無需大修大改。
數字工廠展館是從2012年才開始設置的，本屆漢諾威展會的數字工廠展館比往屆更大，參展廠商更多。眾多的工業軟件公司展示了自己的軟件和方案，如SAP的未來工廠方案，多家工業4.0聯盟企業也展示了模塊化生產線的概念。
除了數字工廠，機器人展館是本屆漢諾威工業展的另一大亮點。而機器人展館最火的是ABB、KUKA和Fanuc展出的協作機器人。
為了工人安全，一般工業機器人的工作區與工人隔離開，機器人像野獸一樣被關在籠子裡。同時，還安裝了很多機器安全設備，如安全繼電器、安全地毯、安全光幕、急停開關等，以防止對人身產生傷害。而本屆漢諾威展出的協作機器人可以和工人一起協同工作，無需安全護欄，顯然參展企業認為自己的機器人沒有安全隱患。
現場的KUKALBRIIWA機器人為觀眾倒啤酒，從拿杯子、開瓶、倒啤酒，動作流暢靈活，一氣呵成。KUKA的LBRIIWA機器人有七個軸，特別適用於電子、醫藥、精密儀器等行業，這些行業對柔性、靈活度和精準度要求較高。
這些機器人之所以有較好的人機協作，是因為這些機器人所有的軸都具有碰撞檢測功能和關節力矩傳感器，在它碰到人時會自動減速或停止，工人也可以輕易地推開它。在安裝工件時，它還能模仿人類的裝配動作，它可以像人類一樣用鑰匙開門，它將鑰匙插入鑰匙孔一樣，上下左右轉動，感覺反饋回來的力矩，找到合適的角度進行裝配。加之機器人具有較輕的機身，動作都較為溫和，對人不易產生傷害。
德國機器人公司KUKA將今年的創新大獎頒給了ReTeLINK機器人，這是由意大利的研究團隊主導的項目，在LBRIIWA機器人和一個外骨骼機器手臂間通過位置傳感器等多種傳感器建立通訊連接，人穿上外骨骼機器手臂後，就可以通過機器手臂的運動指揮IIWA做出相應的運動。由於是雙向控制，反過來也可以由LBRIIWA指揮外骨骼機器手臂運動，這樣病人或者行動不便的人戴上外骨骼手臂之後，就可以在IIWA的指揮協調下進行康復訓練。
ABB也用很大的展臺展示其協作機器人YUMI，這是一臺雙臂機器人，每個手臂有7軸，行加靈活，工作範圍大，敏捷且精確自主。YUMI裝備了很多機器視覺產品和傳感器，能自己觸摸到小型零部件後通過傳感器來感知並完成相應動作，並且保證一定的操作精度(準確到0.02毫米)，相當於人手能感覺到的最小縫隙。這樣的能力使得YuMi能夠輕鬆組裝各種小件，比較適合手機、平板電腦以及臺式電腦零件的裝配與生產操作。
根據IHS公司的研究報告，目前工業機器人85%以上的應用都在汽車相關行業，而汽車行業已經成熟，未來機器人的應用增長空間有限。目前ABB和KUKA大力推廣協作機器人是將目光投向了潛力更大的3C製造，該行業需要應用更多的協作機器人。
很多日本機器人廠商也在漢諾威參展，包括Fanuc、Yaskawa、SanyoDenso等。相比於ABB和KUKA大張旗鼓地推廣協作機器人，Fanuc展出的協作機器人相當低調，在一個小小的展臺展出，Fanuc的機器人一般都是黃色的，而這臺Fanuc的協作機器人卻是綠色的，以示區別。
除了人機協作，還有M2M(MachinetoMachine)協作，通過機器人之間的通信，自我組織自動化生產，這樣可以獲得更高的效率。我們還在展會上看到4架無人機共同協作，它們拖了網兜去接拋過來的球，這種機器之間的協作，某種程度上擁有了連接的智能。
一般工業機器人屬於工業3.0時代的自動化產品，它們僅僅實現了自動化。機器人只有實現了既能按既定程序去執行，還能與人、材料，以及其他設備產生交互，才能叫作智能機器人。機器人協作會有多種外部通信端口與外界通信，與人類協作，實現柔性化生產和數字化生產。
在漢諾威工業展上，德國Fraunhofer研究院有一個巨大的展臺，展出了Fraunhofer正在研究的各種應用研究產品和方案。Fraunhofer研究院規模很大，有80多個研究院，近15000名科研人員，總部在慕尼黑，是德國也是歐洲最大的應用科學研究機構，每年為3000多企業客戶完成約10000項科研開發項目，從大型跨國公司到中小型公司都有合作。年科研經費逾10億歐元，其中2/3來自企業和公共科研委託項目，另外1/3來自聯邦和各州政府。
通過與Fraunhofer專家溝通後獲知，德國科研系統中，公共大學與公立研究機構主要從事基礎研究，而私立的企業研究院從事應用研究。但是Fraunhofer這樣的應用型研究機構則是基礎研究和企業創新之間的重要橋樑。Fraunhofer聯盟對中小企業創新支持項目的實施，為產學研合作研究提供重要的公共平臺。在德國，研究人員也要發論文，但是他們更加註重應用型的科研，需要既有戰略前瞻又能與企業需求對接的應用技術。
數字化有深挖的空間
之後的日本之行拜訪了應用技術研究機構——日本產業技術綜合研究所ASIT(以下稱產綜研)，它是日本最大、最具代表性的國立研究所，與Fraunhofer研究院非常類似。產綜研下屬的研究機構也非常多，遍佈日本，在東京，大阪，筑波等很多地方有分支機構。它共有5個大部門(能源&環境、生命&生物科學、信息科學、材料&化學、電子&製造、地質調查、計量標準)，2箇中心，10個研究基地，近3000多名研究員。
日本的研究所主要包括國立和公立的研究所(產業綜合技術研究所和理化學研究所是典型代表)、特殊法人研究所及財團法人和社團法人和民間企業研究所等。在2000年前後，日本政府將原來隸屬於多個省廳的研究所調整為獨立法人機構，研究所所長由政府直接任命，所有人員都為聘用人員，實行獨立法人制度，在賦予大學和科研單位更大的行政權力的同時，這些獨立法人也需要做好盈虧預算，運營績效也要被考核，並以此推動了人員的流動和重組，充分發揮出科研的效益。日本科研力量的主體來自於企業，每年企業研發經費的投入佔日本R&D(全社會研究與試驗發展)經費的80%左右，其中絕大部分來自於大型企業。
在訪問日本產綜研的時候，第一次聽到了“本格研究”這個詞彙，是指從基礎研究到產品市場化的無縫擴展，通過基礎研究得到的成果進行梳理、集成、融合、疊加和交叉後，應用到不同領域，開發出適合企業運作的系統技術和應用，消除基礎研究和應用研究的隔閡，在這一點上德國的Fraunhofer和日本的ASIT都做得不錯，搞科研並不只是發論文。
產綜研數字人體研究中心的持丸正明教授熱情接待了我，持丸教授將他做的研究做了簡單的講解，人是工業系統和產品中非常重要的元素。譬如汽車的功能是運輸人或物，同時汽車也是由人來操控，正常行駛的汽車就是一個機器與人組成的系統。人類對汽車的零配件的形狀、材料、功能已經有了深入認識，甚至早已為汽車建立了數字化模型。但這個人機系統中，我們瞭解最少的卻是人，對於複雜的人在這個人機系統中的作用我們還沒有太多認識，人成為這個系統中最薄弱的一環。
持丸教授要做的事情就是對人體的數字化，為人建立數字化模型，之後基於這個模型的描述，分析、仿真甚至預測人體的功能和行為。
原來為人建模的方法是在人體表面放置標識，通過為這些標識建模來構建整個人體模型。持丸教授的新方法不用標識，直接通過捕捉人體的視頻圖像、關節運動角度和相對位置來建立完整的人體數字模型。目前持丸教授的人體數字模型已經開始應用到了日本汽車廠的汽車碰撞測試，消費類公司的運動鞋設計、遊戲公司遊戲設計、外骨骼機器人、醫療康復機器人等服務機器人設計以及虛擬現實的應用中。
持丸教授將人體數字化分為三個維度，第一個維度是精確的計量人體，包括物理尺寸、運動捕捉、形狀測量、面部表情分析、運動干涉等。另一個是虛擬真實世界的人際交流時，人類的肢體語言和麵部表情。所以第二個維度是進行數字化建模。最後，虛擬人類也需要通過數字化模型向真實世界表達信息，不管是通過語音、圖像、肢體還是面部表情，都需要建模，這就是人體數字化第三個維度。
狹義的工業4.0主要在生產系統，它的三大集成包含了生產過程的自動化、數字化和網絡化，而廣義的工業4.0包含了整個生態系統的數字化和網絡化，這個系統的外延擴展到物聯網和服務網。工業4.0和工業互聯網一直在強調物聯網、M2M和人機協作，持丸教授的人體數字化的研究其實是將人這個重要元素融入工業4.0打開了一扇窗戶。
德日大多數企業的態度
德國前十大貿易伙伴，除了美國和中國外，其他全是歐洲國家，中國和美國加起來也只佔了15%。相比較歐盟成員國和非成員國之間的貿易，歐盟成員國之間的交易有更多優惠條件。從2002年到2012年十年間，德國是歐盟經濟一體化最大的收益者，同時也是最大的貢獻者。而日本的主要出口貿易夥伴集中在亞太區域，同樣也說明區域經濟對國家出口的影響巨大。
除了區域經濟一體化，德國和日本兩個國家競爭多於合作，因為日本只是德國第17大出口目的地，而德國只是日本第8大出口目的地，而且佔比只有2.7%。
具體到製造業行業，日本和德國在汽車、化工、基礎材料、鋼鐵等行業全面競爭;在機械設備上，德國和日本的數控機床、包裝機械、注塑機、機器人、建築機械、食品機械直接競爭;在自動化產品上更是全面競爭，包括PLC(可編程序控制器)，變頻、電機、伺服、減速機等產品;從半導體來看，在功率元器件和控制芯片上面競爭也比較大。
日本製造業界對德國工業4.0概念比較冷靜，目前只是研究而已，並沒有像中國一樣大勢渲染。日本雖然有自己的工業4.1J，但這個是個民間組織，影響力並不大。
德國的大型企業、軟件公司、大學和研究所提工業4.0更多一些，中小企業特別是一些基礎自動化原件廠商對工業4.0還處在學習探索的階段。在斯圖加特Sudtec和柏林CWIEME展會的論壇現場，當Fraunhofer，Smartfactory協會和ZVEI電氣電子協會的專家講工業4.0時，偌大的會場聽者寥寥，但講行業和具體產品的專家演講時，論壇現場瞬間滿場。對於做配套元器件的中小公司，可能對大的工業4.0概念不太感興趣，而更關注自身的產品銷售和行業市場。
德國中小企業(Germany Mittelstand)在各個工業領域都比較活躍，超過99%的德國公司屬於中小型企業，很多德國的中小企業都是家族擁有或運營，這些企業的目標是做百年老店。它們行事謹慎，很少借貸，以求代代相傳。德國同行之間在價格方面並不搞惡性競爭，他們或者在細分行業上構築自己的競爭優勢，或者在質量和產品創新上競爭。
標準化和模塊化是工業4.0的重要概念，對於這些只做配套元器件的中小企業，是工業4.0的標準化產品或模塊產品供應商，比較好的策略是專心做好自家產品，跟蹤工業4.0的發展，在適當的時候融入到工業4.0的大體系中來。所以，對於工業4.0概念大多數德企略顯謹慎。
日本企業生態模式中，大型企業或母公司扮演了帶頭大哥的角色，子企業或孫企業跟隨大企業做配套。公司和銀行集團關係緊密，通過複雜的交叉持股聯繫在一起;由於銀行和其他工商企業關係密切，公司管理者受到保護，從而使之能夠不受股東影響而可以進行長線投資。大型企業和中小型企業形成了緊密的企業群體結構，日本小型企業以供應大型企業為主，依賴幾家大客戶，這樣以來日本小廠商在創新方面很難產生自己的想法。
通過交流，我們發現，德日兩國企業對工業4.0的熱情明顯不及中國企業，它們的著眼點還是聚焦於自身傳統競爭力的提高。不過，中國人的熱烈討論並非多餘，正因為有了這些討論和爭論，工業4.0的概念漸漸豐滿起來，甚至反過來完善了德國的工業4.0的理論體系和實踐案例。譬如青島紅領C2M模式和青島海爾的倒金字塔模式就引起了德國人的高度關注。中國一些大型企業，比如流程製造型企業寶鋼，離散製造型企業華為等公司甚至在工業4.0概念提出之前就已經開始了智能製造的實踐。
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