从工业4.0与工业互联网中，看德美两国“智能”的不同

　　当今的世界不太平，这边，法国刚刚遭受IS恐怖分子的袭击，还未发起打击。那边，又因土耳其击落俄罗斯战机，俄土两国剑拔弩张。

　　其实，还有一场对全球格局影响更为深远、不见硝烟的战争，那就是以中德美三国为主的智能制造的鏖战。

　　1 中德美三国智能制造大战中的共同点

　　为“确保德国制造业的未来”， 2013年4月，德国祭出“工业4.0”利剑，希望改变以往的“集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变”，“将制造业向智能化转型”。

　　2014年4月，为响应美国政府“在工业化战略”，GE、IBM、思科、英特尔等制造业与IT巨头纷纷抱团成立了工业互联网联盟(IIC)，成群结队地”“回归制造业”，企图通过新的技术、标准、商业模式重新定义制造业。

　　为实现中华民族的伟大复兴，完成中国制造由大到强的战略转变，2015年5月，《中国制造2025》横空出世，“以推进智能制造为主攻方向”， 象一支利箭精准地射向智能制造这个靶心。

　　其他国家，如英国、法国、俄罗斯、日本、韩国、印度等国家也不甘寂寞，纷纷制订了类似的国家战略。尽管名称不同，侧重点不同，但这些国家战略的雄心、战略的目标，是“司马昭之心，路人皆知”，那就是在本次智能制造革命进程中，占得先机、力拔头筹。

　　另外，需要说明一下，尽管工业互联网不是美国国家战略，由于汇聚了美国顶尖的制造业、IT公司，很多人把它作为美国智能制造的代表进行研究也是有一定道理的。

　　图1 中美德三国智能制造战略示意图

　　从战略手段上看，在中德美三国为主的这场智能制造“世界大战”中，虽然表述方式不同，但三国的杀手锏却是相同的。德国说：“通过充分利用信息通讯技术和网络物理系统等手段，将制造业向智能化转型。”，美国说“打破技术壁垒，通过促进物理世界和数字世界的融合”，中国则是”以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线”，换成技术语言就是均为CPS(赛博物理系统)为核心的智能制造。

　　从战略的落脚点上看，生产设备是实现智能制造的共同载体。

　　德国人认为，CPS系统是德国工业4.0的核心，CPS体现“在制造业领域，CPS系统包括智能机器、存储系统和生产设施，能够相互独立地自动交换信息、触发动作和控制。CPS将推动生产对象直接或借助互联网通过M2M(Machine to Machine，机器对机器)通信自主实现信息交换、运转和互相操控。”,在三大集成(纵向集成、端对端集成、横向集成)中，纵向集成是工业实现工业4.0的基础。并在纵向集成的示意图上，德国人更是不遗余力地将机床布满了几乎整个画面，突出了机床等生产设备及设备之间互联互通、信息系统与设备之间的深度集成。

　　作为美国工业互联网联盟的发起单位，通用电气(GE)在工业互联网(Industrial Internet)概念中，更是明确了“希望通过生产设备与IT相融合，目标是通过高性能设备、低成本传感器、互联网、大数据收集及分析技术等的组合，大幅提高现有产业的效率并创造新产业。”GE更是直接将生产设备放到主体的位置。

　　《中国制造2025》中强调指出。“在重点领域试点建设智能工厂/数字化车间，加快人机智能交互、工业机器人、智能物流管理、增材制造等技术和装备在生产过程中的应用，促进制造工艺的仿真优化、数字化控制、状态信息实时监测和自适应控制。”，生产设备的数字化控制、实时监测、自适应控制，也与德美“异曲同工”。

　　因此，如何实现生产设备的数字化、网络化、智能化，是实现本次智能制造革命的关键一环。

　　2 德美两国的智能制造又有不同

　　以上讲了德美中三国战略的相同点，其实，相同点有很多，不同点也不少，这里给大家说两条不同点。

　　首先，是实施范围的重点不同。德国除了通过端对端、横向集成实现社会化协作生产以外，重点关注“智能工厂”的“智能生产”，而GE工业互联网是以航空发动机为代表的智能维护、智能服务为主。

　　其次，技术的重点也有不同。虽然在中文上都是“智能制造”，但英文的原文使用上，美国GE和德国还是不同的。

　　图2 GE工业互联网应用示意图

　　从图上，我们可以看到，“智能”这个词，GE用的是Intelligent。图中的三个智能分别是智能装置、智能系统、智能决策。

　　图3 德国工业和智能工厂是物联网、服务联网的一部分

　　在工业4.0白皮书中，德国人一直用Smart Factory和Smart Manufacturing来表述智能工厂和智能制造，德国的“智能”用的是Smart。

　　美国人用Intelligent，德国人用Smart，这是一个比较大的区别，尽管翻译成中文都可以翻译为“智能”。

　　为准确理解这两个词的区别，我们看一下英汉字典是怎么说的。

　　词典上说，Intelligent是“聪明的、理解力强的、有智力的，常用为计算机术语，即为智能的”。比如智能化汽车、智能网络、智能仪表等均为Intelligent。很明显，Intelligent是一个计算机方面很常用的术语，主要表示物理系统的智能化。

图4 GE工业互联网的关键要素(智能机器、高级分析、工作人员)

　　为进一步理解GE所说的Intelligent的含义，我们再看GE对“智能机器”的定义：通过先进的传感器、控制器和软件应用程序将现实世界中的机器、设施、生产线和网络连接起来。

　　我们再看百度百科中对智能制造的解释。智能制造(Intelligent Manufacturing，IM)是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。

　　很明显，我们通常说的智能制造与GE的定义，具有很大的类似性，重点强调的是CPS中的P(Physical，物理的)机器等物理对象的智能化，以及C(Cyber, 网络的、计算机的)分析、推理、判断、决策等的信息系统的智能化，并实现物理世界与赛博世界相互作用而达到目标。

　　我们再查一下德国人用的Smart，中文的意思就是“聪明的、巧妙的、敏捷的”，似乎与我们想象中的“智能”有所出入。

　　为深入理解德国人为什么选择这个单词，我们先回顾一下德国人为什么要实施工业4.0战略，他们要解决什么问题，并且是通过什么手段来实现的。

　　在笔者以前写的《工业4.0系列谈》文章里，曾详细地指出：德国在国家人力匮乏、老龄化严重、中小企业居多等不利条件下，以及基于世界领先的制造业、工业软件，以及高素质劳动者、企业高协同化、高度工业文明的基础上，扬长补短，有针对性地制订的国家战略。

　　简单地讲，工业4.0的战略目标就是“确保德国制造业的未来”。

　　工业4.0战略的手段就是1个核心——CPS赛博物理系统，通过信息系统与智能机器、存储系统和生产设施，将虚实两世界融合起来，在2个主题(智能工厂与智能生产)进行重点研究与应用，并通过3项集成(纵向集成、端对端集成、横向集成)，实现企业内、企业间、生态圈的集成，从而达到高度自动化、高度数字化(以CPS为核心)、高度网络化(3项集成)的高效的、智能化、个性化、社会化的生产与服务模式。

图5 德国工业4.0战略布局图

　　对德国人而言，高效、智能、个性化、社会化等特点是他们重点关注的，而要实现这些目标，就要充分利用德国领先的嵌入式等技术，使得整个智能制造系统具有灵活的、巧妙的、敏捷的、聪明的特点，通过P+C，实现物理世界与赛博世界的深度融合、构成有机的系统S(System)而达到预期目标。因此，从这个意义上说，德国人并没有完全单独强调C或者P, 而是要看整体的功能，即CPS，也就是中国说的工业化与信息化的深度融合。

　　当然，一个CPS不一定能完成所有任务，在企业内需要多个系统，在企业间更是需要加上端对端、横向等集成，实现多系统的协同，虽然CPS概念来源于美国，但德国人改为了Cyber-Physical-Systems，因此，CPS又被称为系统的系统，后面加上了S，表示多个系统，体现了德国人突出整体系统的功能，强调多系统之间的协同合作。

图6 德国四次工业革命的划分(将工业4.0定位为基于Cyber-Physical-Systems的工业革命)

　　这样，我们就很容易理解德国人为什么用Smart这个单词了。为满足客户个性化生产需要，通过社会化协作，高效化、智能化、敏捷化、灵活化、聪明化的系统及多系统的协作运转来实现目标。

　　一句话，德国人是务实的，他们看重的是整体效果，并非单纯地强调硬件的智能、软件的智能。因此，从这个意义上讲，他们用Smart是非常准确的，叫Cyber-Physical-Systems(加S，表示多个系统)是非常到位的。

　　德国人的战略是务实的，美国人的战略更是很精准的。

　　GE在工业互联网定义中，重点提到：“通过高性能设备、低成本传感器、互联网、大数据收集及分析技术等的组合，大幅提高现有产业的效率并创造新产业。”，我们再思考一下，美国人为什么提“高性能设备、低成本传感器”等字样?

　　我们知道，GE工业互联网现在最成功的应用是航空发动机的数据采集、分析、预测、决策等，也只有“低成本的传感器”才能大量应用，才能得到大量数据，大数据分析才有意义，在高性能设备上(如航空发动机、也是高价值的产品)，大量使用低成本传感器、大量采集数据、大数据分析与智能的决策分析，这都是美国人所擅长的，也是非常有价值的。

　　同样是智能制造，尽管用词不同，但都反映了德国与美国在这两个战略上的务实与精准。

　　3德美两国的智能制造战略给我们的启发

　　现在，国内企业对以工业4.0为代表的智能制造非常认可，很多企业已经制订了一些相应的战略措施。

　　但当前正处于”三期交叠”(即经济增速换挡期、结构调整阵痛期、前期刺激政策消化期)这个特殊的困难期，制造业面临着很大的经济下行压力，如何借鉴德美两国的“扬长补短”、“务实、精准”的原则，制订出适合自己企业的智能制造战略是非常重要的。

　　首先，我们必须要分析清楚我们的短处是什么?长处又是什么?只有这样，我们才能有针对性地发挥自身长处，弥补自身不足，制订”扬长补短“的战略。

　　很明显，我们的自动化、数字化、网络化、智能化等方面均落后于德国与美国等工业发达国家。我们还处在“2.0补课、3.0普及、4.0示范”的多进程并行发展的复杂阶段。同时，我们也不能简单地认为“2.0补课、3.0普及”就是买些高档数控设备，来个”机器换人“就可以的。还应该清醒的意识到，在2.0、3.0两个阶段100多年的历史中，德美等发达国家所沉淀下来的“人”的优势：高素质的劳动者、科学的企业管理、成熟的社会化协作等等，这些软的方面，恰恰也是我们的短板，是我们必须也要“补课”、也要“普及”的。

　　为此，兰光创新在国内首次提出了“CPPS人机网三元战略”，CPPS是Cyber-Person-Physical Systems的缩写，Person指的是劳动者及其技能、素养、精神、组织、管理等。CPPS体现了以人为本，人与赛博、物理虚实两世界的融合、迭代发展，构建以赛博智能为目的的人机网三元战略。

　　图7 中国特色的CPPS人机网三元战略

　　CPPS三元战略中的“机”与“网”是比较好理解的，机就是指机床、设备、设施等物理世界。网就是指数字、信息、网络、计算机为代表的赛博世界，两者的融合就是CPS赛博物理系统。

　　CPPS三元战略中的“人”，包括三层含义：个体的人、组织的人、社会的人。

　　个体的人，包括对张三李四等具体员工的培养、培训、主人公精神等企业文化的建设，让员工高技能、高责任心、高主动性地工作;

　　组织的人，从企业层面，对生产流程进行优化，对人力资源与工作进行合理组织、科学管理、继续发挥规模生产的优势，也就是企业管理角度;

　　社会的人，是说从社会或者说国家层面，可从多维度进行提升，比如要加大对每年数以千万计的中学毕业生的技能教育，像德国一样，将这些人一部分培养成高素质的蓝领领导者。高校要加大对大学生的技能、技术培养，每年700万的毕业生，是中国制造业国际竞争的一大优势。加大对知识产权的保护，鼓励创新。宣传契约精神，劳资双方不能随意毁约，造成社会生产能力、知识的中断和流失。继续加大体制、机制的改革，从生产关系层面释放改革红利等等。

　　特别是通过技术手段提升企业管理水平，可以说是当前环境下的一种投资少、见效快，适合绝大部分企业的战略措施。作为国内领先的智能工厂解决方案供应商，北京兰光创新科技有限公司在这方面有切身的体会。公司已经为军工、机械制造等500家企业、2万台多数控设备实施了设备联网/数据采集(DNC/MDC)以及MES等系统，系统实施前，大部分企业的机床利用率徘徊在30%之间，与欧美发达国家企业的70-80%相差是非常大的，但通过实施这些系统后，机床利用率就很容易地提升到50%，从中可以看出，企业在管理这方面的可挖潜力是非常大的。

　　因此，制造企业在制订智能制造落地战略时，一定要充分发挥”扬长补短“、”务实有效“的原则，不仅要在先进技术、设备上有所突破，更应该充分发挥人力资源相对充沛的优势，充分挖掘人的价值与潜力，才能确保在自己企业中的成功落地!