工業(yè)4.0 氣動(dòng)行業(yè)不能錯(cuò)過的時(shí)代

“工業(yè)4.0的到來，是氣動(dòng)產(chǎn)業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級(jí)的機(jī)遇。對(duì)于中國氣動(dòng)產(chǎn)業(yè)同仁而言，錯(cuò)過這一次工業(yè)4.0，等于錯(cuò)過這個(gè)時(shí)代！”這是費(fèi)斯托（中國）有限公司前任副總經(jīng)理、中國液壓氣動(dòng)密封件工業(yè)協(xié)會(huì)專家委員會(huì)委員、特別顧問、氣動(dòng)技術(shù)資深專家王雄耀的肺腑之言。

為了在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機(jī)，在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)、西門子公司等德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動(dòng)下，“工業(yè)4.0”項(xiàng)目在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上被正式推出。其實(shí)，這一研究項(xiàng)目是2010年7月德國政府《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來項(xiàng)目之一——“旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新”的課題發(fā)展而提出的。2015年，在德國漢諾威消費(fèi)電子、信息及通信博覽（CeBIT）上，德國正式發(fā)布了國家層面的工業(yè)4.0頂層框架，構(gòu)建了從戰(zhàn)略、標(biāo)準(zhǔn)、研發(fā)和安全的實(shí)體架構(gòu)（見圖1）。

圖1 德國工業(yè)4.0實(shí)體架構(gòu)

德國科學(xué)委員會(huì)建立的工業(yè)4.0平臺(tái)，是由德國信息技術(shù)、通信、新媒體協(xié)會(huì)（BITKOM），德國電氣和電子制造協(xié)會(huì)（ZVEI），德國機(jī)械設(shè)備聯(lián)合制造協(xié)會(huì)（VDMA），弗朗霍夫研究院生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)計(jì)技術(shù)研究所三個(gè)協(xié)會(huì)和一個(gè)研究所共同推動(dòng)的。可謂是“互聯(lián)網(wǎng)通訊”、“具智能邏輯控制的電控技術(shù)”、“先進(jìn)設(shè)備制造者”及“最有權(quán)威的研發(fā)機(jī)構(gòu)”組成的一個(gè)龐大的產(chǎn)學(xué)研體系，其中包括IBM、BOSCH等許多領(lǐng)頭羊企業(yè)。

作為德國“工業(yè)4.0”發(fā)起者、組織者和實(shí)施者之一的弗朗霍夫研究院，是歐洲最大的應(yīng)用科技研究機(jī)構(gòu)，主要側(cè)重科研成果的工業(yè)應(yīng)用研究，是世界第一個(gè)工業(yè)研究機(jī)構(gòu)，第一個(gè)開發(fā)以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的“智能化生產(chǎn)”技術(shù)和設(shè)備的研究機(jī)構(gòu)，也是德國Festo公司長期聯(lián)合開發(fā)的合作單位。作為一家極具研發(fā)和制造能力的實(shí)體氣動(dòng)制造廠商Festo公司，在工業(yè)4.0中扮演的角色應(yīng)引起中國氣動(dòng)行業(yè)的高度關(guān)注。21世紀(jì)以來，F(xiàn)esto的產(chǎn)品改革步伐加快，氣動(dòng)產(chǎn)品升級(jí)換代、產(chǎn)品轉(zhuǎn)行（電缸、視覺系統(tǒng)等），及其仿生科學(xué)實(shí)驗(yàn)，從現(xiàn)今的眼光看，都與目前工業(yè)4.0描述有著密切關(guān)系，可謂是工業(yè)4.0智能產(chǎn)品的熱身賽，一步一步走到如今，基本沒走彎路，而且是直道加速。這也是Festo能被工業(yè)4.0指導(dǎo)委員會(huì)組織聘任的原因之一。

“從Festo主動(dòng)轉(zhuǎn)型升級(jí)，表明氣動(dòng)行業(yè)正在作為數(shù)字化工廠的主力軍，對(duì)工業(yè)4.0有更高的敏感度，更容易找到工業(yè)4.0的方向。氣動(dòng)行業(yè)應(yīng)擔(dān)當(dāng)起自動(dòng)化生產(chǎn)線全面解決方案的重要角色，主動(dòng)‘轉(zhuǎn)型升級(jí)’。”這席話表達(dá)了王雄耀對(duì)氣動(dòng)技術(shù)未來價(jià)值的高度肯定和氣動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的迫切期待。

德國“工業(yè)4.0”一經(jīng)推出，全球陷入熱議之中，同時(shí)，各國都積極推出類似“工業(yè)4.0”的戰(zhàn)略和規(guī)劃。中國對(duì)工業(yè)4.0的討論更是沸沸揚(yáng)揚(yáng)，認(rèn)識(shí)各異。工業(yè)4.0到底是什么？為什么是德國首先提出？它的主要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在哪兒？德國工業(yè)界如何推進(jìn)工業(yè)4.0？氣動(dòng)行業(yè)對(duì)工業(yè)4.0的認(rèn)識(shí)都統(tǒng)一嗎？為什么氣動(dòng)行業(yè)與“工業(yè)4.0”關(guān)系尤其密切？中國氣動(dòng)產(chǎn)業(yè)水平與德國主要差距表現(xiàn)在哪兒？氣動(dòng)行業(yè)能否在“中國制造2025”規(guī)劃期內(nèi)順利地轉(zhuǎn)型升級(jí)？讓我們跟隨王雄耀的視角去尋找答案。

記者：為什么德國提出工業(yè)4.0的口號(hào)，工業(yè)4.0是在怎樣的發(fā)展背景下形成的？其他發(fā)達(dá)國家是否也有類似的戰(zhàn)略和規(guī)劃？

王雄耀：早在2010年，美國總統(tǒng)奧巴馬就簽署了“制造促進(jìn)法案”，即我們所說的美國“制造業(yè)回歸”。動(dòng)因是2008年世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)，美國經(jīng)濟(jì)呈“空心化”，制造業(yè)增加值在GDP中的占比從24.4%降為12%。美國“再工業(yè)化”的本質(zhì)是產(chǎn)業(yè)升級(jí)，啟動(dòng)高端制造計(jì)劃，加強(qiáng)在納米技術(shù)、高端電池、能源材料、生物制造、新一代微電子研發(fā)、高端機(jī)器人等領(lǐng)域的攻關(guān)。

在德國開始籌劃工業(yè)4.0時(shí)，美國政府已經(jīng)在系統(tǒng)規(guī)劃并積極推動(dòng)6S工業(yè)系統(tǒng)：半導(dǎo)體（Semiconductor）、頁巖氣（ShaleGas）、智能化服務(wù)創(chuàng)值經(jīng)濟(jì)（Smart ICT Service）、以硅谷為代表的創(chuàng)新精神（Silicon Valley Sprit）、航空航天（Space/Aerospace）、可持續(xù)人才資源（SustainableTalent Pool）的發(fā)展，企圖保持在高端制造領(lǐng)域的研發(fā)領(lǐng)先、技術(shù)領(lǐng)先和制造領(lǐng)先。但盡管如此，美國卻沒有喊出類似于工業(yè)4.0的口號(hào)。

若要探究德國工業(yè)4.0的根源，其實(shí)早在2006年，德國政府己出臺(tái)“德國高科技戰(zhàn)略”，整合了不同領(lǐng)域的多項(xiàng)研究和創(chuàng)新活動(dòng)。從政府層面來說，2008、2009年德國提出《高科技戰(zhàn)略2020》，這個(gè)戰(zhàn)略包括移動(dòng)、能源、安全、通信、健康五個(gè)領(lǐng)域的十個(gè)項(xiàng)目，并在2010年首次公諸于眾，這可能就是工業(yè)4.0的前身了。

據(jù)2015年由中國工程院、工信部、中科院主辦，中國工程院機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)部、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)、德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)和會(huì)（VDMA）、西安交通大學(xué)共同承辦的“中國工程科技論壇（2015智能制造國際會(huì)議）”資料報(bào)道，德國電子電氣制造商協(xié)會(huì)研究、人才發(fā)展、工程生產(chǎn)（ZVEI）部主任BernhardDiegner在報(bào)告中透露了工業(yè)4.0組蹣跚成長的經(jīng)歷、動(dòng)態(tài)與成果。據(jù)稱，從2009年開始，德國就開始試圖提出合適的概念，來表達(dá)德國對(duì)工業(yè)升級(jí)的需要?？梢姷聡岢觥肮I(yè)4.0”是反復(fù)論證、深思熟慮，幾經(jīng)發(fā)展，直到2013年才將“工業(yè)4.0”確立為核心概念；2014年大力推行，完成標(biāo)準(zhǔn)定義和白皮書；2015年在CeBIT展會(huì)上，正式發(fā)布國家層面的工業(yè)4.0頂層框架，從戰(zhàn)略、標(biāo)準(zhǔn)、研發(fā)和安全實(shí)現(xiàn)了實(shí)體架構(gòu)的構(gòu)建。

從現(xiàn)實(shí)意義上來看，德國工業(yè)4.0不是一蹴而就的，不能看為是搶先。德國工業(yè)4.0小組在撰寫《實(shí)施“工業(yè)4.0”攻略的建議》中指出：“在制造工程領(lǐng)域，全球競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈，德國不是唯一已經(jīng)認(rèn)識(shí)到要在制造行業(yè)引入物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)的國家。再者，不僅僅亞洲對(duì)德國工業(yè)構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)威脅，美國也正在采取措施，通過各種計(jì)劃來應(yīng)對(duì)去工業(yè)化，促進(jìn)‘先制造’的發(fā)展?！睘榱藢⒐I(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變到4.0，德國需要采取雙重戰(zhàn)略。德國的裝備制造業(yè)應(yīng)不斷地將信息和通信技術(shù)集成到傳統(tǒng)高技術(shù)戰(zhàn)略來維持其全球市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位，以便成為智能制造技術(shù)的主要供應(yīng)商。與此同時(shí)，有必要為CPS（信息物理系統(tǒng)CyberPhysical Systems）技術(shù)和產(chǎn)品建立和培育新的主導(dǎo)市場(chǎng)。

如今，各國都相應(yīng)推出振興工業(yè)革命的規(guī)劃：美國有先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃；日本有“日本制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)策略”及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省《2015年版制造白皮書》；韓國有“新增長引擎戰(zhàn)略”；法國有“新工業(yè)法國”計(jì)劃；中國也制定了“中國制造2025”規(guī)劃。

記者：工業(yè)4.0的含義什么？其顯著的特征和任務(wù)是什么？

王雄耀：德國工業(yè)4.0文件中這樣描述：“實(shí)體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界（Cyberspace）以虛擬網(wǎng)絡(luò)-實(shí)體物理系統(tǒng)（CPS）的方式相融合，通過互聯(lián)網(wǎng)大范圍直接互聯(lián)，將資源、信息、物品和人進(jìn)行互聯(lián)，從而造就物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)。這種現(xiàn)象的影響將反映到工業(yè)領(lǐng)域。在制造領(lǐng)域，這種技術(shù)的漸進(jìn)性進(jìn)步可以被描述為工業(yè)化的第四個(gè)階段，即工業(yè)4.0”。

為了實(shí)現(xiàn)將工業(yè) 4.0的下列特性的落實(shí)，《實(shí)施工業(yè) 4.0 攻略的建議》還深入詮釋了工業(yè)4.0的三大主要任務(wù)：通過價(jià)值網(wǎng)絡(luò)實(shí)行橫向集成（含實(shí)現(xiàn)企業(yè)間橫向網(wǎng)絡(luò)集成）；貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的端到端工程數(shù)字化集成；縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造體系（企業(yè)內(nèi)部靈活且可重新組合）。

◆通過價(jià)值網(wǎng)絡(luò)實(shí)行橫向集成（含實(shí)現(xiàn)企業(yè)間橫向網(wǎng)絡(luò)集成）

從企業(yè)內(nèi)部的信息集成向產(chǎn)業(yè)鏈信息集成，從企業(yè)內(nèi)部的供應(yīng)鏈管理與企業(yè)間的協(xié)同供應(yīng)鏈管理，從企業(yè)內(nèi)部協(xié)同研發(fā)體系到企業(yè)間的研發(fā)網(wǎng)絡(luò)（見圖2），從企業(yè)內(nèi)部的價(jià)值鏈重構(gòu)向企業(yè)間的價(jià)值鏈重構(gòu)。橫向集成是企業(yè)之間通過價(jià)值鏈以及信息網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)的一種資源整合，為實(shí)現(xiàn)各企業(yè)間的無縫合作，提供實(shí)時(shí)產(chǎn)品與服務(wù)，推動(dòng)企業(yè)間研產(chǎn)供銷、經(jīng)營管理與生產(chǎn)控制、業(yè)務(wù)與財(cái)務(wù)全流程的無縫銜接和綜合集成，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理等在不同的企業(yè)間的信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。

圖2  價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的橫向集成

各種不同制造商的設(shè)備能夠工作于一個(gè)信息平臺(tái)上， 實(shí)現(xiàn)各企業(yè)間的無縫合作，提供實(shí)時(shí)產(chǎn)品與服務(wù)。

◆貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的端到端工程數(shù)字化集成

從產(chǎn)品開發(fā)到制造工程、產(chǎn)品生產(chǎn)和服務(wù)，在裝備適宜地運(yùn)用IT系統(tǒng)為整個(gè)價(jià)值鏈提供端對(duì)端支撐。需要補(bǔ)充的是，這個(gè)跨越不同技術(shù)學(xué)科、全面的系統(tǒng)工程方法是必需的。端到端的數(shù)據(jù)系統(tǒng)工程和價(jià)值鏈優(yōu)化還將意味著，顧客不用再從供應(yīng)商預(yù)先制作的產(chǎn)品系列中挑選產(chǎn)品；可以通過制造廠商端到工程數(shù)字化集成價(jià)值鏈，采取重置模塊和數(shù)據(jù)編制，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制。

◆實(shí)現(xiàn)縱向集成

縱向集成是在工廠進(jìn)行。在將來的智能化工廠里，制造業(yè)結(jié)構(gòu)不會(huì)被固定并被先期限定。取而代之的，是根據(jù)個(gè)性化需求定制的一組IT結(jié)構(gòu)化模塊，根據(jù)不同情況下產(chǎn)品生產(chǎn)的需要自動(dòng)搭建出特定的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)指如何通過資源配置（如機(jī)器、工作、物流等）和其間相互作用關(guān)系（如原料周轉(zhuǎn)）以完成制造業(yè)系統(tǒng)調(diào)配的一種組合，包括模型、數(shù)據(jù)通訊和算法等所有相關(guān)需求（見圖3）。

圖3  縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)縱向集成，確保不同層次的制動(dòng)器和傳感信號(hào)傳輸?shù)紼RP層面，對(duì)端對(duì)端數(shù)據(jù)集成來說非常重要。需要為特別的網(wǎng)絡(luò)化和重新組合制造系統(tǒng)開發(fā)模塊和使用策略，進(jìn)行功能描述也很重要。而且，帶工者和操作員都需培訓(xùn)，以使其了解這些方法的運(yùn)行和操作對(duì)制造系統(tǒng)的影響。

德國菲尼克斯（中國）有限公司副總裁杜品圣，在2012年《信息控制一體化技術(shù)在未來生產(chǎn)制造領(lǐng)域地位》一文中解釋縱向信息集成特點(diǎn)是統(tǒng)一而透明的數(shù)據(jù)通信，采用現(xiàn)場(chǎng)總線（Interbus）和工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)（Profinet）實(shí)現(xiàn)從管理層、控制層到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的信息無縫集成，使得工廠過程控制系統(tǒng)（FCS/PCS）與企業(yè)管理信息系統(tǒng)（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）有機(jī)地融為一體。從而可在企業(yè)內(nèi)隨時(shí)隨地獲得實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以用于評(píng)估、規(guī)劃、協(xié)調(diào)和優(yōu)化操作流程、生產(chǎn)流程以及業(yè)務(wù)流程，真正地讓自動(dòng)化與制造管理、企業(yè)管理、供應(yīng)鏈管理建立無縫連接。

綜上所述，工業(yè)4.0展示了未來制造業(yè)技術(shù)的根本，從整條價(jià)值鏈的角度出發(fā)，產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)可通過軟件和網(wǎng)絡(luò)交流，使得工廠各部門（生產(chǎn)線、研發(fā)部門、銷售部門、物流部門，企業(yè)管理部門等）通過互聯(lián)網(wǎng)，配合運(yùn)用各需交換節(jié)點(diǎn)的傳感器，用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的通信格式（這正是工業(yè)4.0需解決課題之一）進(jìn)行大數(shù)據(jù)交換、通信、傳輸。因此，也不再是依靠幾個(gè)月或者幾年前的計(jì)劃安排生產(chǎn)，而是依最新情況（訂單要求）靈活調(diào)整生產(chǎn)的工藝，讓制造流程、生產(chǎn)設(shè)備之間、原材料/半成品及成品之間進(jìn)行實(shí)時(shí)信息和指示交換，以達(dá)到最優(yōu)化的生產(chǎn)流程。從而，制造出滿足各方面條件的產(chǎn)品，這就是工業(yè)4.0帶來的個(gè)性化生產(chǎn)模式。

工業(yè)4.0的核心就是通過上述提到的三大集成（通過價(jià)值鏈的縱向集成、橫向集成和端到端的集成），把設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品、客戶緊密地連接在一起。具體地說，就是將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過CPS形成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，使得產(chǎn)品與生產(chǎn)設(shè)備之間、不同的生產(chǎn)設(shè)備之間，以及數(shù)字世界和物理世界之間能夠互聯(lián)，使得機(jī)器、工作部件、系統(tǒng)以及人類通過網(wǎng)絡(luò)持續(xù)地保持?jǐn)?shù)字信息的交流。

記者：工業(yè)4.0將給制造業(yè)乃至社會(huì)帶來哪些重要變革？

王雄耀：前三次工業(yè)革命，都是經(jīng)后人總結(jié)后定論的，唯獨(dú)這次，是由德國明確提出，并掀起第四次工業(yè)革命浪潮。

工業(yè)4.0被證明是技術(shù)發(fā)展的必然規(guī)律，是科學(xué)發(fā)展的必然性。當(dāng)一門科學(xué)技術(shù)發(fā)展到某一個(gè)階段時(shí)，是可以瞻望前景的。目前己經(jīng)有工程師采用閥島（內(nèi)置PLC）技術(shù)、應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)（Ethernet），通過互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)幾千公里之外的生產(chǎn)流水線進(jìn)行在線通信、診斷、監(jiān)控（見圖4）。當(dāng)工業(yè)3.0發(fā)展到現(xiàn)在，己經(jīng)有工程師們采用智能工業(yè)機(jī)器人完成人力無法完成的工作。工業(yè)技術(shù)的卓越表現(xiàn)顯示我們的智力、技術(shù)已經(jīng)踏入了互聯(lián)網(wǎng)/智能機(jī)器人/智能制造的邊緣。此時(shí)，德國提出工業(yè)4.0發(fā)展規(guī)劃可謂是水到渠成，方向明確，困難也是既清晰又具體的。正如“2015智能制造國際會(huì)議”上德國電子電氣制造商協(xié)會(huì)專家BernhardDiegner在報(bào)告中透露的：“剛開始起步階段進(jìn)展很緩慢，只能就有限的三個(gè)話題形成三個(gè)工作組，感覺覆蓋面太窄；不同行業(yè)、部門對(duì)話很困難；系統(tǒng)復(fù)雜性超過想象；……；同時(shí)完全缺乏國際化的策略”。還有，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，商業(yè)數(shù)據(jù)的保密、安全性，保證不被遭竊和攻擊。

圖4  目前己經(jīng)有工程師采用閥島（內(nèi)置PLC）技術(shù)

德國工業(yè)4.0給整個(gè)社會(huì)帶來的變革是巨大的，從人類的生產(chǎn)方式、商業(yè)模式及人們?cè)谏鐣?huì)的生活都會(huì)逐步發(fā)生改變，涉及到人與機(jī)器；人與人；國家與國家（窮國與富國）。如：

●滿足用戶個(gè)體化需要：即可能在一次性生產(chǎn)且產(chǎn)量很低（1批量）的情況下仍能獲利；

●靈活性：可以使工程流程、工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置；

●決策優(yōu)化：工業(yè)4.0提供了端到端的實(shí)時(shí)透明，使工程得以早期論證和短時(shí)間內(nèi)決策；

●資源生產(chǎn)率和利用效率優(yōu)化：生產(chǎn)過程中的資源和能源消耗或降低排放進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化；

●通過新的服務(wù)創(chuàng)造價(jià)值機(jī)會(huì)：通過下游服務(wù)及大量大數(shù)據(jù)，開辟了創(chuàng)造價(jià)值的新途徑和就業(yè)的新形式，尤其是對(duì)于中小企業(yè)及初創(chuàng)企業(yè)；

●應(yīng)對(duì)工作場(chǎng)所人口的變化：面對(duì)熟練勞動(dòng)力的短缺和日益多樣化的勞動(dòng)力，工業(yè)4.0將提供靈活多樣的職業(yè)路徑；

●工作和生活的平衡：使用CPS的公司，可以有更加靈活的工作組織模式，讓員工在工作與私人生活之間，以及個(gè)人發(fā)展與持續(xù)的職業(yè)發(fā)展之間實(shí)現(xiàn)更好的平衡；

●高工資仍然具有競(jìng)爭(zhēng)力：工業(yè)4.0的雙重戰(zhàn)略將使得德國保持供應(yīng)商的領(lǐng)先地位，并且成為工業(yè)4.0解決方案的主導(dǎo)市場(chǎng)。

2014年德國西門子工業(yè)解決方案集團(tuán)高級(jí)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)部門副總裁DieterWegener（工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)制定者）接受采訪時(shí)說：“為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0，必須要做的事情很多。工業(yè)4.0不會(huì)一蹴而就，不只是一個(gè)藍(lán)圖，而是應(yīng)該前進(jìn)的方向。對(duì)我們來說，把工業(yè)4.0作為目標(biāo)本身就稱得上是一種改革。至于是否成功，那就等30年后，讓我們后代去評(píng)判”。目前工業(yè)4.0進(jìn)展順利，德國正在加快對(duì)“數(shù)字化工廠”運(yùn)作模式的開發(fā)（如西門子安貝格工廠）。使我們感到困惑的是，中國的德資企業(yè)，卻不提或很少提工業(yè)4.0，相反，中國企業(yè)對(duì)工業(yè)4.0似乎更熱情。從德國《實(shí)施“工業(yè)4.0”攻略的建議》的調(diào)查顯示：47%的德國企業(yè)表示已經(jīng)積極參與工業(yè)4.0計(jì)劃，18%的企業(yè)參加了對(duì)工業(yè)4.0計(jì)劃的研究，12%的企業(yè)則已經(jīng)開始實(shí)施工業(yè)4.0計(jì)劃。德國是一個(gè)十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿褡?，目前，正腳踏實(shí)地加快試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，建“數(shù)字化工廠”，以少說多作為原則。這應(yīng)該也是許多在中國的德資企業(yè)不提或很少提工業(yè)4.0的原因。

記者：中國業(yè)界人士對(duì)工業(yè)4.0的態(tài)度不一，工業(yè)4.0對(duì)中國氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展是否有切合實(shí)際的幫助，可以提供哪些啟示？

王雄耀：中國業(yè)界人士對(duì)工業(yè)4.0存在各種觀點(diǎn)，一種是中國制造業(yè)界和投資界對(duì)工業(yè)4.0的熱情程度似乎超過了德國人；還有一些觀點(diǎn)認(rèn)為“工業(yè)4.0看起來很美，但是確實(shí)似乎離我們有點(diǎn)遠(yuǎn)”；“互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在德國和中國的發(fā)展情況截然不同，學(xué)習(xí)德國的工業(yè)4.0經(jīng)驗(yàn)，中國會(huì)不會(huì)水土不服”、“工業(yè)4.0之后企業(yè)會(huì)不會(huì)大幅度裁員，工人的飯碗是不是被機(jī)器人搶了”、“工業(yè)4.0僅僅是智能制造而己，沒什么大驚小怪，我們也會(huì)趕上去”、“工業(yè)4.0個(gè)性化生產(chǎn)，我們還沒有到達(dá)這一消費(fèi)層次”等等。因此，當(dāng)前有必要澄清對(duì)工業(yè)4.0認(rèn)識(shí)的誤區(qū)。我認(rèn)為，德國工業(yè)4.0至少給中國氣動(dòng)技術(shù)、氣動(dòng)行業(yè)帶來了模板，氣動(dòng)和自動(dòng)化下一步應(yīng)該怎么發(fā)展？需要何種類型的自動(dòng)化元件及元器件去滿足基本要求，它揭開了今后行業(yè)發(fā)展具體方針和策略。

氣動(dòng)技術(shù)是一門自動(dòng)化技術(shù)，是智能裝備、自動(dòng)化生產(chǎn)線的基礎(chǔ)之一。工業(yè)生產(chǎn)流水線中，80%以上的元器件來自氣動(dòng)元件。當(dāng)?shù)聡肌肮I(yè)4.0”，對(duì)于從事氣動(dòng)和自動(dòng)化的專業(yè)人士，頓時(shí)會(huì)有興奮之感。正如“春江水暖鴨先知”，因?yàn)樗麄儽緛砭驮趶氖轮圃熳詣?dòng)化智能設(shè)備，而工業(yè)4.0，讓他們明白目前差距是在哪兒，下一步怎么做，方向是什么。

如今工程師們己經(jīng)在采用不同制造廠商提供的現(xiàn)場(chǎng)總線（在工業(yè)4.0的要求下會(huì)逐步統(tǒng)一起來）、工業(yè)以太網(wǎng)（通過物聯(lián)網(wǎng)）、無線網(wǎng)、GPS定位技術(shù)、視覺系統(tǒng)、條形碼掃描信息技術(shù)等，部分性地從事縱向集成網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)和全價(jià)值鏈端到端的集成部分功能方面的工作。

工業(yè)4.0帶給我們的是一種新的理念：物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)廣泛普及并推進(jìn)生產(chǎn)方式變革，是“互聯(lián)網(wǎng)+智能制造”。工業(yè)4.0提供給我們的是一種未來工廠的模板，如“數(shù)字化工廠的樣板”——西門子安貝格工廠。

但它帶給氣動(dòng)行業(yè)最重要的是觀念改革，氣動(dòng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。盡管之前我們也提“產(chǎn)品升級(jí)”、“企業(yè)轉(zhuǎn)型”，但到底如何來轉(zhuǎn)型、如何來升級(jí)，概念模糊（怎么改）、方向不清（改成什么樣）、沒有模板（可以數(shù)字工廠為基礎(chǔ)）。

過去，我們?cè)谥贫ā笆晃濉币?guī)劃、“十二五”規(guī)劃、“十三五”規(guī)劃時(shí)，瞄準(zhǔn)的是氣動(dòng)行業(yè)產(chǎn)品“升級(jí)換代”，如產(chǎn)品的微型化、小型化、低功耗、集成化、規(guī)?；C(jī)電一體化，用于火車的耐低溫（-40℃）閥；比例閥；閥島；無桿氣缸等。在開發(fā)時(shí)，參照的國際產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)水平不一，東一家、西一家，無法形成真正模塊化系列產(chǎn)品。對(duì)于不采用壓縮空氣的自動(dòng)化產(chǎn)品基本排拆（只有極少數(shù)單位開發(fā)電缸），究其原因，是還看不清當(dāng)今國際氣動(dòng)廠商早己投身于提供全自動(dòng)化解決方案，以及機(jī)電一體化產(chǎn)品。這是需要中國氣動(dòng)企業(yè)反思的。

記者：Festo是德國工業(yè)4.0實(shí)體架構(gòu)中的重要一員，也是氣動(dòng)技術(shù)的領(lǐng)軍企業(yè)，分析Festo的產(chǎn)品、技術(shù)發(fā)展歷程，有哪些方向和經(jīng)驗(yàn)值得中國氣動(dòng)企業(yè)借鑒？

王雄耀：Festo在“德國工業(yè)4.0平臺(tái)”的“管理董事會(huì)”和“指導(dǎo)委員會(huì)”中均占有一席之地。Festo在2013年加入了獨(dú)立于制造商的SmartFactory計(jì)劃。其目標(biāo)是將新技術(shù)和概念集成至工廠自動(dòng)化環(huán)境中。Festo經(jīng)歷了德國工業(yè)一步一步向工業(yè)4.0邁進(jìn)，深知要徹底地實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0，還需要做到哪幾步。通過分析Festo氣動(dòng)產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展過程和路線，可以推理和證明，工業(yè)4.0的基礎(chǔ)就是氣動(dòng)和自動(dòng)化技術(shù)。所以，氣動(dòng)產(chǎn)業(yè)對(duì)工業(yè)4.0有更高的敏感度，更容易找到工業(yè)4.0的方向。氣動(dòng)行業(yè)應(yīng)擔(dān)當(dāng)起自動(dòng)化生產(chǎn)線全面解決方案主角，主動(dòng)“轉(zhuǎn)型升級(jí)”。

以Festo為例，從20世紀(jì)末開始，除了提供氣源處理單元（有診斷氣源故障的模塊化氣源組合單元）；氣缸；管道系統(tǒng)（各種特性功能氣管、接頭）；電磁閥（各種功能的氣控、電控電磁閥、高速閥、壓力/流量比例閥及真空閥），還生產(chǎn)閥島（帶可編程控制器，帶現(xiàn)場(chǎng)總線/以太網(wǎng)接口，對(duì)閥門氣源壓力高低、I/O電信號(hào)短路、斷路，節(jié)點(diǎn)控制器等故障診斷功能）；電缸（各種精度，如齒形帶型絲桿型、滾軸絲桿型）；步進(jìn)馬達(dá)、伺服馬達(dá)及馬達(dá)控制器：三角架人機(jī)械手；圖像處理系統(tǒng)（二維/三維視覺系統(tǒng)；條形碼掃描）；傳感器（壓力傳感器、流量傳感器、光電傳感器）；各種電纜接口、轉(zhuǎn)接器及自動(dòng)化選型軟件。

這種產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型不是某一家氣動(dòng)廠商的獨(dú)家做法，而是自動(dòng)化發(fā)展的必然規(guī)律。尤其需要指出的，正是在20世紀(jì)末積極開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品，奠定了目前工業(yè)4.0基礎(chǔ)理念。如今，德國正在積極以數(shù)字式工廠為先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，加快推進(jìn)工業(yè)4.0步伐。

氣動(dòng)廠商將成為工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的主宰者而不是其他行業(yè)廠商，是因?yàn)椋瑲鈩?dòng)廠商可提供80%以上的自動(dòng)化元器件。自動(dòng)流水線設(shè)計(jì)的第一步是從氣動(dòng)開始，驅(qū)動(dòng)器（氣缸等）能在任意空間位置搭建運(yùn)動(dòng)軌跡平臺(tái)，氣缸兩邊裝上速度調(diào)節(jié)閥便可實(shí)現(xiàn)速度的無級(jí)調(diào)速，上馬容易、維修方便、成本最低，可形成模塊化結(jié)構(gòu)，十分適宜數(shù)字化工廠的智能裝備部件，所以氣動(dòng)產(chǎn)品占智能自動(dòng)流水線上的自動(dòng)化元器件總用量的80%以上。同時(shí)，在自動(dòng)線的調(diào)試方便性方面，占據(jù)了整個(gè)生產(chǎn)線主體的氣動(dòng)產(chǎn)品調(diào)試更容易，這也是企業(yè)衡量采用哪種技術(shù)的重要因素。由此可說明，氣動(dòng)技術(shù)、氣動(dòng)產(chǎn)品還將持續(xù)發(fā)育成長，并與其他學(xué)科技術(shù)融合，形成新產(chǎn)品。

既然氣動(dòng)產(chǎn)品是工廠自動(dòng)化的最重要角色之一，如果生產(chǎn)線上有電缸之類的電動(dòng)元件，為什么氣動(dòng)行業(yè)不“轉(zhuǎn)行”呢？嚴(yán)格意義上說，這是“擴(kuò)行”，國外許多氣動(dòng)廠商都在擴(kuò)行。如果工業(yè)自動(dòng)流水線上需要少量電缸之類產(chǎn)品等時(shí)，氣動(dòng)廠商可通過一站式服務(wù)（包括解決調(diào)試），與一些其他控制元件廠商聯(lián)合開發(fā)。

綜上所述，氣動(dòng)行業(yè)應(yīng)擔(dān)當(dāng)起全面解決方案的主角，主動(dòng)“轉(zhuǎn)型升級(jí)”。這樣先行統(tǒng)籌開發(fā)產(chǎn)品，統(tǒng)一考慮機(jī)械接口、通信接口，是符合科學(xué)發(fā)展觀的。

◆氣動(dòng)技術(shù)的“深化”

隨著氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展（見圖5），氣動(dòng)技術(shù)在不斷“深化”，導(dǎo)致氣動(dòng)行業(yè)的“轉(zhuǎn)型升級(jí)”。

圖5 氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展

目前，國際上先進(jìn)工業(yè)國已把氣動(dòng)技術(shù)融入了機(jī)電一體化技術(shù)。如Festo把氣動(dòng)控制與傳動(dòng)（氣缸、電磁換向閥等）、機(jī)械、電氣控制與傳動(dòng)（電缸、步進(jìn)馬達(dá)、伺服馬達(dá)、馬達(dá)控制器）、真空技術(shù)、通信技術(shù)、仿生技術(shù)、視覺系統(tǒng)、診斷或在線診斷監(jiān)測(cè)、無限網(wǎng)控制、節(jié)能與環(huán)保，形成一個(gè)完整的自動(dòng)化解決方案模式（體系）。

元器件開發(fā)遵循向微電子、微技術(shù)、在線檢測(cè)與自我修復(fù)功能、機(jī)電一體化方向靠攏，德國工業(yè)4.0的要求滿足智能生產(chǎn)、智能控制模式（至少現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的自動(dòng)化生產(chǎn)線與各站的生產(chǎn)設(shè)備在通信與控制上已趨于統(tǒng)一）。比如，對(duì)所有需要控制或診斷元器件（氣缸、閥島、真空發(fā)生器、視覺系統(tǒng)等），都會(huì)考慮到統(tǒng)一的總線接口。

在應(yīng)用領(lǐng)域上，已著手考慮采用統(tǒng)一的總線、以太網(wǎng)、無線實(shí)時(shí)通信控制模式，智能、在線的診斷、控制。高度強(qiáng)調(diào)環(huán)保、節(jié)能、安全（節(jié)氣回路、回收能源、縮短氣管、降低壓力等級(jí)、優(yōu)化選型、采用節(jié)能產(chǎn)品）、符合防爆、食品衛(wèi)生、安全等級(jí)等氣動(dòng)產(chǎn)品，并通過應(yīng)用領(lǐng)域的反饋、促進(jìn)對(duì)元器件的變革。完成工程端對(duì)端數(shù)字集成，橫跨整個(gè)價(jià)值鏈。

◆氣動(dòng)技術(shù)的“進(jìn)化”

氣動(dòng)技術(shù)也在不斷“進(jìn)化”，比如CPX（電氣終端）+閥島（見圖6）。

圖6  CPX+閥島

CPX+閥島跟工業(yè)4.0有關(guān)系嗎？工業(yè)4.0要求，機(jī)器、裝置及其他元件能實(shí)時(shí)交換信息、數(shù)據(jù)，包括從呆板的集中式工廠控制系統(tǒng)到分散式智能工廠控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，不同的傳感器信號(hào)評(píng)估，復(fù)雜事件的檢測(cè)、獨(dú)立的本地決策和控制都集成在一起。這些元件將智能地彼此聯(lián)網(wǎng)，可以自行配置，且過程簡(jiǎn)單，并且獨(dú)立滿足生產(chǎn)訂單的各種需求。

CPX+閥島是一個(gè)自動(dòng)化平臺(tái)，包括：功能集成，通訊，電氣運(yùn)行，伺服氣動(dòng)元件，測(cè)量與控制，分散式安裝，安全，氣動(dòng)元件。閥島是最重要的工業(yè)通信和安裝系統(tǒng)之一，它將氣動(dòng)元件和電氣元件連接起來，用于機(jī)器層面的診斷。閥島的CPX不僅只連接現(xiàn)場(chǎng)和主控制層，它已具備診斷設(shè)施并提供狀態(tài)監(jiān)控功能。它的各種模塊能夠?qū)飧卓刂坪碗姼卓刂普显谝黄穑和ㄟ^模組化閥島MPA和VTSA來控制氣缸，通過運(yùn)動(dòng)控制器來控制電缸。且其已集成了安全功能，用戶可以訪問診斷信息，快速確定故障并更換模塊。

有人提出，CPX+閥島的面世，已經(jīng)暗示了德國對(duì)工業(yè)4.0的愿望。現(xiàn)在很多國際氣動(dòng)企業(yè)為了搶占工業(yè)4.0的先機(jī)，也相繼研制出CPX+閥島。

記者：“中國制造2025”戰(zhàn)略規(guī)劃的提出，將助推中國氣動(dòng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，請(qǐng)您對(duì)此提一些自己的建議？

王雄耀：“中國制造2025”提出創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本的發(fā)展戰(zhàn)略。中國則要由制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。中國氣動(dòng)行業(yè)完全可以結(jié)合德國工業(yè)4.0的模式要求，借鑒德國“數(shù)字化工廠”，來針對(duì)性地進(jìn)行某些氣動(dòng)元件的改革，以及傳感器的開發(fā)等。

“中國制造2025”核心是應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)+智能裝備，要把設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品、客戶緊密地連接在一起。將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過互聯(lián)網(wǎng)形成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)。中國氣動(dòng)行業(yè)應(yīng)主動(dòng)與電控、IT等專業(yè)聯(lián)合，積極邀請(qǐng)這些行業(yè)的專業(yè)人士與氣動(dòng)研發(fā)人員進(jìn)行交流，或給予培訓(xùn)（包括互聯(lián)網(wǎng)、以太網(wǎng)、無線網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、通信接口等），可以聯(lián)合開發(fā)產(chǎn)品，把握信息通信技術(shù)與裝備制造業(yè)融合的發(fā)展趨勢(shì)。相關(guān)協(xié)會(huì)可以考慮成立“工業(yè)4.0的專題項(xiàng)目小組”，“產(chǎn)品改進(jìn)小組”、“專題開發(fā)小組”及“系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用小組”。

從目前工業(yè)4.0要求設(shè)備智能化、模塊化、集成化來看，數(shù)字化工廠要求自動(dòng)線上的每個(gè)端點(diǎn)有通信功能，有的還會(huì)被設(shè)計(jì)成嵌入式、帶傳感功能或通信接口、融入各門學(xué)科技術(shù)的產(chǎn)品，氣動(dòng)廠商要有勇氣突破單純氣動(dòng)產(chǎn)品的禁錮，只要研制滿足價(jià)值鏈的縱向集成、橫向集成和端到端的網(wǎng)絡(luò)通信要求的元器件，便會(huì)有新的聚寶盆。

“工業(yè)4.0的到來，是氣動(dòng)產(chǎn)業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級(jí)的機(jī)遇。對(duì)于中國氣動(dòng)產(chǎn)業(yè)同仁而言，錯(cuò)過這一次工業(yè)4.0，等于錯(cuò)過這個(gè)時(shí)代！”。如抓不住這個(gè)機(jī)會(huì)，待10年以后再談中國氣動(dòng)技術(shù)與世界同行的差距，相信又將落后15年。

中國氣動(dòng)行業(yè)的發(fā)展方向己經(jīng)很明確，在“中國制造2025”的規(guī)劃下，氣動(dòng)行業(yè)“不僅需要有動(dòng)力向前沖”，還必須大力協(xié)同，抓緊時(shí)間“提速奔跑”！