工业4.0怎么讲解才能接地气

Getaway

笔者早年从事过工业自动化行业，后来去了几个城市，讲过《工业互联网与工业文明史》这门课，以至于很多人以为我很懂工业互联网（其实我也就是半桶水而已）。今天早上有人问我，工业4.0到底是个啥，本来答应给他单独讲一遍，后来一想，不如整理下材料和思路，一块分享给大家，所以今天就跟大家谈谈这个神秘的工业4.0吧。
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先声明，笔者只是个知识的搬运工，我说的不一定对，不过是看了很多材料后消化理解的结果而已。事实上，工业4.0就没有标准答案，连德国人自己都没有。- p7 c2 `2 U' G% v
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>>>>先看三个概念：* t4 E6 y% P; Y. r; A

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" `" {# B3 t8 _# l$ k机械化，以蒸汽机为标志，用蒸汽动力驱动机器取代人力，从此手工业从农业分离出来，正式进化为工业。8 d: G# v8 c, Q0 A  i5 ~3 n
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工业2.0
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电气化，以电力的广泛应用为标志，用电力驱动机器取代蒸汽动力，从此零部件生产与产品装配实现分工，工业进入大规模生产时代。
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  }% T  ~6 d9 O; M( z自动化，以PLC（可编程逻辑控制器）和PC的应用为标志，从此机器不但接管了人的大部分体力劳动，同时也接管了一部分脑力劳动，工业生产能力也自此超越了人类的消费能力，人类进入了产能过剩时代。
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3 S0 F. c4 [/ b) ]$ a这三个定义都很学术，你们放心，这是我全文最学术的一段话，后面，我决定老和尚讲故事的方法来给大家讲这个故事。
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要理解工业4.0，我们得先看下目前的状况，我们称之为工业3.X，用修真小说的时髦描述，也就是3.0中后期，这种状态叫做完全的自动化和部分的信息化。/ G5 v3 j# t; }, R/ I1 ]) K0 R! o

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4 y) ^0 n& n) k咱们还得从工厂的业务模式说起。


作为一个工厂，存在的目的只有两个，生产产品，然后卖出去。所以在工业企业中，通常会分为两个大的部门，一个是生产部门，一个是业务部门，前者通过MES（制造执行系统）管理，后者通过ERP（管理信息系统）来管理。; d, I0 d9 L  [/ C
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" b! r+ k9 i$ W  B6 P这两个系统啥区别呢？ERP更倾向于财务信息的管理，而MES更倾向于生产过程的控制，简单的说，ERP主要告诉你客户需要生产多少个瓶子，哪天下单，哪天要货，而MES主要负责监控和管理生产这些瓶子的每一个步骤和工序如何实现。
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在中国工厂的很多车间里，各个生产设备之间、生产设备和控制器之间，都已经基本实现了连通。再牛逼一点的公司里，整个工厂已经通过制造执行系统（MES）连通起来，而业务部门全部通过ERP连通起来了。
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发现问题了吗？6 P$ g6 p, ]; T* _! Y7 g

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$ p  C4 I6 o0 D4 J" L* E# UERP和MES其实并没有连起来！
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所以当ERP给MES下达生产计划指令后，MES在生产过程中发生了与计划偏差的事项（比如设备坏了，原料不合格等等），MES会根据车间的实际情况进行调整。但是ERP是不知道的！所以它会继续按照原本的计划执行订单，时间久了，财务系统和工厂的实际情况就会出现非常大的偏差。

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至于为啥没连起来，两个原因，首先是ERP和MES的开发公司通常是两拨人，搞财务的和搞生产的合作，不但互相不懂对方的职业术语，鸡同鸭讲，而且互相看不上对方。另外，业务部门和生产部门在公司里通常是分开运营，各自的领导有各自喜欢的供应商（原因你懂的）。


当然，人民群众的智慧是无穷的，他们是断然不会干等着两个系统的偏差越来越大的，既然系统不给力，咱人工上。所以工厂车间通常会定期把MES的调整项做成一个表，交给业务部门，然后由业务部门手动在ERP中调整过来。1 a  g6 X+ M; B- s3 z* i

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ERP和MES的问题只是工厂内系统断层的一个问题缩影，事实上工厂里还有非常多的其他系统，设计、制造、采购、办公等等，这些系统都是一个个的信息孤岛，互相都不知道对方在干啥，干到哪一步了。其中一个部分出了特殊情况，其他部分都不知道，只有等到问题出现了，才能退回来，所有系统再一个个改。5 Y2 r. e3 i* d7 o7 W
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! k. {+ h# i6 G2 K4 p当然，这种事也不是第一天存在的，以前因为在工业时代，产品的生命周期很长，笔者的老东家，西门子一个型号的变频器可以卖三十年，这样一两年的研发上线时间也就显得不那么长了，其余的问题，靠着人工沟通，虽然有错，倒也都相安无事。- E' @2 J& h4 ?0 b
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8 I/ a, N. f' C然而，可怕的狼终于还是来了。
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这两只狼，一只叫产能过剩，一只叫互联网。: j, V) |& m; O, h6 V; k7 O
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0 o) J) A5 r8 z4 N全球性的产能过剩，导致企业的竞争越来越激烈，以往一款产品卖三十年的做法已经不行了，你跑不快，有的是快的。; D4 p1 J3 ]* I; l  R


互联网时代的到来，撼动了工业时代的一大基础，信息不对称。工业时代里，因为生产厂家无法低成本的了解每一个客户的需求，所以往往采用一刀切的方法，就是把需求做多的性能组合到一起，成为一款产品。
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比如你想要一双适合你的脚的鞋子，鞋厂是无法知道你的脚多大的，所以只能测量很多人的脚之后，把最集中的尺码分成40号，41号，42号等等，但是如果你的脚偏肥或偏瘦，对不起，概不伺候。

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互联网改变了这个局面，人与人，人与厂商，可以低成本的实现连接，从而让每个人的个性需求被放大，人们越来越喜欢个性化的东西。但是个性化的东西需求量没有那么大，这就需要工业企业能够实现小批量的快速生产。
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这两只狼，逼迫着传统工业必须做一件事，一件工业社会最不爱做的事，就是快速、小批量、定制化的生产。
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. }4 V) F  A+ k# k$ P, o0 L5 E9 Q这个时候，先得做点准备工作，就是工业3.0首先要进化为3.X，所谓工业3.X，其实就是先把ERP和MES等等信息系统彻底打通，让工厂原本的所有信息孤岛实现连通。这个时候，就从完全的自动化和部分的信息化，进入了完全的自动化和完全的信息化，也就是工业3.0大圆满阶段。。+ C3 m7 C7 [7 u# B" e( K
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好了，前面的都是现实问题，3.0大圆满之后，我们就要开始科幻烧脑之旅了，我们终于要冲击工业4.0了。这个过程中，3.0中以及完全的自动化和信息化要开始做一件事，就是结婚，生孩子。
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这个过程，德国叫工业4.0，美国叫工业互联网，我们工信部称之为两化融合，物联网的脑残粉们把它叫做万物互联。
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) F* S, Q( [4 h  ?) q这里我要说一下，所有的物，如果需要互联沟通时，就有一个问题，说什么语言？说英语、德语、还是四川话？  L4 p# f  O& k( e. V
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通讯协议是什么，这个是一个关键问题。你可能会说，为什么不用现在互联网的通讯方式，也就是TC/PIP协议，这是个技术问题，没法几句话解释明白（其实我这个曾经的半桶水自动化工程师也不怎么太懂）。简单的来说，互联网的通讯方式，速度还是太慢，精准度还是不够，安全性还是不好。而工业生产中，对于速度、精度和安全性的要求，要远远高于你下载一部电影的要求。  u0 j( k9 B2 T4 w3 m3 M
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所以万物互联，必须需要一个专门的通讯协议。& X% ^0 y$ {$ N4 s% j. }9 O
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这也是德国的工业4.0，美国的工业互联网，以及中国的两化融合中国制造2025，这些时髦的名词背后隐藏的核心问题，大家在争这个通讯标准。
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+ w; \3 V/ P3 g6 Z# \6 I按照修真小说的习惯，每一个境界都要分成一个小境界，以突显差异和牛逼，我按照这个方法，把工业4.0也分成六重天。4 p; y/ Z' q. b+ S+ D: C8 }( c8 X# j5 E* _
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( |# E8 [- f  @$ @# t% r, H工业4.0第一重天，智能生产。
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之前我们说过，生产设备和管理信息系统也各自连接起来，并且设备和信息系统之间也连接起来了。你有没有觉得还缺点什么？没错，就是生产的原材料和生产设备还没有连接起来。' \1 o! E, S' H
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这个时候，我们就需要一个东西，叫做RFID，射频识别技术。估计你听不懂，简单来说，这玩意儿就相当于一个二维码，可以自带一些信息，他比二维码牛叉的地方，在于他可以无线通讯。
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0 Y# ~0 p; _3 L9 J' F我还是来描述一个场景，百事可乐的生产车间里，生产线上连续过来了三个瓶子，每个瓶子都自带一个二维码，里面记录着这是为张三、李四和王二麻子定制的可乐。
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第一个瓶子走到灌装处时，通过二维码的无线通讯告诉中控室的控制器，说张三喜欢甜一点的，多放糖，然后控制器就告诉灌装机器手，“加二斤白糖！”（张三真倒霉……）。: C3 F- D. w0 u0 k# i/ y

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; _  {/ C& q! `( }1 z第二个瓶子过来，说李四是糖尿病，不要糖，控制器就告诉机器手，“这货不要糖！”3 P, m) G4 }7 z
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  {5 |8 p4 B7 [" _" ]! T2 A+ P第三个瓶子过来，说王二麻子要的是芬达，控制就告诉灌可乐的机械手“你歇会”，再告诉灌芬达的机械手，“你上！”) g' E8 |% |5 Z6 C9 E


看到了，多品种、小批量、定制生产，每一灌可乐从你在网上下单的那一刻起，他就是为你定制的，他所有的特性，都是符合你的喜好的。
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. O) e( A$ P1 U4 U2 k1 V这就是智能生产。# O. l7 Z1 E* A' S- p( F6 Q% e% L
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工业4.0第二重天，智能产品。) `. U/ Q; l8 {  x5 L  |+ H- n
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生产的过程智能化了，那么作为成品的工业产品，也同样可以智能化，这个不难理解，你们看到的什么智能手环、智能自行车、智能跑鞋等等智能硬件都是这个思路。就是把产品作为一个数据采集端，不断的采集用户的数据并上传到云端去，方便用户进行管理。4 ^  p; X& N( i


% H5 |7 p. f- h& C* X4 s. z德美工业4.0和工业互联网的核心分歧之一，就是先干智能工厂，还是先搞智能产品。德国希望前者，美国希望后者。* Z' X7 s) y, M) Y( H" C- a3 G
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2 U8 s9 c! }$ x  Z3 C工业4.0第三重天，生产服务化。8 I4 Y6 [5 w1 y. ^+ T& Z
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3 C: \0 L9 V: ?: l6 y2 ?3 g1 V' V- Y刚才说了，智能产品会不断地采集用户的数据和状态，并上传给厂商，这个就使一种新的商业模式成为可能，向服务收费。我好多年前在西门子的时候，西门子就提出来向服务收费，当时我觉得这是德国佬拍脑袋想出来的愚蠢决定，但是现在我才明白这是若干年前就已经开始为工业4.0的生产服务化布局了。你对西门子的印象是什么？冰箱？其实，西门子这些年已经悄然并购了多家著名软件公司，成为仅次于SAP的欧洲第二大软件公司了。
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0 Z7 m, o; U3 Y这个服务是什么呢？比如西门子生产一台高铁的牵引电机，以往就是直接卖一台电机而已，现在这台电机在运行过程中，会不断的把数据传回给西门子的工厂，这样西门子就知道你的电机现在的运行状况，以及什么时候需要检修了。高铁厂商以往是怎么做的？一刀切，定一个时间，到时间了不管该不该修都去修一下，更我们汽车保养没什么差别。现在西门子可以告诉你什么时候需要修什么时候需要养护，你要想知道，对不起，给钱。
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再举个例子，智能产品实现后，每一辆汽车都会不断地采集周边的数据，来决定自己的行驶路线，整个运输系统会完全服务化，任何人都不需要再买车。5 j0 V: R& M) y: ]; G) i
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2 V3 o- Y4 [1 J在这个阶段，所有的生产厂商都会向服务商转型。
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工业4.0第四重天，云工厂。- k. Z; p9 z" W0 l# U
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当工厂的两化融合进一步深入的时候，另一种新的商业模式就有要孕育而生了，这就是云工厂。
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7 c% m- g) s7 @* P( |工厂里的设备现在也是智能的了，他们也在不断地采集自己的数据上传到工业互联网上，此时我们就可以看到，哪些工厂的哪些生产线正在满负荷运转，哪些是有空闲的。那么这些存在空闲的工厂，就可以出卖自己的生产能力，为其他需要的人去进行生产。$ j# i2 l: e& }6 A7 _( d) b5 _
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6 B" @- Z9 t# y) Y互联网行业为什么发展的这么快，就是因为创业者只需要专注于产品和模式创新，不需要自己去买一个服务器，而是直接租用云端的服务就行了。而目前工业的创业者，还是要不断地纠结于找OEM代工还是自建工厂中，这个极大地限制了工业领域的创新。当云工厂实现的时候，我预言中国的工业领域将出现一个比互联网大百倍以上的创新和创业浪潮，那个时候这个社会的一切都将被深刻的改变。
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: \; W+ n: v3 P# I工业4.0第五重天，跨界打击。3 K+ V: ]# i5 @8 Q+ G
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互联网行业天天说降维打击传统行业，什么谷歌小米阿里巴巴乐视，可是我告诉你，当工业4.0进入第五重天时，工业企业的跨界打击将比这些互联网企业猛烈百倍。这个过程将从根本上撼动现代经济学和管理学的根基，重塑整个商业社会。

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+ V! O2 Y; s) o举个例子，一个生产手表的厂商，这个表每天贴着你的身体，采集你身体的各项数据，这些数据对于手表厂商也许没啥用，但是对于保险公司就是个金库，这个时候，手表厂商摇身一变，就能成为最好的保险公司。+ y& X7 a5 h1 K0 Q/ S$ A
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当自动化和信息化深度融合的时候，跨界竞争将成为一种常态，所有的商业模式都将被重塑。% F4 B" U& _) B

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. u# h& u7 b$ Q0 t( Y工业4.0大圆满，黑客帝国。

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整个工业4.0过程，就是自动化和信息化不断融合的过程，也是用软件重新定义世界的过程。6 S2 B# y+ b- ~. W
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- D4 R3 G) `( w- U' o- j! z( y在未来，多元宇宙将在虚拟世界成为现实，一个现实的世界将对应无数个虚拟世界。改变现实世界，虚拟世界会改变；改变虚拟世界，现实世界也会改变。一切都在基于数据被精确的控制当中，人类的大部分体力劳动和脑力劳动都将被机器和人工智能所取代，所有当下的经济学原理都将不再试用。
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+ b& l6 @8 b7 n0 _0 V# j但是有一些东西是不会变的，我相信。# y8 f; U# Y" c. m

# h% ]8 L* g, I, [3 m) F
' I5 Z- f% s! E7 j. Q, T人类的爱、责任、勇敢，对未来和自由的向往，以及永无止境的奋斗。3 n* f6 k& p/ N3 \" z- N0 b6 p- A
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