工業(yè)4.0：一場(chǎng)“看不見(jiàn)的世界”戰(zhàn)爭(zhēng)

美國(guó)辛辛那提大學(xué)特聘講座教授、上海交通大學(xué)特聘講座教授與先進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院前瞻顧問(wèn)李杰，曾先后受邀參與討論德國(guó)“工業(yè)4.0國(guó)家戰(zhàn)略”和美國(guó)“CPS計(jì)劃”的制訂。日前，他在上海接受了《解放周一》的獨(dú)家專(zhuān)訪(fǎng)。

制造業(yè)的新境界

“工業(yè)4.0是德國(guó)提出的口號(hào)，卻是全球制造業(yè)共同的發(fā)展方向?！惫I(yè)4.0概念在歐洲乃至全球工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域引發(fā)關(guān)注和認(rèn)同，各國(guó)紛紛出臺(tái)自己的工業(yè)4.0版本，其中包括美國(guó)的“CPS戰(zhàn)略計(jì)劃”、中國(guó)的“中國(guó)制造2025”。

“現(xiàn)有的技術(shù)、原有的經(jīng)驗(yàn)，都不足以支撐我們邁向工業(yè)4.0這個(gè)全新的時(shí)代?！崩罱苷f(shuō)。新時(shí)代的新要求，就是必須能夠解決“看不見(jiàn)的問(wèn)題”。

看不見(jiàn)的問(wèn)題通常表現(xiàn)為設(shè)備的性能下降、零部件磨損、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)升高等。這些因素由于很難通過(guò)測(cè)量被定量化呈現(xiàn)，往往是工業(yè)生產(chǎn)智能不可控的風(fēng)險(xiǎn)，大部分看得見(jiàn)的問(wèn)題都是這些看不見(jiàn)的因素積累到一定程度后造成的。比如，一輛集裝箱卡車(chē)有18個(gè)輪胎，以前什么時(shí)候換輪胎只能憑司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，或者到了一定的期限，18個(gè)輪胎一起換掉。但工業(yè)4.0時(shí)代，要求輪胎制造企業(yè)提供的不僅是物理狀態(tài)的輪胎，還要有輪胎在使用過(guò)程中的實(shí)時(shí)狀態(tài)。未來(lái)，司機(jī)可以通過(guò)儀表盤(pán)上的簡(jiǎn)單圖示，精確地知道哪個(gè)輪胎需要作調(diào)整、維護(hù)或?qū)⑵鋼Q掉，傳統(tǒng)維護(hù)方式將從一門(mén)依靠經(jīng)驗(yàn)判斷的“藝術(shù)”變?yōu)橐婚T(mén)可以精密掌握的“科學(xué)”。

滿(mǎn)足“看不見(jiàn)的需求”

工業(yè)4.0的另一個(gè)特點(diǎn)是制造過(guò)程和制造價(jià)值向使用過(guò)程的延伸。就是通過(guò)分析用戶(hù)的使用數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)掘用戶(hù)自己都還未曾意識(shí)到的需求。

例如，人們?cè)谫I(mǎi)車(chē)時(shí)會(huì)有省油的需求，各家汽車(chē)制造商因此致力于改進(jìn)車(chē)型和發(fā)動(dòng)機(jī)，讓汽車(chē)更加省油，卻很少去關(guān)注用戶(hù)的駕駛習(xí)慣對(duì)于油耗的影響，而用戶(hù)也不會(huì)想到要求汽車(chē)具備管理駕駛行為的功能。

但是，工業(yè)4.0時(shí)代的汽車(chē)4S店也許會(huì)是另一番景象。人們不僅在店內(nèi)可以定制自己喜歡的車(chē)

型、顏色和內(nèi)飾等，還可以在一輛布滿(mǎn)傳感器的車(chē)內(nèi)進(jìn)行試駕：當(dāng)用戶(hù)坐上駕駛座椅時(shí)，傳感器會(huì)自動(dòng)記錄整個(gè)座椅上的壓力分布，一款符合用戶(hù)身形和坐姿習(xí)慣的座椅就自動(dòng)設(shè)計(jì)完成了；在用戶(hù)開(kāi)車(chē)過(guò)程中，汽車(chē)內(nèi)部的傳感器自動(dòng)記錄用戶(hù)的駕駛動(dòng)作，進(jìn)而預(yù)測(cè)用戶(hù)的駕駛習(xí)慣，一套兼顧駕駛操作體驗(yàn)和舒適性的動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)即被自動(dòng)匹配完成；在用戶(hù)駕駛汽車(chē)的過(guò)程中，汽車(chē)能夠自動(dòng)識(shí)別用戶(hù)駕駛習(xí)慣的改變，提醒用戶(hù)這種改變對(duì)于能耗和剩余里程的影響；在上下班高峰期，汽車(chē)能夠通過(guò)海量的交通數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)出未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)可能通過(guò)道路的擁堵情況，并為用戶(hù)推薦最佳路徑；在駕駛過(guò)程中，汽車(chē)還可以記錄路面的平整度，這些數(shù)據(jù)首先在系統(tǒng)內(nèi)被分享，提醒后面的駕駛者減速駛過(guò)一段坑洼的路面，隨后被發(fā)送給市政管理部門(mén)，第二天再經(jīng)過(guò)相同路段時(shí)發(fā)現(xiàn)坑洼的路面已經(jīng)被修補(bǔ)好了。用戶(hù)到家后，可以通過(guò)手機(jī)或網(wǎng)頁(yè)查看一天的駕駛記錄，不同駕駛模式下的能耗情況一目了然，可以與社區(qū)內(nèi)的其他用戶(hù)比一比誰(shuí)更加節(jié)能環(huán)保，同時(shí)系統(tǒng)還提供了相應(yīng)的駕駛習(xí)慣改善建議。

此外，用戶(hù)還能查看汽車(chē)的健康狀態(tài)報(bào)告，包括各個(gè)關(guān)鍵部件的健康狀況、損耗情況和故障風(fēng)險(xiǎn)等，與之相配的維護(hù)保養(yǎng)建議也被自動(dòng)提供，這時(shí)用戶(hù)可隨手在網(wǎng)上與4S店預(yù)約維修時(shí)間。如果只是簡(jiǎn)單的零件更換，網(wǎng)上還會(huì)提供帶文字講解的視頻來(lái)詳細(xì)說(shuō)明步驟。最終用戶(hù)會(huì)發(fā)現(xiàn)，不僅自己去4S店的次數(shù)和保養(yǎng)維修的費(fèi)用明顯減少了，而且汽車(chē)出故障的概率幾乎降到了零。

設(shè)備也要能“自省”

針對(duì)工業(yè)4.0時(shí)代對(duì)制造業(yè)提出的新要求，李杰的應(yīng)對(duì)之策是“預(yù)測(cè)式制造”。預(yù)測(cè)式制造系統(tǒng)包括一系列先進(jìn)的預(yù)測(cè)性工具和方法，可以將制造過(guò)程中不斷產(chǎn)生出來(lái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息，以便讓生產(chǎn)管理人員精準(zhǔn)掌握生產(chǎn)全過(guò)程。也就是說(shuō)，預(yù)測(cè)性制造系統(tǒng)讓設(shè)備擁有“自省能力”，隨時(shí)檢查自己的產(chǎn)能、效率和潛在的安全問(wèn)題。

預(yù)測(cè)式制造的另一層含義是通過(guò)對(duì)消費(fèi)者消費(fèi)行為的分析，反過(guò)來(lái)去修正產(chǎn)品的制造。

以李杰團(tuán)隊(duì)做過(guò)的智能電池為例。他們發(fā)現(xiàn)，司機(jī)的駕車(chē)習(xí)慣、經(jīng)常行駛路段的路況等因素都會(huì)導(dǎo)致不同的耗電量，于是就從關(guān)注人、監(jiān)控電池被使用的狀態(tài)出發(fā)，得到了電池在使用、維護(hù)、管理等方面的數(shù)據(jù)，從而也就知道了電池制造中使用哪種材料、哪種電路更為合適?；谶@種思路，開(kāi)發(fā)出軟件，放在云端，然后設(shè)置進(jìn)iPhone、iPad等終端，開(kāi)車(chē)時(shí)只要連上這些智能終端，駕車(chē)者就能接收到汽車(chē)電池使用狀況的數(shù)據(jù)，軟件將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成清楚明白的信息，由終端推送到駕車(chē)者面前，比如到哪里充電、什么時(shí)候換電池等。

讓大數(shù)據(jù)開(kāi)口說(shuō)話(huà)

工業(yè)4.0是一場(chǎng)在“看不見(jiàn)的世界”里進(jìn)行的“戰(zhàn)爭(zhēng)”，而數(shù)據(jù)則是連接可見(jiàn)與不可見(jiàn)世界的橋梁。

李杰將工業(yè)大數(shù)據(jù)對(duì)制造業(yè)的意義歸納為兩個(gè)方面：

一是實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)。在智能制造中，通過(guò)信息物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工廠/車(chē)間的設(shè)備傳感和控制層的數(shù)據(jù)與企業(yè)信息系統(tǒng)融合，使得生產(chǎn)大數(shù)據(jù)傳到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，形成決策，并反過(guò)來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)。在一定程度上，工廠/車(chē)間的傳感器所產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)直接決定了“工業(yè)4.0”所要求的智能化設(shè)備的智能水平。

二是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制與價(jià)值創(chuàng)造。大數(shù)據(jù)是制造業(yè)智能化的基礎(chǔ)，其在制造業(yè)大規(guī)模定制中的應(yīng)用包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、訂單管理、智能化制造、定制平臺(tái)等，核心是定制平臺(tái)。大數(shù)據(jù)能夠幫助制造企業(yè)提升營(yíng)銷(xiāo)的針對(duì)性，降低物流和庫(kù)存的成本，減少生產(chǎn)資源投入的風(fēng)險(xiǎn)。

消費(fèi)者與制造企業(yè)之間的交互和交易行為也會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，挖掘和分析這些消費(fèi)者動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，能夠讓消費(fèi)者參與到產(chǎn)品的需求分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)等創(chuàng)新活動(dòng)中，從而生產(chǎn)出更符合個(gè)性需求的定制產(chǎn)品。

（摘自《解放日?qǐng)?bào)·周一》2015年9月14日 顧學(xué)文/文）