魏風(fēng)軍+陸秋杏+鄧曉霞+苗艷芳+劉浩+方靜靜

2010年7月，德國(guó)政府發(fā)布《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》，工業(yè)4.0是該戰(zhàn)略確定的十大未來(lái)項(xiàng)目之一；2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上德國(guó)發(fā)布《實(shí)施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略建議書》；2013年12月19日，德國(guó)電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)布德國(guó)“工業(yè)4.0”標(biāo)準(zhǔn)化路線圖。由此開(kāi)始，德國(guó)“工業(yè)4.0”逐步被世界工業(yè)界所認(rèn)知?！肮I(yè)4.0”迅速成為德國(guó)的另一個(gè)標(biāo)簽，并在全球范圍內(nèi)引發(fā)了新一輪的工業(yè)轉(zhuǎn)型競(jìng)賽。在中小企業(yè)云集的中國(guó)，工業(yè)4.0的概念也備受追捧，被各地政府列入工業(yè)轉(zhuǎn)型的方案當(dāng)中，然而，德國(guó)工業(yè)4.0究竟是什么？遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同于德國(guó)制造企業(yè)的中國(guó)紙包裝行業(yè)，在工業(yè)4.0的熱炒之下，如何合理尋找及定位適合于自己的轉(zhuǎn)型之路？本文試就此予以探討。

德國(guó)“工業(yè)4.0”的內(nèi)涵

德國(guó)是全球制造業(yè)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)家之一，其裝備制造行業(yè)全球領(lǐng)先。這是由于德國(guó)在創(chuàng)新制造技術(shù)方面的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，以及在復(fù)雜工業(yè)過(guò)程管理方面高度專業(yè)化使然，意味著德國(guó)確立了其在制造工程行業(yè)中的領(lǐng)導(dǎo)地位。一般來(lái)說(shuō)的“工業(yè)1.0”起源于18世紀(jì)末機(jī)械制造設(shè)備的引進(jìn)，蒸汽革命全面開(kāi)始，進(jìn)入機(jī)械化生產(chǎn)時(shí)代；“工業(yè) 2.0”就是電力時(shí)代，使得工廠生產(chǎn)流水線化、標(biāo)準(zhǔn)化；“工業(yè)3.0”就是現(xiàn)在正在進(jìn)行的信息革命，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，程度提高。與前三次工業(yè)革命相比，“工業(yè)4.0”是在當(dāng)前成功應(yīng)用信息和通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)及強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上而提出的，就是綜合運(yùn)用信息物理耦合系統(tǒng)，將資源、信息、物品和人進(jìn)行互聯(lián)，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)，進(jìn)而將這種服務(wù)模式用于工業(yè)領(lǐng)域，促進(jìn)制造業(yè)智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。如下圖1所示。

如果對(duì)德國(guó)工業(yè)4.0的核心進(jìn)行概括，可以簡(jiǎn)化為：建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)CPS（Cyber-Physical System，信息物理系統(tǒng)）、研究?jī)纱笾黝}（智能工廠、智能生產(chǎn)）、實(shí)現(xiàn)三大集成（橫向集成、縱向集成與端對(duì)端集成）、推進(jìn)三大轉(zhuǎn)變。

其一是建設(shè)一大網(wǎng)絡(luò)，亦即信息物理系統(tǒng)（CPS），CPS的核心思想是強(qiáng)調(diào)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與實(shí)體物理系統(tǒng)的融合。換言之，即強(qiáng)調(diào)制造業(yè)在數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上的轉(zhuǎn)型，其主要特征可以用6個(gè)字母C來(lái)定義，即Connection（連接）、Cloud（云儲(chǔ)存）、Cyber（虛擬網(wǎng)絡(luò)）、Content（內(nèi)容）、Community（社交）、Customization（定制化），它可以將資源、信息、物體以及人員緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)服務(wù)，并將生產(chǎn)工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)智能環(huán)境。

其二是研究?jī)纱笾黝}，亦即智能工廠與智能生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的核心是智能工廠與智能生產(chǎn)。作為目標(biāo)核心載體的智能工廠，即分散的、具備一定智能化的生產(chǎn)設(shè)備，在實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互之后，能夠形成高度智能化的有機(jī)體，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、分布式的生產(chǎn)設(shè)施；智能生產(chǎn)的側(cè)重點(diǎn)在于將人機(jī)互動(dòng)、智能物流管理、3D打印等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。未來(lái)智能工廠與智能生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)意味著：較之傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，新的生產(chǎn)方式將大幅提高資源利用率，產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)圖像顯示使得虛擬生產(chǎn)變?yōu)榭赡?，從而減少材料浪費(fèi)；個(gè)性化定制將成為可能并且生產(chǎn)速度大幅提高。

其三是實(shí)現(xiàn)三大集成，亦即價(jià)值鏈上企業(yè)間的橫向集成、網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)的縱向集成，以及端對(duì)端的工程數(shù)字化集成。

最后是促進(jìn)三個(gè)轉(zhuǎn)變。其一是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)由集中向分散的轉(zhuǎn)變，規(guī)模效應(yīng)不再是工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，工業(yè)生產(chǎn)的基本模式將由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制轉(zhuǎn)變；其二是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品由大規(guī)模趨同性生產(chǎn)向規(guī)模化定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，未來(lái)產(chǎn)品都將完全按照個(gè)人意愿進(jìn)行生產(chǎn)，極端情況下，將成為自動(dòng)化、個(gè)性化的單件制造；其三是實(shí)現(xiàn)從“客戶導(dǎo)向”向客戶全程參與的轉(zhuǎn)變，客戶不僅出現(xiàn)在生產(chǎn)流程的兩端，而是廣泛、實(shí)時(shí)參與生產(chǎn)和價(jià)值創(chuàng)造的全過(guò)程。

綜上所示，工業(yè)4.0的主要目的在于確保德國(guó)制造業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)德國(guó)制造業(yè)從單純的圍繞產(chǎn)品生產(chǎn)，向數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用基礎(chǔ)上的智能模式轉(zhuǎn)變。其核心就是利用信息通信技術(shù)把產(chǎn)品、機(jī)器、資源和人有機(jī)結(jié)合在一起，通過(guò)信息通信技術(shù)建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的智能制造模式。在此模式中，CPS系統(tǒng)將推動(dòng)生產(chǎn)對(duì)象直接或借助互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)“機(jī)器對(duì)機(jī)器”通信自主實(shí)現(xiàn)信息交換、運(yùn)轉(zhuǎn)和互相操控；智能工廠能夠自行運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)品與機(jī)器可以相互交流，機(jī)器可以自組織生產(chǎn)，供應(yīng)鏈將自動(dòng)化協(xié)同，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組，創(chuàng)造新價(jià)值的過(guò)程將發(fā)生改變。如圖2所示。

紙包裝行業(yè)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.紙包裝行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)紙制品包裝行業(yè)在為商品包裝作出貢獻(xiàn)的同時(shí)，自身也得到較快發(fā)展，成為我國(guó)包裝工業(yè)重要組成部分。目前紙包裝工業(yè)產(chǎn)值已經(jīng)在我國(guó)包裝工業(yè)中占據(jù)了40%的份額。然而，在肯定成績(jī)的同時(shí)，必須清醒地看到，我國(guó)包裝業(yè)規(guī)模雖大但大而不強(qiáng)，增速較快但快而不優(yōu)，制而不創(chuàng)，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大差距。圖3所示為當(dāng)前紙包裝行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈。

2.紙包裝行業(yè)存在的問(wèn)題

當(dāng)前國(guó)內(nèi)紙包裝行業(yè)發(fā)展存在的問(wèn)題主要如下：

①紙包裝行業(yè)的自主創(chuàng)新能力較為有限，紙包裝的高性能裝備、版材、智能制造等核心技術(shù)對(duì)外依存度較高。對(duì)于紙包裝、行業(yè)發(fā)展所需要的高端印刷設(shè)備、瓦線、關(guān)鍵零部件和元器件、關(guān)鍵印刷材料等大多需要依賴進(jìn)口。

②紙包裝及印刷產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題突出，每年直接或間接質(zhì)量損失超過(guò)50億元，部分紙質(zhì)印刷品的次品率偏高。

③紙包裝行業(yè)整體的資源利用效率偏低，在環(huán)保問(wèn)題尤為明顯，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）能耗約為世界平均水平的2.6倍。相信在未來(lái)很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，環(huán)保將成為促進(jìn)紙包裝行業(yè)技術(shù)革新的關(guān)鍵動(dòng)力。endprint

④紙包裝行業(yè)的結(jié)構(gòu)不夠合理，在技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)以及生產(chǎn)型服務(wù)業(yè)比重有些偏低，產(chǎn)業(yè)集聚和集群發(fā)展水平有限，具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型紙包裝企業(yè)偏少。

⑤紙包裝行業(yè)的管理瓶頸日趨顯現(xiàn)?；趪?guó)內(nèi)紙包裝行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以中小微型企業(yè)為主，大多數(shù)的印刷企業(yè)管理效率極其低下，管理成本相對(duì)較高，帶來(lái)的質(zhì)量及技術(shù)延伸問(wèn)題較多，降低了紙包裝產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

正基于以上紙包裝行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及問(wèn)題，紙包裝行業(yè)在實(shí)現(xiàn)德國(guó)“工業(yè)4.0”會(huì)面臨較大的挑戰(zhàn)。根據(jù)中國(guó)包裝咨詢網(wǎng)的調(diào)查，其挑戰(zhàn)主要來(lái)自圖4所示。

我國(guó)紙包裝行業(yè)學(xué)習(xí)借鑒德國(guó)工業(yè)4.0的重要意義

作為紙包裝大國(guó)的中國(guó)，當(dāng)前面臨產(chǎn)能過(guò)剩、利潤(rùn)低的狀態(tài)，加之已經(jīng)在資源、環(huán)境方面的諸多制約因素，因此紙包裝行業(yè)積極探索德國(guó)工業(yè)4.0具有十分重要的意義。

第一，是紙包裝行業(yè)積極推動(dòng)“兩化融合”的必然選擇?！皟苫诤稀笔侵感畔⒒?、工業(yè)化，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的引擎和著力點(diǎn)，是促進(jìn)紙包裝由大變強(qiáng)的必由之路。但目前紙包裝領(lǐng)域的“兩化”的融合仍面臨一些問(wèn)題，處于初級(jí)階段，如集成協(xié)同應(yīng)用水平仍較低，其信息化與紙包裝企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理和決策沒(méi)有有效結(jié)合，尤其是信息化與瓦線設(shè)備的深度協(xié)同，與紙包裝產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間未能充分實(shí)現(xiàn)有效深度銜接，整體智能化、自動(dòng)化程度不夠，綜合成效有限。而德國(guó)“工業(yè) 4.0”高度重視信息化及工業(yè)化的深度契合，能為紙包裝的“兩化融合”提供很好的學(xué)習(xí)借鑒和一定范式。

第二，有利于確保中國(guó)紙包裝的未來(lái)。當(dāng)前國(guó)外制造業(yè)出現(xiàn)“返巢”的現(xiàn)象，再加之計(jì)劃生育及房?jī)r(jià)的影響，我國(guó)勞動(dòng)力價(jià)格一路攀升，其低成本優(yōu)勢(shì)逐步喪失，各地出現(xiàn)人才荒。因此，積極借鑒學(xué)習(xí)德國(guó)工業(yè)4.0的思維及技術(shù)路徑，取其所長(zhǎng)，為我所用，這對(duì)于確保紙包裝行業(yè)的未來(lái)具有很深的有效推動(dòng)作用。

第三，有利于促進(jìn)紙包裝產(chǎn)業(yè)升級(jí)改造。正如同上文所述，我國(guó)紙包裝大而不強(qiáng)，其根本原因在于以下4點(diǎn)：一是紙包裝行業(yè)缺乏深度自主創(chuàng)新；二是紙包裝產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題相對(duì)突出；三是資源利用效率低下；四是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)能過(guò)剩?；谶@些問(wèn)題，德國(guó)工業(yè)4.0是很好的學(xué)習(xí)模式，積極應(yīng)對(duì)工業(yè)4.0對(duì)于紙包裝行業(yè)集合信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展、自動(dòng)化發(fā)展有重要的意義，有利于推動(dòng)紙包裝行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)改造。

用德國(guó)工業(yè)4.0變革國(guó)內(nèi)紙包裝行業(yè)

當(dāng)前，工業(yè)控制與自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步為紙包裝行業(yè)的跨越式發(fā)展提供了重要的支撐。由于紙包裝行業(yè)對(duì)于產(chǎn)能、工藝、產(chǎn)品周期和信息管理等各方面的要求極高，因此其對(duì)工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的投入以及對(duì)該領(lǐng)域的新技術(shù)、新產(chǎn)品和新趨勢(shì)接受度也比較高。比如工業(yè)自動(dòng)化控制，其實(shí)十多年前就已經(jīng)被應(yīng)用在紙包裝行業(yè)的瓦楞生產(chǎn)線里。因此，“工業(yè)4.0”里所包含的很多技術(shù)、內(nèi)容和構(gòu)想都早已被應(yīng)用于紙包裝生產(chǎn)過(guò)程中?！肮I(yè)4.0”的提出將進(jìn)一步推動(dòng)整個(gè)紙包裝行業(yè)從生產(chǎn)效率、信息化、安全化、低碳節(jié)能等各方面進(jìn)行綜合性的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

首先，德國(guó)“工業(yè)4.0”中所提及的柔性生產(chǎn)線使得資源的重新配置成為可能。當(dāng)今紙包裝行業(yè)一般是以靜態(tài)生產(chǎn)線為主，即按照預(yù)定義的序列按部就班生產(chǎn)，很難重新配置。在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，紙包裝的供應(yīng)端和消費(fèi)端同時(shí)發(fā)生著劇變，紙包裝企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的定義也從產(chǎn)品質(zhì)量轉(zhuǎn)移到了客戶價(jià)值創(chuàng)造。這意味著紙包裝企業(yè)需要能夠生產(chǎn)更快、更先進(jìn)的產(chǎn)品和系統(tǒng)，要能適應(yīng)短版活，在更短的時(shí)間內(nèi)滿足客戶個(gè)性和多樣的要求?！肮I(yè)4.0”強(qiáng)調(diào)的是柔性生產(chǎn)線和動(dòng)態(tài)價(jià)值鏈的實(shí)現(xiàn)，從而更好地協(xié)調(diào)客戶和產(chǎn)品之間包括設(shè)計(jì)、訂貨、生產(chǎn)和物流在內(nèi)的一系列具體供求關(guān)系。當(dāng)靜態(tài)生產(chǎn)線轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)智能管理后，紙包裝的多產(chǎn)品生產(chǎn)適應(yīng)能力將大大提升。

其次，在德國(guó)“工業(yè)4.0”概念的影響下，紙包裝行業(yè)將更重視提高能源利用率，完善人與設(shè)備之間的組織化動(dòng)態(tài)協(xié)作。

除了對(duì)于紙包裝制造層面的影響，紙包裝行業(yè)的供應(yīng)與售后體系也將被重塑，其將會(huì)形成更復(fù)雜的供應(yīng)鏈和價(jià)值鏈。德國(guó)“工業(yè)4.0”意味著紙包裝技術(shù)和生產(chǎn)過(guò)程的轉(zhuǎn)變，同時(shí)也將在整個(gè)管理、組織結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。上文所述德國(guó)“工業(yè)4.0”的核心內(nèi)容里三大集成中的“橫向集成”，其實(shí)就是指的公司外部的供應(yīng)鏈模式與其合作伙伴的關(guān)系集成。紙包裝作為諸多包裝用戶行業(yè)的配套，其產(chǎn)業(yè)鏈比較長(zhǎng)，因此其供應(yīng)鏈條的集成十分重要。

未來(lái)的紙包裝行業(yè)，逐步向“工業(yè)4.0”演繹，紙包裝裝備廠家在生產(chǎn)制造領(lǐng)域不斷智能化、工業(yè)化，其將在整體上推動(dòng)紙包裝產(chǎn)業(yè)鏈前后端體系的重塑與演變，尤其是對(duì)于短版、個(gè)性化產(chǎn)品的適應(yīng)與供貨及時(shí)度的能力逐步提升。隨著“工業(yè)4.0”時(shí)代的到來(lái)，紙包裝企業(yè)信息化度及其覆蓋面的加大和在產(chǎn)業(yè)鏈不同階段精準(zhǔn)度的提高，紙包裝公司的生產(chǎn)設(shè)備、物流采購(gòu)、人員等都形成一套龐大的復(fù)雜“網(wǎng)絡(luò)”，將紙包裝的需求端、生產(chǎn)端以及供應(yīng)端以智能手段相互緊密組織，紙包裝的制造與使用將更為智能、快捷與便利。

總結(jié)

在紙包裝行業(yè)，高寶、理光、富士、惠普、海德堡、博斯特、BHS等紙包裝行業(yè)大鱷已經(jīng)對(duì)“工業(yè)4.0”有一定的嘗試和經(jīng)驗(yàn)，他們也逐漸會(huì)把這些運(yùn)用到中國(guó)市場(chǎng)；與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)的京山輕工、合興、勝達(dá)、東方精工、美盈森等紙包裝企業(yè)也在“工業(yè)4.0”的概念下高調(diào)布局。但同時(shí)我們也應(yīng)該看到，“工業(yè)4.0”并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的范式，針對(duì)紙包裝行業(yè)而言，“工業(yè)4.0”的價(jià)值更多是把現(xiàn)有的紙包裝領(lǐng)域技術(shù)予以整合，給紙包裝的產(chǎn)業(yè)鏈勾勒出一個(gè)具有可操作性的場(chǎng)景。當(dāng)前紙包裝行業(yè)企業(yè)與德國(guó)先進(jìn)制造企業(yè)的差距也許不僅僅是在設(shè)備領(lǐng)域，在體系、架構(gòu)的設(shè)計(jì)與構(gòu)筑上差異則更大。在“工業(yè)4.0”、信息化、“中國(guó)制造2025”浪潮的推動(dòng)下，運(yùn)用智能裝備、網(wǎng)絡(luò)、軟件與架構(gòu)技術(shù)，整合當(dāng)前國(guó)內(nèi)紙包裝行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，找到適合自身發(fā)展的路徑，構(gòu)筑具有中國(guó)特色的紙包裝“工業(yè)4.0”平臺(tái)以及生態(tài)圈才是當(dāng)前紙包裝行業(yè)應(yīng)該深入發(fā)力的所在。

作者單位：河南科技大學(xué)包裝工程系endprint