2021,和工業4.0説拜拜

2021,和工業4.0説拜拜
來源/工業精神(ID:IndustrieGeist)

作者/吳昊陽

封面/圖蟲創意

自從2013年孔院長提出工業4.0概念以來,與此題目相關的報告和技術交流我差不多也做了好幾百場了,在當時的公司結合產品和技術特徵提出了設計4.0、製造4.0和工廠4.0,也開始了公眾號寫作,在工業4.0火爆的那幾年也算是也賺足了眼球。

但是我本人對工業4.0其實並不是特別感冒,而且特別反對中國製造業一窩蜂地跟進搞工業4.0或智能製造項目,並不是説這些概念不好,只是它並不是一個普適性的技術發展規律。中國民營製造業經過40多年的快速發展,到近期確實遇到很多瓶頸,但工業4.0或智能製造絕不是必然的轉型升級的路徑。而且製造業的發展也並沒有什麼必然的規律。

很多務實經濟學專家指出:中國的製造業不要好高騖遠,要先補2.0的課,再落實3.0,4.0離我們還太遠。這個建議的出發點是好的,我本人也反對不顧自然法則的“大躍進”。但是這個論斷的邏輯並不正確。因為從工業1.0到4.0並不存在相互取代的關係,而是共生且並行發展的。即便在4.0時代的歐美國家也存在大量1.0時代的製造技術、設備、理論和生產方式。

例如,早在工業1.0之前工廠尚未出現,所有的製造都是在家庭作坊中完成的,不妨把前工業時期稱為工業0.0。當時的生產模式可稱之為“家庭作坊式生產”:沒有機器,沒有生產線,所有的製造都靠手工和簡單的工具。麪包坊、裁縫店、鐵匠鋪都屬於這種“落後”的生產模式。不幸的是,即便到現在,在製造業最發達的歐美和日本等國,家庭作坊式生產仍然普遍存在,二三十人的小微製造企業俯拾即是,而且技術水平相當高,最典型的行當恰恰是自動化設備的研發和生產。

如果要搭建一個自動化生產線,所有的零部件都可以外購,那麼生產過程就是裝配。因為這種生產線的產量小,並且非標程度高,因此沒有辦法搞流水線作業,而裝配所使用的工具無外乎扳手和螺絲刀,搬運工具也不是現在時髦的AGV小車或機器人,而是最普通的電葫蘆和叉車,就連組織方式也採用傳統的家族企業模式和學徒制。這不就是工業0.0時代的家庭作坊式生產嗎?你可以説組裝自動化生產線這種生產方式和生產工具是落後的,但自動化生產線作為工業產品本身卻是先進的。

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圖為Rockwell的工程師在組裝阿波羅1號的組件

用一句多層嵌套的邏輯表達就是:製造“智能製造”設備的製造過程,並不是通過智能製造實現的,而是採用了最原始的製造模式。

不管是衣服、鞋帽,還是跑車、機牀,甚至衞星、火箭、光刻機,只要產量不大,就都適合採用工業0.0的生產方式和生產工具,而生產方式只有適合不適合,沒有落後不落後的説法。比如LV定製或宇航服的生產,都是在同樣的縫紉機上,由女工手工縫製而成的,生產方式與阿里犀牛或紅領西服的柔性製衣系統相比是大大落後的,但其產品價值或科技含量卻遠高於淘寶上賣的衣服。

製造不能脱離產品而存在,而廣義的製造(既生產,Production,其字根Produc-有孕育,創造之意)也是包含產品開發和售後服務的。而工業4.0講的是狹義的製造(既手工製作,Manufacturing,其字根Manu-就是手的意思)。

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上圖是中國業內普遍對工業4.0 的理解(摘自知乎,而我個人認為這種對製造業發展邏輯的理解是混亂的):按照當前世界的共識,工業1.0是蒸汽機時代,工業2.0是電氣化時代,工業3.0是信息化時代,而工業4.0其實就是“互聯網+製造”,也就是所謂的智能化時代。這個概念最開始是由德國提出的,到了美國是“工業互聯網”,到中國則被稱為“中國製造2025”。

我國的製造業要突破瓶頸,就不能僅僅着眼於狹義的製造,不能只看到製造過程本身,更要關注產品和工藝(此處不做展開討論)。

上圖中説工業2.0是電氣化與自動化時代,但“自動化”和“電動化”是相互獨立的。早在1.0的機械製造時代就已經出現了成熟的自動化技術:棘輪和凸輪等機械機構被設計出來,用於實現邏輯和運動控制,比如鐘錶就是經典的機械自動化產品。而在大機械時代,水輪機和蒸汽機就已經通過皮帶把動力傳送到工廠內部,並帶動複雜的機械機構實現自動化生產。而蒸汽機很早就採用了離心節速器控制蒸汽閥門和轉速,成為自動控制的經典案例。

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機械化棉紡廠生產線:水輪機和蒸汽機時代動力源通常在工廠外部,通過皮帶把動力轉給車間內的自動化設備。

倒是可以説工業2.0是電氣自動化時代,而工業1.0是機械自動化時代。從1.0到2.0標誌性的技術並不是出現了自動化,而是驅動自動化的動力發生了改變,本質上是一次動力革命。除了電力,還有氣壓和液壓驅動。3.0時代則可以理解為信息的自動化,即用自動化的方式處理信息。

在工程領域,理論往往落後於實踐。儘管信息論和控制論這兩部現代工程學經典理論都產生於工業3.0時代,但早在0.0時代人類的能工巧匠就已經開始嘗試用信息編碼來控制自動化設備。例如下圖的“金屬碟狀多音軌音樂盒”,我這個命名應該還是比較準確的描述了這個古代儀器的特徵:與八音盒類似,圓盤上凸點轉過的地方發出聲響,金屬碟轉動幾周後,所有音軌上記錄的音符被播放完畢。這裏,樂譜作為信息是通過凸點記錄在金屬碟片上面的,在古代歐洲甚至有投幣就可以自動選擇喜歡的曲子,感興趣的讀者可以打開圖片下面的視頻。

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機械自動化時代對機器的邏輯控制也是同樣的原理,如果要運行其他程序,那麼只需要更換這種帶金屬凸點的滾筒或者帶孔的紙帶即可。下面兩個視頻就是用紙袋控制樂器演奏,今天仍讓人歎為觀止。

不管是用棘輪還是繼電開關控制機器,都可以用這種紙帶作為控制程序也就是信息的載體,但是對信息的處理是非常麻煩且耗時的。比如把樂譜轉成紙帶孔這個編譯過程就沒法自動完成。而發明計算機的最初動因就是為了對情報自動進行解碼和編碼,就是對信息進行自動化處理。在我看來所謂的信息化就是“信息自動化”。

計算機技術給製造業帶來的變革是可以快速重構的可編程的自動化,是對信息的自動化處理。工業3.0時代,PLC的重要性在於它是可編程的控制器,而實現自動化的執行機構則仍然是工業1.0和2.0時代的機械,馬達、氣缸和液壓缸等。

如果説3.0是電子信息時代,那麼PLC就不能算是那個時代製造業標誌性的技術。因為PLC對信息的處理能力有限,只能控制開關量進而對執行機構進行邏輯控制。而在PLC出現之前,繼電器和各種機械機構就可以完美地解決邏輯控制問題了,而紙帶和磁帶也解決了程序控制問題。況且,同樣是控制器,DCS在流程製造中的作用更是劃時代的,孔院長只提了PLC,顯然是太偏心離散製造了,而且是狹義的離散製造業。

如果大家都認同3.0是信息化(信息自動化)時代,那麼在這個時代,為製造業解決最大的信息處理問題的無疑是製圖,不管機械圖還是電路圖,工程師們處理圖紙信息所消耗的時間和精力才是最大的。所以CAD才是這個時代的王者,PLC根本排不上。

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工業2.0時代的程序員,同樣是大規模協同作業設計產品

我之所以四次工業革命這套理論不感冒,最主要的原因在於它對工業4.0時代標誌性技術的描述:信息技術和物聯網技術與製造過程的融合。七年前我看到之後第一反應就是:這也太容易了吧。物聯網,射頻識別,產品追蹤,異地網絡製造這些技術至少20年前就已經成熟了,並且很多行業已經在應用。

如果互聯網加製造就是工業4.0,那麼工業4.0絕不能算是第四次工業革命,充其量是第四次工業革命的前奏。即便是CPS或數字孿生,也都是工業3.0時代的產物,絕不是那種可以與蒸汽機、電動機和計算機相比肩的顛覆性技術。

我們可以用“嚇尿程度”來評估目前是否正在進行第四次工業革命。假設我們讓瓦特通過時間旅行穿越到1930年代的美國,那麼他多半會被燈紅酒綠的夜生活和穿梭往來的汽車嚇尿;如果讓愛迪生穿越到90年代,他也多半會驚訝於各種電子產品和互聯網,儘管他是電氣時代偉大的發明家,但穿越之後也只能在信息時代做個普通人;要是讓圖靈穿越到現在,想必他一下子就能理解我們現在所處的信息社會的運作方式,不出幾個月他就會再次成為信息領域頂尖的高手。所以如果想讓圖靈驚掉下巴,還需要更加顛覆性的技術革命和產業革命,可見真正意義的第四次工業革命尚未開始。

“工業4.0理論”(姑且稱它是一種製造業發展的理論吧)最大的缺陷就在於它對正在發生的第四次工業革命和科技革命缺乏遠見。只看到了當下成熟的網絡技術,而對人工智能、新材料、新工藝等有可能顛覆現代製造業的技術和理論缺乏想象力。

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