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工业4.0与世界未来:概述(一)

2017-02-07 22:43:55 中国经济文化研究所 阅读

工业4.0与世界未来:概述(一)

生于0715

 

 

2011年后,工业4.0奏响序曲,一些行业哀鸿遍野。在中国,网购迅猛发展冲垮大量实体商业零售,让无数投资商铺和商业的人血本无归;在组装加工厂,越来越多的机器人替代一线流水线工人,让大量组装加工厂人员失业。而这仅仅是开始,随着工业4.0迅猛发展,世界经济和财富结构将经历超级大规模重组,无数人因为失去工作机会而无法生存。

 

本文将围绕财富和工作,对工业4.0进行整体简要概述。主要涉及几个方面:1、定义:对工业4.0(第四次工业革命)进行准确定义,并对工业革命相关的关键概念进行准确定义或描述。2、从宏观大趋势的角度,概括分析工业4.0驱动力、关键特点以及未来方向。3、结合当前世界现状,概述工业4.0的影响,探讨世界的未来方向。4、从系统学科的角度,探讨工业4.0的系统应对思路。

 

本概述的作用在于,既是大系统分析文章,又是世界潮流方向的指向标,还是能否成功应对工业4.0和世界未来的关键检验指标。

 

工业4.0做为新工业浪潮迅猛而来,全面改变整个世界经济的发展模式,进而深刻改变人们的生活。世界潮流,浩浩荡荡,顺之者昌,逆之者亡。需要说明的是,随着工业4.0的全面渗透,只有很少一部分人更加富裕,绝大多数人更加贫困,世界大多数人将失去生存机会。

 

虽然工业4.0的概念在2011年由德国提出,标志第四次工业革命的加速期,不过工业4.0的起点应当追溯到互联网热,以及尤其是前国防部长拉姆斯菲尔德对美军的改造。拉姆斯菲尔德提出美国的未来方向,即缩小规模精锐化,多兵种合作,大量使用新技术和设备,进行即时侦查跟踪和情报传输沟通,快速灵活、更多发展和使用特种部队,精确打击。特种部队不仅依靠拉姆斯菲尔德的军队改造,加速尖端武器的应用,也推动这些武器向民用的转化,推动第四次工业革命的普及。而以无人机/无人机集群、机器狗、新式个人搜索和打击装备为代表的武器智能化,以及以海豹突击队/三角州为代表的军队精英化,同样代表工业4.0的发展方向。

 

工业4.0将以波浪脉冲的模式不断改变世界。工业4.0不是一蹴而就,而是不断发展和升级,并且冲击各个经济领域。每当某项技术集成实现突破,某个产业系统发展升级,或者某个行业大规模推广应用,大规模替代某些类型的工作岗位,都将在不同领域形成巨大冲击,迅速改变既有的经济模式。随着一波波的冲击,工业4.0将以越来越快的速度,改造世界经济。

 

到目前为止,我还没有见到有人对工业4.0做系统概述,更没人系统评估工业4.0的广泛深入影响。虽然在过去数年,工业4.0这个概念在世界范围被热炒并得到广泛普及,但是几乎所有人都基于“小格子”思维,对于工业4.0内涵的深度和广度缺乏足够的认识。在实施工业4.0的具体行业,人们只关注本行业的发展,并不关心工业4.0的世界宏观经济的影响。同时,理论知识界沉溺于过去,几乎忽略工业4.0的发展和意义,有一些人滥竽充数,出版一些东拼西凑似是而非的工业4.0文章和书籍,由于缺乏理论知识界的指导,社会民众对工业4.0更缺乏整体认知。

 

本概述通过三部分,鸟瞰工业4.0和世界前景。 这三部分主要包括: 一、工业4.0的主要构成(狭义工业4.0);二、工业4.0与世界未来;三,应对工业4.0的关键思路(广义工业4.0)。

 

1、工业4.0的主要特点(狭义工业4.0

 

我将狭义工业4.0(第四次工业革命)定义为,以信息技术为主要驱动力,推动工业智能化发展,实现产业流程的整合再造,显著改变农矿业和工业,并且颠覆服务业的聚焦式新产业革命。这个定义明确定义工业4.0的方向和关键领域。每个产业环节都意味着巨大的经济变革,意味着很多新工作岗位产生,更意味着更大规模的工作岗位流失。

 

根据上述定义,可以延伸推导出,广义的工业4.0将超出技术和产业,代表着超级庞大的社会系统工程,重塑世界政治经济军事文化等各个领域,并且反映为超大规模的社会财富系统转移。

 

根据狭义的工业4.0定义,工业4.0具有以下几个关键部分:

 

1、工业智能化,即工业自动化的整合升级(Integrated Upgrades)。

 

从组成部分角度,工业自动化主要包括三大部分,机械技术、电子技术和信息技术。随着信息技术的迅猛发展,推动工业智能水平不断提高。机械技术和电子技术不断发展,支持和配合信息技术发展,并且实现整合式升级。

 

根据公认的定义,第一次工业革命是利用水力及蒸汽的力量作为动力源突破了以往人力与兽力的限制,第二次工业革命则使用电力为大量生产提供动力与支持,也让机器生产机器的目标实现,第三次工业革命则是使用电子设备及信息技术(IT)来校除人为影响以增进工业制造的精准化、自动化。工业4.0即第四次工业革命的时尚说法,主要指智能化操控系统实现高度自动化,可以主动预测和排除多种问题。

 

我从工业自动化的组成角度,界定四次工业革命,能够清晰体现工业4.0的特殊之处。如果按照公认定义,一般人难以理解工业4.0主要特点在哪里。而如果从工业自动化的组成部分角度,回过头来对四次工业革命进行描述,则能够更清晰地认识历史,并且看到未来的发展趋势。 其中,第一次和第二次工业革命,主要是机械技术革命,即以机械为主导的革命。第三次工业革命则是以电子化为主导、推动工业自动化发展的工业革命。在电子化的推动下,材料工业和机械工业等各大类工业均出现革命性变革。

 

在第三次工业革命早期,工业自动化主要指生产设备的机电一体化。自动化设备以机械为主导,在机械设备的基础上加载电子控制系统。随着电子控制系统快速强大,反过来改造机械行业。在信息技术产生和发展后,在电子系统上进一步加载信息控制系统,形成初步意义上的自动化生产设备。1990年代之后,随着信息技术的迅猛发展,信息技术的主导性日益增强。信息技术推动电子技术的变革,进一步推动机械技术的变革,生产自动化水平迅速提升。

 

工业4.0时代,则是以信息技术的突破性为驱动力,支持工业自动化向工业智能化升级,并且进一步整合机械和电子系统,形成工业自动化/智能化的不断整合升级。工业4.0的 整合升级集中体现在几个部分:

 

A、自动化生产的系统集成能力不断提升,柔性生产特点日益增强。在工业流程主导阶段,大多数自动化设备/单元独立操作,各自生产,共同形成生产流程。随着信息技术提升,越来越多的独立单元被整合为系统操作,协同运作和生产。而且,自动化生产系统被进一步整合,形成更大的系统生产。通过自动化系统的整合与提升,自动化生产的多功能生产能力不断越强,即柔性生产的能力持续增强。

 

自动化系统集成能力提升,减少生产流水线投资。在机械和电子化时代,生产一种新产品,往往需要进行相应的技术改造,投资一条新的流水线。多产品生产,即使产品大同小异,往往也需要多条流水线。随着自动化程度越来越高,流水线的生产弹性越来越大,一些类似产品可以共线生产,被称为柔性生产,其中以丰田的柔性生产线最为著名。

 

在工业4.0时代,随着工业生产自动化和智能化程度提高,生产系统的集成能力提升,工业生产流水线的生产弹性更大。生产弹性主要包括两方面:a、生产线模块化建构,不断降低生产线中僵化的机械部分,增加模块化的生产单元,提高生产弹性。b、生产线智能化整合,通过模块化单元的自动化设备,以及整个生产线的智能化整合,提高生产弹性。在生产弹性提高后,多数类似产品都可以共线生产,不需要建新的生产线。大规模降低冗余生产线投资,既减少过剩投资,也减少生产低谷时的产能过剩。

 

随着自动化和智能化的发展,自动化设备大规模替代人工,生产线的工作人员急剧减少。每一步的自动化智能化提升,都意味着需要的人工减少。而且,越是劳动密集型产业,自动化设备对人工的替代性越强。在劳动密集型产业中,当流水线大幅提高自动化程度后,大量减少操作人员。

 

富士康作为世界最大的劳动密集型企业,成为应用自动化设备的代表。富士康曾经号称,将在5年时间装备100万台机器人。最后,此计划并没有实现,只装备了少量的机器人。不过,即使在自动化上的少许进展,也导致生产线上的工作人员数量大幅减少。

 

自动化生产水平提升将重塑国际产业格局。自动化生产的水平越高,需要的工人数量越少,人工成本占整体生产成本的比重大幅降低。在过去,很多人无法相信,劳动密集型企业能脱离大量劳动力而生存。但是,随着越来越多自动化设备的发明,劳动密集型产业变成资本和技术密集型产业,流水线工人数量大幅缩减。于是,一些发达国家的企业开始在本国建厂,投资高度自动化的生产流水线,很少的工人操作。随着制造业开始回流发达国家,国际产业格局的发展开始逆转。

 

B、生产链的自动化整合升级,尤其以自适应的产业链运作为代表。随着信息技术提升,产业链的自动化控制与调节能力日益增强,产业链运转系统运转效率不断提升,包括采购、运输、储存、生产、储存、销售等全产业链环节,提升工业组织和生产效率。在技术和管理支持下,JIT的运作思想越来越普遍。

 

随着生产链的自动化系统升级,生产链的运营效率更高,综合成本更低。在生产链的各个环节上,通过对自动化设备的投资,大幅提高仓储信息的准确性,仓储和运输的条理性和可靠性。每个环节的设备投资,都能够降低材料和时间冗余,降低错误造成的偏差,降低生产成本。在各个环节的基础上,通过自动化和智能化系统的投资,对整个生产链进行整合,大幅减少各环节衔接的冗余和错误,进一步降低综合成本,提高市场反应速度,减少各类库存和次品率。

 

自动化设备和智能化系统的应用,大幅减少人工的使用。在非自动化生产链中,仓储、运输和保管人员占据较高比例。而且,越是复杂产品的生产,产品线越多,相应人员越多,以保证仓库物料充足,仓储数据及时更新。随着自动化智能化提升,相应工作人员大幅减少,甚至开始出现全自动操作仓库。 全生产链人员减少,以及生产流程自动化,意味着管理人员数量急剧减少,降低人工成本。

 

C、微型化自动生产是自动化整合升级的重大突破领域。

 

工业4.0的最显著突破,反映在前所未有的小型/微型自动化生产。在大中型生产领域,工业4.0的作用,主要是在既有工业生产基础上,改善运营模式,提升生产经营效率。例如,大型数控机床/数控加工中心的主要作用,往往并不是成本更低,而只是加工精度更高,其产品用在更高端的设备上。但是,随着小型数控机床的发明,微型数控机床的发展,则意味着生产领域的重大突破。不论信息操控系统、电子系统、还是机械系统,都在实现小微型化的过程中,保持强大的功能。而且,随着技术不断进步,系统整合能力不断增强,小微型自动化生产设备的功能更加强大,成本更加低廉。

前三次工业革命,主要以大中型生产线,替代小微型生产。在过去,小型生产的问题在于,生产质量难以保证,或者单位生产成本过高。大中型工厂和流水线的存在意义在于,在保证质量的同时,实现生产的规模效益。所以,第一次工业革命,以中型手工工场替代手工作坊;第二次工业革命,以大工厂机器流水线代替中型手工工场;第三次工业革命,以全球化产业链整合大机器工厂。规模一次比一次大,生产效率不断提高。

 

大中型生产线的关键问题在于,初始投资过大,综合运营成本过高,无法适应市场的急剧变化。每当一个市场出现后,国际竞争者大规模投资,相互之间竞争,形成巨大的产能过剩,进而形成国际经济危机,并以战争终结工业革命。每一次经济危机和人口死亡的规模,都是前一次的成百上千倍。第一次工业革命以美国内战/南北战争为关键点结束,第二次工业革命的结束点是二战,第三次工业革命将以世界大崩溃为结束点,即以中国大物理为代表的世界大多数人口减损。

 

小微型化自动生产的出现,开始打破小型生产的瓶颈。微型自动化生产的优势是,既保证生产质量,也降低生产成本。微型自动化生产意味着初始投资低,生产数量和生产地点灵活,产品生产和改动灵活。而且,随着小微型自动化生产的普及,相关设备成本大幅降低,功能也不断完善强大,生产效率不断提升。在较为简单的小型商品生产上,通过小微型自动化设备的组合,可以很容易形成低成本、高质量的生产能力。

 

随着工业4.0的推进,作坊式工厂再度复兴,表现出“逆工业化”的经济特征。在市场需求中,建筑机械、汽车和冰箱等大中型产品的需求较少,而各种花样繁多的中小产品需求占主要部分,这些中小产品的生产都可以通过小微型自动化生产线实现。随着小微型自动化生产的普及,将替代大多数初始投资高、运转系统复杂、运作成本高、运转缺乏灵活性的大中型生产线。在未来,除了少数大中型生产线被保留之外,大量小微型生产线形成的作坊式工厂,将大量替代大中型工厂。随着作坊式工厂的替代和复兴,工业生产格局也将全面改变。

 

微型化自动生产,将改变企业的雇员模式。在传统生产流水线上,大量工人被孤立在自己的岗位上,执行单一的功能,也意味着需要众多工人完成不同工序。在劳动密集型企业中,即使在小企业的流水线上,经常也需要几十人到几百人协调工作。随着微型自动化生产发展和深入,劳动密集型企业的用工数量将大幅减少,减少比例可达80-90% 

 

(待续)

 

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