“工业4.0”时代的管理架构研究

“工业4.0”最早源于德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助的研究项目，由德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等学术及产业界的建议和推动下形成，并在2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出。该项目的主要目的是为了提高德国工业在全球的竞争力，以在新一波的工业革命中取得先机。目前该项目目标已经成为被德国科研和产业界广泛认同的国家战略，同时也迅速被世界上其他国家广泛关注，比如美国也在采取措施，通过推进“高端制造业”计划。技术理念的变革势必带来管理的相应改变，以满足新型技术产生的各类挑战。

1.工业4.0的概念及特征

“工业4.0”模式是由传统的工厂集中式控制方式转向分布式智能型控制方式转变，目标是建立一个可以灵活配置的产品与服务的生产模式，具有个性化和数字化。在这种模式中，各种分布独立的任务模块可以自由组合，各种产业之间不再有明显的行业界限，同时也会催生出各种新的产业活动领域及合作形式。在这种模式下，创造新价值的过程也被改变，形成全新的多组合方式的产业链分工。

德国的学者和企业人士普遍认为，“工业4.0”概念是以智能制造为主导的第四次工业革命，或者是一种具有革命性的生产手段，在该工业模式下，人们可以极大程度地利用计算机信息技术和网络空间、云计算等先进技术相结合的手段，即信息物理系统（Cyber-Physical System），将制造业进行智能化转型。也有学者认为它是虚拟制造、智能制造与传统制造业的融合，又称“融合的工业”。

“工业4.0”项目组成主要包括两个方面，一方面是指“智能工厂”，包括智能化生产所需的工业传感器系统、过程和分布式网络系统等基础设施的实现；另一方面是“智能生产”，包括整个企业的生产计划、物流、现场人机界面以及立体打印技术在工厂生产中的具体应用等。在此计划指导下，中小型企业均可以便捷地参与进来，并成为智能化制造技术的实践者和受益者，以及先进工业制造技术的创造者、供应商。

从概念的定义可以看出，“工业4.0”是基于分布式网络信息技术将工业过程的各个环节有机地整合，实现过程的受控和任务的分解，具有以下基本特征：通过网络资产实现价值的综合集成；端到端的数字化集成分布于整个价值链；交叉式和网络化的制造系统。

2.工业4.0面临的挑战和需求

我国的工业经济学家曾经撰文认为，德国的“工业4.0”仍然属于“第三次工业革命”的一部分，但我们必须积极应对这种新的工业革命。因为这种工业革命可能会阻碍后发国家的工业赶超。同时，对后发国家来说，若能形成自身独有的制造技术和产业升级途径，则极有可能形成超越。

这里，“第三次工业革命”对后发国家的阻碍是指，智能制造削弱发展中国家的低成本优势，同时有利于发达国家构建新的工业竞争优势。通过发展现代智能制造业，占领产业制高点，发达国家可以运用现代制造技术和生产装备，来提高传统产业的生产效率，还通过发展新技术产业来巩固新技术的工程化、产业化能力。同时，发达国家在髙端服务业的领先优势也会被进一步加强。

因此，后发国家的产业赶超将面临来自发达国家的多方面阻碍，如果后发国家不能抓住智能化制造技术带来的技术手段和市场机会，则“工业4.0”会将世界工业分工体系进一步固化，更不利于发展中国家的产业赶超。那些由于低成本要素而从发达国家转移出的各种生产活动，有可能重新向发达国家回流，进而导致制造业的重心再次向发达国家偏移。

“工业4.0”面临的另一个挑战是系统安全问题。生产和办公环境的信息网络化可以提高业务流程的效率，但在这一过程中往往会产生系统外部的各种危险，而这些危险是潜在的，具有隐蔽性，增加了风险等级程度。

大多数工业计算机运行的是专有工业控制操作系统，包括过程控制、数据采集系统，分布式控制系统（DCS)，程序逻辑控制（PLC）以及其他控制系统等，与外部基本隔离，因此，这些系统中的些安全漏洞常常被人忽略，很少有企业采取措施来防范病毒和网络攻击。现代工业控制系统大多建设在大型工业企业，而这些企业往往涉及电力、石化、冶金、航空航天、核电等重要工业领域，属于国家重点基础设施，影响到国民经济运行和国家安全。

与个人计算机安装的基于TCP/IP协议的网络系统相比，我国工业控制操作系统的安全保护水平程度较低，一直没有被重视和关注。随着我国工业信息化的发展和装备智能化进程的加速，越来越多的计算机和网络技术应用于工业控制系统，在极大推动生产制造效率的同时，也给工业控制系统带来了安全问题，如木马、病毒和黑客网络攻击可以造成系统死机、瘫痪、信息泄露和控制指令被篡改等。

3.“工业4.0”体系构建框架

基于工业4.0的特征模式和社会需求，需要在8个关键领域采取行动：

3.1标准化体系框架：“工业4.0”将涉及互联网络、传感器、控制器等技术，并通过价值增值网络来集成不同的合作参与方。因此需要标准化的软硬件接口、工作协议和作业规则，在这个基础上进行互联互通、信息交换、协同工作才能成为可能。

3.2工业宽带的基础设施建设：复杂的系统、大量的接口、海量的数据，这些都需要高质量的工业宽带网络来支撑。在欧盟等国家，国家之间的产业配套协作密切，这就更加要求宽带网络基础设施进行更大规模的国际间拓展。

3.3针对复杂系统的管理：随着技术发展，生产制造系统正变得日益复杂，因此需要对这些复杂系统进行管理，确保其工作的可靠性、稳定性，可以开发和构建相关的模型来解释和分析这些复杂的系统。

3.4安全问题：这里的安全问题包括生产安全和安全保卫，是智能制造系统安全运行的关键重要环节。智能制造系统的外部环境存在各种人为及非人为的危险因素，因此需要确保生产设备、工具和产品对人或环境没有危险，这是企业安全运行的根本。同时，生产设备、工具和产品，以及存储于它们内部的数据和信息，都需要加以保护，以防止被盗、丢失、滥用和非法的访问。

3.5业务流程设计：在智能化的工厂，企业组织机构、人员分工都将会发生很大的改变。工作现场各种信息的实时反馈和处理，将促使工厂作业的内容、流程、节点和工作环境发生变化。工作任务组织以技术和管理互动的方法来实现，同时为工作人员提供担负关键任务和促进个人能力提升的机会。

3.6能力的持续提升：智能化制造技术还会从本质上改变员工的工作能力和专业技术能力，这样就需要采取合适的培训策略，以持续培训和学习的方式来组织工作，通过这种方式可实现终身学习和基于各个工作节点的个人能力发展。企业可以通过示范学习项目或实践活动的方式进行推广，网络化、数字化的培训技术也不可或缺。

3.7过程的监督和控制：在构建智能制造模式、再造新的作业流程和立体化业务网络框架时，必须遵守社会规则、法律法规，而现有的生产关系也应随着生产力的发展而调整，法律法规根据社会的需求而进行修订和调整。这里面临的挑战主要包括企业信息的保护、社会责任问题、个人隐私数据保护和贸易壁垒等。除了法律法规以外，需要有配套的各种制度来规范因此而衍生的各种商业活动，其内容可以包括企业方针目标、合约范本、技术协议、商业协议，以及内部监督办法等。

3.8资源转化的效率：智能化制造需要高昂的成本投入，另外生产制造过程中消耗大量的原材料和能源，对环境和安全健康带来各种风险。同时，智能化也带来资源转化效率的提高。因此，对企业来说，在推行智能制造时，需要权衡“工厂智能化所需的额外资源”与“带来的潜在节约”之间的利弊，进行全面的评估和比较。

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