德国工业4.0与日本工业4.0的对比

董垚

德国和日本这两个制造强国对工业4.0的态度，有诸多相似之处，但也不尽相同。

　　西门子的战略很清晰，在汉诺威展会上的标语就是“On the way to Industrie 4.0-Driving the Digital Enterprise”——工业4.0就是要实现自动化、数字化和网络化。

　　话虽如此，但德国人首要的突破口是数字化工厂，为什么不是自动化和网络化呢?

　　德国企业在生产自动化上已经达到很高水平，同样的，日本企业的精益生产方面也有很高水平，但两相比较，德国并不占太大优势。德国企业要想获得领先，必须有新突破，而网络化涉及的产业链企业太多，整合难度较大，需要很长时间。所以目前的突破口只有选在数字化工厂。西门子还强调，做数字化工厂要注意积累专业的行业知识和服务，而每个行业、乃至每个企业，它们的行业特点和能提供的服务都有所不同，这就意味着每个行业甚至每个企业实践工业4.0的路径都可能会不一样。

　　数字工厂既包含产品的数字化，也包含生产过程的数字化，以及全生命周期的数字化。除了数字工厂，机器人是另一大亮点。

为了工人安全，一般工业机器人的工作区与工人隔离开，机器人像野兽一样被关在笼子里。同时，还安装了很多机器安全设备，如安全继电器、安全地毯、安全光幕、急停开关等，以防止对人身产生伤害。

       还有一些机器人有较好的人机协作，是因为这些机器人所有的轴都具有碰撞检测功能和关节力矩传感器，在它碰到人时会自动减速或停止，工人也可以轻易地推开它。在安装工件时，它还能模仿人类的装配动作，它可以像人类一样用钥匙开门，它将钥匙插入钥匙孔一样，上下左右转动，感觉反馈回来的力矩，找到合适的角度进行装配。加之机器人具有较轻的机身，动作都较为温和，对人不易产生伤害。

       德国机器人公司KUKA将创新大奖颁给了ReTeLINK机器人，这是由意大利的研究团队主导的项目，在LBRIIWA机器人和一个外骨骼机器手臂间通过位置传感器等多种传感器建立通讯连接，人穿上外骨骼机器手臂后，就可以通过机器手臂的运动指挥IIWA做出相应的运动。由于是双向控制，反过来也可以由LBRIIWA指挥外骨骼机器手臂运动，这样病人或者行动不便的人戴上外骨骼手臂之后，就可以在IIWA的指挥协调下进行康复训练。

　　ABB也开发了协作机器人YUMI，这是一台双臂机器人，每个手臂有7轴，行加灵活，工作范围大，敏捷且精确自主。YUMI装备了很多机器视觉产品和传感器，能自己触摸到小型零部件后通过传感器来感知并完成相应动作，并且保证一定的操作精度(准确到0.02毫米)，相当于人手能感觉到的最小缝隙。这样的能力使得YuMi能够轻松组装各种小件，比较适合手机、平板电脑以及台式电脑零件的装配与生产操作。

       很多日本机器人厂商，包括Fanuc、Yaskawa，、SanyoDenso等。相比于ABB和KUKA大张旗鼓地推广协作机器人，其开发的协作机器人相当低调，除了人机协作，还有M2M(MachinetoMachine)协作，通过机器人之间的通信，自我组织自动化生产，这样可以获得更高的效率。

日本的研究所主要包括国立和公立的研究所(产业综合技术研究所和理化学研究所是典型代表)、特殊法人研究所及财团法人和社团法人和民间企业研究所等。日本产综研机构，第一次提出了“本格研究”这个词汇，是指从基础研究到产品市场化的无缝扩展，通过基础研究得到的成果进行梳理、集成、融合、叠加和交叉后，应用到不同领域，开发出适合企业运作的系统技术和应用，消除基础研究和应用研究的隔阂，在这一点上德国和日本都做得不错，搞科研并不只是发论文。

德国前十大贸易伙伴，除了美国和中国外，其他全是欧洲国家，中国和美国加起来也只占了15%。相比较欧盟成员国和非成员国之间的贸易，欧盟成员国之间的交易有更多优惠条件。从2002年到2012年十年间，德国是欧盟经济一体化最大的收益者，同时也是最大的贡献者。而日本的主要出口贸易伙伴集中在亚太区域，同样也说明区域经济对国家出口的影响巨大。

　　除了区域经济一体化，德国和日本两个国家竞争多于合作，因为日本只是德国第17大出口目的地，而德国只是日本第8大出口目的地，而且占比只有2.7%。

　　具体到制造业行业，日本和德国在汽车、化工、基础材料、钢铁等行业全面竞争;在机械设备上，德国和日本的数控机床、包装机械、注塑机、机器人、建筑机械、食品机械直接竞争;在自动化产品上更是全面竞争，包括PLC(可编程序控制器)，变频、电机、伺服、减速机等产品;从半导体来看，在功率元器件和控制芯片上面竞争也比较大。

　　日本制造业界对德国工业4.0概念比较冷静，目前只是研究而已，并没有像中国一样大势渲染。日本虽然有自己的工业4.1J，但这个是个民间组织，影响力并不大。

　　德国的大型企业、软件公司、大学和研究所提工业4.0更多一些，中小企业特别是一些基础自动化原件厂商对工业4.0还处在学习探索的阶段。德国中小企业(Germany Mittelstand)在各个工业领域都比较活跃，超过99%的德国公司属于中小型企业，很多德国的中小企业都是家族拥有或运营，这些企业的目标是做百年老店。它们行事谨慎，很少借贷，以求代代相传。德国同行之间在价格方面并不搞恶性竞争，他们或者在细分行业上构筑自己的竞争优势，或者在质量和产品创新上竞争。

　　标准化和模块化是工业4.0的重要概念，对于这些只做配套元器件的中小企业，是工业4.0的标准化产品或模块产品供应商，比较好的策略是专心做好自家产品，跟踪工业4.0的发展，在适当的时候融入到工业4.0的大体系中来。所以，对于工业4.0概念大多数德企略显谨慎。

　　日本企业生态模式中，大型企业或母公司扮演了带头大哥的角色，子企业或孙企业跟随大企业做配套。公司和银行集团关系紧密，通过复杂的交叉持股联系在一起;由于银行和其他工商企业关系密切，公司管理者受到保护，从而使之能够不受股东影响而可以进行长线投资。大型企业和中小型企业形成了紧密的企业群体结构，日本小型企业以供应大型企业为主，依赖几家大客户，这样以来日本小厂商在创新方面很难产生自己的想法。