德国、日本、美国的工业定制实践

“工业4.0”最早是由德国提出的，其核心是实现大规模的个性化定制。目前，已经有几个工业大国开始进行实施，通过信息技术与工业相融合的方式，提升工业水平的国家产业战略，且正在影响着今后的全球工业产业布局。现在，我们来看德国、日本和美国的工业定制实践。

德国的个性化定制和智能生产

德国政府提出的“工业4.0”，主要是基于物联网和信息技术的智能制造，以适应小批量个性化的生产需求，并巩固“德国制造”的声誉和优势。

“智能工厂”被称为德国“工业4.0”实现智能制造的关键。在2016年的汉诺威工业博览会上，汉诺威大学研发人员推出一条智能化的圆珠笔生产线，体现了德国“工业4.0”的重要理念。

这条生产线分为以下六个环节：

第一个环节是个性化定制。在电脑上填写客户姓名和电子邮箱，即可进行个人定制，且共有五个变量或选项，如笔头、笔身、笔帽、笔芯和签名。

笔头的选项有三种，分别是凸、凹、平；笔身能在一个指定范围的连续变量内，靠屏幕上的一个虚拟滑轮，通过左右滑动来控制具体参数；笔帽、笔芯分别有三种颜色可选：红、蓝、黑；签名可长达20个左右字符，内容由客户决定。定制结束后，电脑会打印出一个二维码，这个二维码包含所有的定制信息。此外，后续环节都专设二维码读取器。

第二个环节是生成订单。这一环节相对来说比较简单，由二维码读取器扫描二维码，定制信息，即输入整个生产线。随即，将二维码贴到一个托盘的标定位置，托盘中有一块专门设计的海绵垫，可摆放笔头、笔身、笔芯和笔帽。

第三个环节是生产笔身。扫描二维码后，精密车床就会根据定制的信息，对不锈钢笔身毛坯进行加工：先将毛坯整体切削至定制粗细，再根据定制的信息在笔身握笔处刨出弧线，然后打孔、扩孔、攻丝，车床舱内几个切割头和钻头来回自动切换，最后切割。这样，一个明亮精致的不锈钢定制笔身就完成了。

第四个环节是组装。组装台上方摆放着很多排的方格，方格里依次摆放着各种笔头、笔帽和笔芯零配件。扫取二维码后，对应定制零配件的方格就会被不同颜色的射灯照亮。接着，体验者取出定制配件摆放到托盘海绵垫上，然后按显示屏提示顺次组装，直到一支完整的圆珠笔完成。

第五个环节是激光刻字。扫取二维码，将圆珠笔放入激光雕刻机内。不到1分钟的时间，自选的文字或图案，就会被镌刻在不锈钢的笔身上。

第六个环节是检测验收。先把托盘放在标定位置并读取二维码，这时会有一只机械手伸过来自动抓取圆珠笔，随后将其放入另一侧的质量检测仪中。当确认产品质量符合定制信息且合格后，检测仪屏幕上即显示“祝贺”字样。这样，一支个性化定制的圆珠笔就能出厂交货了。

对此，汉诺威大学研发人员说，虽然生产线很简单，但却能体现出工业4.0的重要理念——个性化定制和智能生产。尽管客户的定制需求各不相同，但全部都能在一条生产线上完成，不需额外增加生产线或设备。这种在生产过程中所具有的高度灵活性和机动性，就是“智能化”的体现。

日本：从“精益化”到“智能化”

日本工业4.0的一大特色，就是对人工智能产业的探索，以解决劳动力断层并支持未来的工业智能化。工业界的三菱电机、富士通、日产汽车和松下等日本电子、信息、机械和汽车行业的主要企业等组建了名为“产业价值链主导权”的联盟，共同探讨工厂互联的技术标准化，并争取使其成为国际标准。

以日本本田汽车公司为例，其通过采取机器人、无人搬运机和无人工厂等先进技术和产品，以及采用新技术减少喷漆次数和减少热处理工序等措施，通过改变车身结构设计把焊接生产线由18道工序减少为9道，并将生产线缩短了40%，从而建成了世界上最短的高端车型生产线。

另外，日本政府还加大了对3D打印机等尖端技术的财政投入。2014年，日本经济产业省把3D打印机列为优先政策扶持对象，进行了一个名为“以3D造型技术为核心的产品制造革命”的大规模研究开发项目。对此项目，日本政府计划投资45亿日元，开发出全世界最高水平的金属粉末造型用3D打印机。

日本在工业4.0领域的规划和布局有两大核心优势比较突出：一是在工业自动化领域内，自动化技术发展的高度产物——工业机器人是工业4.0大的生态系统中重要的一环。日本工业机器人的开发和应用开始于20世纪60年代。到了20世纪80年代，由于机器人比其他自动机械应用得更广泛，逐渐在新的生产系统中起到了核心作用，并独自作为一个产业而迅速扩展。目前，日本已经在发展第三代、第四代工业机器人的路上取得了瞩目的成就，其机器人产业也成为全球的领导者。

二是在管理方面，实施工业4.0的一大核心问题是构建智慧工厂的生产线。解决这一问题，需要一种精细化的生产管理模式，也就是精益管理。而这一生产方式，源自于日本的丰田生产方式，是丰田制胜的法宝。后来，精益管理在全球被广泛运用。

美国：积极实施“再工业化”

在美国，“工业4.0”的概念被“工业互联网”取代，它将智能设备、数据、人连接起来，以智能的方式利用交换的数据，从而形成了一个更具有效率的生产系统。

金融危机后，美国政府就将发展先进制造业上升为国家战略，希望以新的革命性生产方式重塑制造业。2009年12月，美国出台《重振美国制造业框架》，详细分析了重振制造业的理论基础及优势，成为美国发展制造业的战略指引。

而作为未来的潮流，美国的工厂将通过互联网，实现内外服务的网络化，向互联工厂的趋势迅速发展。如采集并分析生产车间的各种信息，向消费者反馈，将从工厂采集的信息作为大数据通过解析，从而开拓更多的商业机会。另外，对硬件从车间采集的海量数据进行处理，也将在很大程度上决定服务、解决方案的价值。

2011年6月和2012年2月，美国先后启动“先进制造伙伴计划”和“先进制造业国家战略计划”，以加快速度抢占21世纪先进制造业制高点。其中，“先进制造业国家战略计划”将“再工业化”思路进行了全面阐释，比如提出要发展先进生产技术平台、先进制造工艺及设计、数据基础设施等先进数字化制造技术。其核心是鼓励创新，并从CPU、系统、软件、互联网等信息端，通过大数据分析等工具“自上而下”地激活传统产业，重塑美国制造业和工业格局。可以说，这是美国工业4.0思路的一种体现。

2013年1月，美国总统执行办公室、国家科学技术委员会和高端制造业国家项目办公室联合发布了《国家制造业创新网络初步设计》，并投资10亿美元组建美国制造业创新网络（NNMI），集中力量推动数字化制造、新能源、新材料应用等先进制造业的创新发展，打造一批具有先进制造业能力的创新集群。

因为有谷歌、IBM等IT巨头的存在，所以美国在大数据应用上较为积极，非常重视给社会带来新的价值。谷歌不断将制造业企业收购至麾下，就是希望掌握主导权。同时，通用电气公司作为美国大型制造企业的代表之一，也开始加强对数据的分析和软件的开发，从车间采集数据，进行解析，并提供解决方案，开拓新的商业机会。可以说，美国比德国的工业互联网，即工业4.0的范畴更广阔，因为其想要或者是能够将人、数据和机器连接起来，形成开放而全球化的工业网络。