/第一节/德国从早期的染料革命到现在的工业4.0

最早发明染料的是英国和法国，最后却是在德国形成了大规模染料产业，并以此为开端衍生出化学工业和精细化工。这背后正是科学研究与制造相结合的问题。

以生产炸药发家的美国杜邦公司的创始人，在移民美国之前对化学产生浓厚兴趣，正是受到法国大革命时期的权臣拉瓦锡的熏陶。可以说拉瓦锡建立了世界上第一个工业实验室，这个官办机构在戾气严重的大革命时期受到了巨大冲击。领头人拉瓦锡固然是一位出色的科学家，但也是一位政治家，在当时法国波浪轮回式的相互碾压中被吞噬。

有意思的是，同样的情况也发生在通过和平改制实现“不流血革命”的英国。科研经费长期以来依赖于家族遗产、贵族和有钱人的捐赠，这种制度上的障碍使英国科学界存在着与生产相脱离的传统[3]。

科研如果过于远离制造就会对经济产生损伤。英国科学界对实业的看法及科学界与实践的脱离，是后来被德国在化学和电气工业反追的一个重要因素[4]。因为这两个行业最能体现制造现场与基础科学研究相结合所产生的巨大价值，德国150年的工业强国史，就足以证明这一点。

早在1856 年，年纪轻轻的英国人威廉·铂金（Perkin）就提炼出一种化合物，可以让丝绸快速地被染成艳丽的紫色。铂金的父亲和哥哥对他鼎力相助，建立了染料工厂。建厂的第二年，随着染料产品受到丝绸厂商的追捧，有机染料工业正式诞生。已经发展了近两个世纪的纺织业终于可以告别单一色彩，迎来靓丽的时刻。然而这种染料专利在法国却被宣布无效，这让法国一时间成为染料有机化合物仿冒商的乐园。在1862年的伦敦万国博览会上，参展的29家染料公司中有9家来自主办方英国，12家来自法国[5]，这是当时国家实力的真实写照。

在1870年以前，德国有许多重要的化学家都到英国去工作。这个时候的有机染料工业，染料的配方都掌握在老师傅手中，而染料生产流程几乎都是模仿英国和法国的陈旧工艺。随着1871年普法战争的结束，分裂割据的德国各邦统一成为德意志帝国之后，国家进入了和平稳定时期。随后10年，德国的企业家开始对工厂进行大规模投资，并聘请了管理团队来协调复杂的技术工艺。随着更大规模的市场被激活，先锋灯塔的光芒越来越虚弱，德国企业找到了自己的方式，那就是科学家与制造业更加紧密的结合。大量的德国化学家包括巴斯夫公司的海因里·卡罗等人，也从法国、英国带着自己的经验回到德国。德国染料工业正式进入了“告别秘方”的时代。其中最活跃的企业当属巴斯夫、赫斯特和拜耳公司，同样是由英国海归派所创立的爱克发公司也因为请到了从英国归来的霍夫曼，跃居为德国第四大染料生产商[6]。美国人Buderi在Engines of Tomorrow一书中写到，德国染料业的收入从1862年的754万马克增加到1883年的9200万马克，占世界染料业总额的三分之二。这背后是科学研究的发展，而德国制造彻底激活了科学研究，规模经济开始诞生。

这个例子非常生动地说明了制造与科学研究的紧密关系。实际上，德国制造业企业与专家教授和大学院所都保持着密切的联系。例如，当时巴斯夫和赫斯特染料公司都与著名的化学家、诺贝尔奖获得者阿道夫·贝耶尔保持着密切联系。拜耳公司的科学家也在大学与企业之间频繁往返。

再往后，应用研究与制造业、教授与企业家之间的紧密联系成为德国制造业中的关键一环。为大家所熟悉的德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会作为一个填平基础研究与商业应用之间峡谷的中间机构在其间发挥了巨大的作用。基础研究和商业应用这两个组织的结合部位，自1949年以来就像一直不肯停歇的活火山，创新的岩浆随时都在涌动，能量爆发随时都有可能发生。

如果将聚光灯置于当下，同样可以看到，德国是如何通过各种组织之间的联合，实现一个像工业4.0这种复杂的国家工业战略的落地。

德国成立的工业4.0平台是“工业数字化”数字生态系统的中心枢纽，来自150多个组织的350多名利益相关者参与平台的工作。它的核心是各个工作组通过各领域专家的协同、中小企业的支持，以及组织开展国际合作等将各种专业知识汇聚在一起。

它采用了一种扁平的上下贯通机制：从顶层的工业4.0平台，到中间的标准化委员会，再到面向企业的实验室网络。这是一个上下互通的三角形贯通机制（见图2-1）。

图2-1　三角形贯通机制

工业4.0共有六个工作组，其中第一工作组主要是制定参考架构、标准和规范。

2016年4月，在柏林成立了德国工业4.0标准化委员会（SCI 4.0）。其目标是协调国际标准组织，负责与各类相关国际组织进行对标和连接，从而最终建立德国自己的工业4.0技术路线图和标准架构。这个组织的最大特点就是跨领域，它很好地将机械、电气和信息技术领域相结合，因此受到了广泛的欢迎。对待不同的国家战略，SCI 4.0有条不紊地与中国智能制造、美国工业互联网联盟、日本工业价值链促进会，以及法国、意大利、澳大利亚等国家的相关机构都建立了合作机制。

工业4.0实验室网络负责落实标准的测试、实验和反馈。这是一个面向企业、面向落地的应用型组织。它试图把德国工业4.0所有能达成的共识，用实践和落地的方式传递给德国中小企业。

有了三角形贯通机制中三者的分工，工业4.0可以在各个层面上轻松对接。这样既能推动德国企业的相互联系，又极大地促进了国际交流。目前，德国工业4.0已经跟中国、美国、日本、澳大利亚、法国和意大利等国家建立了双边关系。中德两国于2015年5月成立了中德智能制造/工业4.0标准化工作组，在参考模型互认、信息安全和功能安全、工业网络与边缘计算、案例、预测性维护、人工智能应用，以及工业4.0组件、管理壳、数字孪生等方面开展合作交流。

可以说，德国正在试图构建一个面向工业4.0的顶层治理结构和面向企业的行动组织，这为德国制造走向下一个制高点，提供了一个良好的生态体系。

数字工业所需要的劳动力是一个重要问题，工业4.0平台在2017年专门推出了人才指南，许多企业也纷纷推出相应的工业4.0人才培训手册。

安全也是德国工业4.0的话题之一，早在2016年发布的《工业4.0安全指南》中就给出了保障安全性的一些基本原则。例如，减少部件，设计可靠的组件和模块；检测机制需要设计早期预警和控制方式；建造时需要设计出受攻击后的恢复体系。赛博安全也是德国工业4.0关注的重点。另外，数据主权是许多企业关心的重点。为了提供理想的数据安全框架，在德国联邦教育与研究部的资助下，弗劳恩霍夫应用研究促进协会于2016年1月启动了“工业数据空间IDS”计划。这是面向工业大数据的旗舰项目，由协会旗下的12个研究所共同承担研发任务 ，目的在于凝聚各方的研发力量解决工业4.0数据共享的重大难题，如位于慕尼黑的弗劳恩霍夫应用集成信息安全研究所负责提供工业4.0跨领域数据可信任共享和信息安全等。同时，还创建了一个非营利组织——工业数据空间协会，初始成员有42家，包括蒂森克虏伯、博世、舍弗勒、大众等企业，每个成员需要实现一种商业驱动用户案例。

工业的进步其实也是逐步发展的，技术进步的创新体系，也是需要仔细勾画和设计的。