未來的生產(chan) 係統是什麽(me) 樣子的？試圖展示未來工廠方向的德國智能工廠聯盟SmartFactoryKL，最近在創新日給出了可以實操的示範案例。

智能工廠聯盟是德國最典型的產(chan) 學研聯盟機構，它是由德國人工智能學院創新工廠係統和德國凱澤斯勞滕大學機床控製所支撐。早在2016年被德國經濟部指定為(wei) 中小企業(ye) 數字化中心聯盟，旨在推動中小企業(ye) 的數字化發展。在這個(ge) 過程中，這個(ge) 聯盟似乎發現了工業(ye) 4.0的臃腫之處和對中小企業(ye) 的負擔。於(yu) 是他們(men) 在2019年重新修正了工業(ye) 4.0概念，將其收縮成“自主產(chan) 線L4” PL4（Production Level 4）。這裏的“4”還真是個(ge) 一語雙關(guan) 的數字，它既模糊地呼應了工業(ye) 4.0的概念，甚至意味著工業(ye) 4.0小心謹慎的進化，同時也意味著這是自主生產(chan) 的第四等級，就像自動駕駛L4一樣，“人”仍然在係統中起到關(guan) 鍵的監管作用。

圖1/自主生產(chan) L4

這個(ge) 曖昧術語的出現，似乎也意味著德國中小企業(ye) 對工業(ye) 4.0遲遲不能帶來真正實惠的一種厭倦情緒。於(yu) 是工業(ye) 4.0被推到了天際線，成為(wei) 一個(ge) 膜拜的燈塔，而更現實可落地的數字車間則顯得更加迫切。“自主產(chan) 線4”這個(ge) 可以自主生產(chan) 的單元，從(cong) 2020年就已經有了示範，現在越來越強烈地要進入工程化的階段。

這其中最重要的一個(ge) 場景是，訂單能否快速分拆到不同地點去完成製造？這套全新的生產(chan) 邏輯，就是德國人正試圖通過“共享生產(chan) ”的生態係統模式，走向未來製造。

網絡化生產(chan) 帶來了靈活性，但也帶來了複雜性。新的係統架構要求在軟件方麵采用新的通信、協調和控製方式。而多年來，德國智能工廠聯盟一直致力於(yu) 自主製造，讓生產(chan) 單元之間實現能力協作，甚至可以跟外地工廠形成自主的產(chan) 線切換。這正是“自主產(chan) 線PL4”概念的核心。參加聯盟的20多個(ge) 成員，目前正在處理自治要素之間的協調方式，而解決(jue) 方法就是“多智能體(ti) 係統“。這種方式，可以讓工業(ye) 互聯網中的使用者在跨部門跨工廠地使用，而正在生產(chan) 的產(chan) 品、位置、已經執行的工序和待完成的工序，都需要送達網上，路人皆知。

然而，到目前為(wei) 止，這些信息大部分都存儲(chu) 在產(chan) 品本身中，例如，存儲(chu) 在RFID芯片上。一方麵它無法使得下遊工序提前預知，另一方麵它自身也可能受到熱磁等外界環境的影響。無疑，這是一種過時的做法。可以對照的是，去外地駕駛的司機，不必再帶上紙質駕照，全新的電子駕照時代正在登上舞台。

這也意味著統一的中央注冊(ce) 表是必不可少的。它就像一個(ge) 中央火車站的時間表，既可以在現場看到，也可以在任何一個(ge) 手機上看到。這種產(chan) 品注冊(ce) 表，需要隨時訪問隨時交互，而最基礎的工作之一就是產(chan) 品的編碼體(ti) 係，這是一個(ge) 龐大的連接過程。目前德國SF聯盟就像一個(ge) 密碼總部，正在研究中央注冊(ce) 表。即使各個(ge) 製造單元都是封裝和獨立的，但都有同一套密碼本，可以根據定義(yi) 的標準去協同工作。

那麽(me) 它具體(ti) 要解決(jue) 的是什麽(me) ？那就是產(chan) 能共享。本質上則是協同製造。

如果有新訂購單過來，一般而言，工廠廠長要決(jue) 策的第一件事情，就是購置新設備，早日啟動新機器。然而，當訂單過後，連日奔騰的機器就可能會(hui) 突然停下來。產(chan) 線閑置，等待下一個(ge) 訂單的出現。這種脈衝(chong) 式的訂單，如果不能持續形成，閑置的機器將成為(wei) 一種重資產(chan) 的懲罰。

那麽(me) 是不是非得購買(mai) 全新的設備？如何借助已經存在的製造能力，從(cong) 而形成一種柔性擴張：這種柔性既可能是自己工廠完成，也可能是借助社會(hui) 上其他的工廠。

答案早就有了，那就是共享生產(chan) 。一家工廠，可以利用別人家閑置的機器，來實現自己的訂單。這種模式，聽起來像是無廠製造。芯片行業(ye) 最重要的分工模式：無工廠的代工模式Fabless，就是最典型的例子。像高通、海思、蘋果這樣的芯片公司，並不需要自己的製造廠，它隻需要自己做好設計，然後外部有一個(ge) 像台積電、中芯國際這樣的代工廠。實際上，下放訂單到其他工廠去生產(chan) ，這是工業(ye) 互聯網提供的最重要的商業(ye) 模式之一。

在這樣的概念下引入了第三個(ge) 參與(yu) 方，擁有過剩產(chan) 能或者閑暇時間的機器。客戶在在線平台上製定準確的要求，例如金屬切割、焊接、組裝等，同時還指定質量、加工時間、能耗等參數。根據這些要求，該平台生成定價(jia) 建議，以確定適合該工作的機器。

聽起來不錯，但這件事情，在工業(ye) 互聯網時代，其實很少發生，或者至少對於(yu) 複雜的製造完全不能形成主流的模式。這不僅(jin) 僅(jin) 是因為(wei) 商業(ye) 合作會(hui) 有很多麻煩，最重要的障礙仍然是來自技術的不足，其次才是信心問題。“代工廠”在中國是一個(ge) 略帶貶義(yi) 的詞語，它很容易跟來料加工的低端製造混淆在一起。芯片代工模式走完了四十多年的旅程，才確立了芯片製造的規則和秩序。它要求芯片設計公司、工業(ye) 軟件公司、設備供應商與(yu) 代工廠進行最緊密的合作，這種緊密程度遠遠超過了財務上的聯係，大量的知識進行密集的匯合，每家都需要成為(wei) 一個(ge) 奉獻者，才造就了芯片代工的現有產(chan) 業(ye) 形態。如此緊密的生死聯盟，是工業(ye) 互聯網鬆散的合作所斷然無法匹配的。

要解決(jue) 工業(ye) 互聯網的協同製造，首先就需要解決(jue) 機器的異地互操作問題。一個(ge) 車間裏機器的啟動，不是像打開煤氣灶開關(guan) 就可以點火，它有著複雜的機器調試過程。即使是一家工廠的一條產(chan) 品線，當更換產(chan) 品型號的時候，也需要停機調試，更不要說跟外部工廠進行合作。僅(jin) 僅(jin) 憑著訂單和機器的相似性，在絕大多數場合，都無法便捷地遠程開啟一台機器。

機器需要重新配置，按照新的工藝參數進行調試，這是一個(ge) 耗時費力的過程，也是組織之間合作最容易出現摩擦的地方。要想能夠實現遠程配置，最好的方法是：軟件定義(yi) 配置。工藝參數在異地調試好之後，現場工程師直接下載使用，讓機器運轉起來。這聽起來就像一個(ge) U盤工廠，熱插拔就可以啟動機器。這就需要一套足夠強大的機器互通互換性規則支持。

零部件的互換性，已經在100多年前福特的流水線上得到了解決(jue) 。沒有可互換性，就沒有流水線。但福特仍然是建立單一車型的基礎上。而隨後登上舞台的通用汽車（從(cong) 別克汽車改名而來），一開始就采用了跟福特完全不同的多品牌造車哲學。當通用汽車開始將同一零部件，既用在雪佛蘭(lan) 也用在龐蒂亞(ya) 克上時，它的多品牌汽車的成本受到了令人驚歎的遏製。兩(liang) 種造車哲學開始分出高下，而可互換零件都是不動聲色的功臣。

然而機器的互通互換性，卻是最近兩(liang) 三年才開始有著強烈的呼聲。以前，有人為(wei) 的障礙。例如西門子的控製係統所驅動的機器，與(yu) 施耐德電氣控製的機器，從(cong) 來不能和平相處。準確地說，是不想。信息化孤島的存在，有時候是因為(wei) 懶惰，信息化提供商沒有動力去提供彼此的連接；而自動化孤島的存在，則全部都是因為(wei) 利益。自動化以及設備商有著天生封閉的傾(qing) 向，因為(wei) 隻有專(zhuan) 屬部件才能掙更多的錢。蘋果的手機充電線，不會(hui) 也不願意跟其他手機配件混用，因此用戶必須多花費2倍的價(jia) 錢，去買(mai) 一條專(zhuan) 屬線。同樣，厲害的傳(chuan) 感器公司從(cong) 來不屑於(yu) 標準化，封閉係統才是配件利潤的保障。像瑞士奇石樂(le) 這樣的傳(chuan) 感器公司，深諳此道。傳(chuan) 感器有獨門技術，用戶非買(mai) 不可；其次就是配件備品，它的接頭、電纜全部都是專(zhuan) 用，價(jia) 格同樣昂貴離譜。很簡單，打十字結的草繩，如果綁在螃蟹身上，那就要按照螃蟹的單價(jia) 去購買(mai) 。非標準化的孤島，有時候是利潤的儲(chu) 錢罐。

然而，定義(yi) 機器的通訊框架和一致性語言並不容易。這兩(liang) 年隨著IT與(yu) OT的融合，OPC UA的呼聲熱鬧起來，也有一些不錯的應用。OPC UA是一個(ge) 從(cong) IT視角看工廠的最佳觀眾(zhong) 席。如果從(cong) 推崇標準化的IT產(chan) 業(ye) 界的眼光來看，工廠裏五花八門的自動化通訊實在是太複雜了，也導致機器之間的交流諱莫如深。OPC UA希望用一套統一的通訊體(ti) 係實現機器互聯，這深深贏得IT廠家的信心。自動化廠商的心態開始發生改變，隨著自動化與(yu) 軟件的融合變得越來越深，利用軟件可以更好地提高硬件的價(jia) 值。這讓自動化廠商和設備廠商，都有了積極的心態。而智能製造所追求的，不僅(jin) 僅(jin) 是網絡層的互通，還包括工程層麵的設備相通，無論是設備商還是自動化廠商，都可以從(cong) 數據互聯，進而通過軟件發揮更大價(jia) 值。這意味著，圍繞著通訊和數據而產(chan) 生了跨廠商跨行業(ye) 的利益。設備供應商，已經嗅到了這種美味。

於(yu) 是機器的互聯互通，不僅(jin) 僅(jin) 從(cong) 必要性，而且從(cong) 自動化廠商與(yu) 設備廠商的意願上，第一次成為(wei) 了真正的行業(ye) 共識。

這一切發生之後，共享製造才變得真實起來。二十年前工業(ye) 以太網正在小幅度地蠶食現場總線的市場之時，工業(ye) 以太網的擁躉者迫不及待地推出了“一網到底”的概念。這場所謂的工業(ye) 通訊革命，後來被證明是一場鬧劇，它出生的太早，無法單獨以一己之力實現這事兒(er) 。隻有到了今天，算力更強大、邊緣能做主、通訊更兼容，一網到底的事情才能真的發生。而且事實證明，一網到底的革命，無關(guan) 通訊，而關(guan) 乎機器。OPC UA框架下的互聯互通，看上去是解決(jue) 通訊，實際在完成機器的語義(yi) 框架。

德國製造界深諳此道，即使工業(ye) 4.0的熱情正在散去，即使IT界想淹沒OT的野心早已經變淡，產(chan) 業(ye) 界的步伐依然穩健，它堅定地走在為(wei) 一台台機器建立語義(yi) 模型的路上。這種思路，有時候會(hui) 以“管理殼”的名義(yi) 出現——給每一台機器每一個(ge) 部件加上一件“數字馬甲”；有的時候會(hui) 以“數字孿生”的名義(yi) 出現，為(wei) 機器建立一套數字空間的實時互動模型。但德國機械製造商協會(hui) VDMA則在一個(ge) 行業(ye) 一個(ge) 行業(ye) 地進行梳理，從(cong) 注塑機、包裝機，到壓縮機，為(wei) 每個(ge) 行業(ye) 建立一套數字孿生的試衣間。不同的行業(ye) 協會(hui) ，紛紛加入。

圖/德國機械製造商協會(hui) 的雄心所在

德國機床界的熱心，更加值得關(guan) 注。德國機床製造商協會(hui) VDW，早已啟動在數字化時代，守住全球機床第一強國寶座的雄心。它選擇的路徑，不再是更好的床身結構，或者更好的控製，而是機器更加互聯的語義(yi) 模型。VDW在2018年，首次展示了德國機床的官方語言：Umati。這是一套基於(yu) OPC UA的IT係統，它為(wei) 連接而來。如果說德國機床有一顆通用的芯——基本都是西門子控製係統的話，那麽(me) 這次德國機床兵團都擁有一個(ge) 同樣的USB接口，相互插上就能連接，就能快捷地配置使用。VDW也邀請全球所有製造商協會(hui) 和公司的加入。

中國機床工具工業(ye) 協會(hui) 的機床通用語言標準NC-link也在邀請和兼容之列。然而，二者最大的不同是，NC-link就像是一根木樁一樣透徹，所見即是全部，而Umati則是一棵大樹，你看不見的根基才是它最大的生命力。更不用說，NC-link在中國隻得到了看上去貌合神離的機床廠家的支持，即使華為(wei) 的極力助推恐怕也難以改變。

相比較，很多國內(nei) 工業(ye) 互聯網語境下的“協同製造”，簡直就是小兒(er) 科。缺乏對機器的物理運行機製的抽象和描繪，而癡迷於(yu) 網絡的連接和5G的高速，那就是把浩瀚的產(chan) 業(ye) 升級工程，當成了一個(ge) 概念遊戲。當月亮在天空發生了缺失的時候，不同的觀察者采用了“天狗吃月亮”和“日食”的說法，就是詩人和科學家的區別。隻求表象不求根基的浪漫主義(yi) 精神，是不能作為(wei) 智能製造的發展原則的。

在德國智能工廠聯盟的示範中，共享製造是由三處不同的地點聯合完成，協同製造一輛可定製化的卡車。合約製造角色就是凱澤斯勞滕大學的機床與(yu) 控製部，它負責對拖車油箱上部的結構進行銑削。盡管三個(ge) 地點的三台機器都具備銑削功能，但一套程序裝上去，可以實現不同的質量加工等級，加工速度也不一樣。這意味著，不同地點的機器，完全可以通過遠程來實現自選配置。如果不需要很高的精度，就可以提供低價(jia) 服務。反之，高價(jia) 格就可以提供高精度。這意味著自主化的多智能體(ti) 係，可以相互溝通，以確定哪一個(ge) 是根據客戶規格生產(chan) 產(chan) 品的最佳選擇。

如果深究一步，這是一種即插即產(chan) （Plug&Produce）的思路。它的目標是將製造係統分成多個(ge) 過程模塊，這些模塊可以在生產(chan) 繼續進行時連接在一起。這樣，就可以在幾分鍾內(nei) 重新配置製造單元布局，而不是傳(chuan) 統方法中的幾天。從(cong) U盤機器，到U盤產(chan) 線，U盤工廠也就呼之欲出了。在施耐德電氣武漢工廠，在上通五菱柳州寶駿基地的產(chan) 線上，這種熱插拔工位正在積極的探索之中。但如何在更大範圍，確立機器互聯的秩序，卻很難是一兩(liang) 家企業(ye) 所能完成的。

值得注意的是，德國“自主產(chan) 線4”的實踐，也加入了歐盟龐大的大數據中心計劃—Gaia-X，該項目旨在打通歐洲的數據大本營，實現歐盟內(nei) 部數據的安全流通。這意味著“自主產(chan) 線4”正在認真地思考解決(jue) 跨越國界的製造問題。

基於(yu) 熱插拔式產(chan) 線，或者進一步推進到U盤工廠，才是規模化解決(jue) 協同製造的關(guan) 鍵。這背後需要對機器建模有著更加深刻的基礎層的探索，而合手的工具，都已經備齊，無論是低代碼編程、61499的建模語言，或者OPC UA語義(yi) 與(yu) 通訊、麵向對象仿真，還是容器化的微服務和時間敏感網絡。這些工具，並不會(hui) 自動形成顛覆性的力量；隻有底層的語義(yi) 連接和頭疼的機器建模，才是決(jue) 定性的支柱。無論是多麽(me) 優(you) 秀的頭腦風暴，都無法把概念之花演繹成樹苗；隻有老老實實地把手和腳都插到了沉甸甸髒兮兮的泥土裏，智能製造才會(hui) 有著真正的根基。

工業(ye) 4.0，曾經如閃電一般，啟蒙了中國製造界的想象力。中國“智能製造”迅速接過了揮舞的大旗，隨後“工業(ye) 互聯網”的建製番號強勢加入，而新編數字化轉型第三路大軍(jun) 的高昂聲調，也開始響徹入耳。

當然還有其他的插曲，一周前福布斯中國居然認真地發布了《2021年福布斯中國工業(ye) 互聯網企業(ye) 》排行榜。它以令人驚愕的淺薄身段，迎合了中國工業(ye) 按不下去的浮瓢。

相反，德國工業(ye) 4.0則進入了沉默的掃地僧角色，以更加謙卑的隱者姿態，如彗星般而來，如潤雨般落地。激情和口號不再，到處都是枯燥重複的工業(ye) 驗證和佶屈聱牙的物理模型。兩(liang) 類不同的道路，即使無需認真打量，也能看出細節之中大有不同。這其中，最令人印象深刻的，就是對製造升級敘事尺度的把握：一宏，一微，大有不同。這種差異，正是智能製造的真正玄機。