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决战工业4.0:美国和日本将如何较量?

  就日本制造而言,曾在较长时期内饱受高成本和价值链分散化困扰的制造企业,一方面加大对机器人、新材料、3D打印等新工业革命标志性技术的研发投入力度;另一方面,借力物联网、云计算等手段推动管理创新和商业模式变革来应对新环境的变化。

  通向工业4.0的路径有很多种,德国用制造业繁荣,美国用互联网的加速,日本的工业4.0路径是很特别的,但是日本工业4.0水平又不亚于他们,我们先来看一下美国和日本在工业4.0的较量:

  特斯拉的隐患

  首先,我们都知道特斯拉是美国发明的,它能做到安全极速可达每小时297.7公里,百公里加速只需3.2秒,续航480公里。但是,大家有想过美国什么能把电动汽车做到这种程度吗?

  据彭博汇总的资料显示,特斯拉共有14家的供应商,分别来自于日本、美国、法国、瑞士、瑞典、韩国等,其中包括了横滨轮胎、松下电器、瞻博网络、直觉软件、德纳公司、达索系统、博格华纳、伟世通等厂家,这些供应商涵盖了包括轮胎、锂电池、软件开发和汽车变速器供应等多项领域。

  也就是说,特斯拉所用的材料和部件都是从各国拼凑出来的。那么凭什么美国可以造出来特斯拉,其他国家不可以?

  这其实就是美国的工业4.0发挥的作用,特斯拉的动力系统其实是7000多块松下电池提供的18650(直径18mm长65mm)圆柱型小型锂电池。但是,我们一般做不到每个电池的电压是完全一样的,那么当电压不一样的时候,把电池连在一起就发热!所以这就是传统电池的瓶颈。但是工业4.0的一个重要环节就是每个机器都可以根据产品特性做相应的调节,所以美国使用了大量的传感器和软件,以及一些大数据的分析,可以实时的测试每个电池组的电压,然后自动的调节电流。所以说,特斯拉其实就是工业4.0的一个成品(当然以后还可以再改进),是一个大型的移动智能终端。

  特斯拉突破的不仅是电池性能,还有材料。比如要当发动机的叶片在高速运转时,温度就会逐渐上升。美国是怎么做的呢?这里又是工业4.0的,机器生产设备可以先提取产品的材料性能、环境要求、使用寿命的等等各种维度的参数,然后再结合大数据库去寻找相应的材料,这样就实现了随时过来随时加工,但之前人们寻找材料却需要各种实验,是一个很漫长的过程。如今这些过程被工业4.0缩短了周期,所以才产生特斯拉这样的里程碑产品。

  这就是美国的工业互联网的应用。美国的工业4.0(工业互联网)主要凸显互联网在生产过程中的作用。但是使用的各种材料却都来自于其他国家的供给。互联网虽然在工业4.0中起到了大脑的作用,但是他的血液和营养却受其他国家支配。

  所以在日本电池圈流传了一个概念:特斯拉危机迟早会爆发!

  日经技术在线近期引用日本一些电池技术人员的看法认为,特斯拉这样做迟早会发生特斯拉危机,这7000多块18650电池就是引发危机的导火索。因为18650原本是索尼公司内部使用的规格名称,其基本构造已经20多年没有变化。正日本一些电池技术人员所说,18650始终是一款寿命只有几年的消费类产品用电池。

  造成锂电池劣化的主要原因是水和热。日经技术评论认为,从结构上来说,18650抗水和抗热性能不强。虽然采取了一些措施,例如对设置在圆筒和盖板之间的密封垫进行了改进等,但电池技术人员认为,18650的水蒸气阻隔性能依然不及采用复合薄膜的袋式(Pouch)电池。关于热的问题,因为18650的单元内部几乎没有空隙,因此散热性较差。当然,特斯拉已经采取了一些应对措施,但随着供货量越大,电池劣化导致重大缺陷和事故的可能性就会越大。

  日本电池行业人士出现了这样的传言:特斯拉或许会放弃自己18650电池战略。

  或许特斯拉的电池将由18650单元改为大型车载电池。因为如果以安心、安全为大前提的汽车如果事故频发,特斯拉一定会名誉扫地。而且目前日产、三菱等其他纯电动车推进派失去了往日的劲头,特斯拉成了引领纯电动车行业的标杆。一家风险企业的失败将会给整个纯电动车部件市场带来影响。特斯拉小小肩膀担负的期待和责任十分重大。

  特斯拉首次向市场投放纯电动车是在2008年,当时限量推出了2500辆双座车型Roadster。有意思的是,这款没有采用18650电池组的车几乎没有用户投诉,尽管其舒适性较差,有时也会出故障。这估计是因为购买者并没有将Roadster当成一辆车,而是把它当成了一款先进且具有挑战性的玩具。但今后恐怕不会这么简单。对于瞄准大众消费市场的特斯拉EV,消费者会将其作为汽车来严格要求。特斯拉能否消除风险?这将取决于被誉为天才的马斯克的决断。(以上内容来自日经技术在线)

  因为掌握了电池能源,所以日本的GLM正在试图使以前的跑车以纯电动汽车形式复活。目前改企业正在一辆一辆地手工制造纯电动汽车,GLM计划2015年以每月10辆的速度开始量产,并于2015年内完成99辆交车任务。

  所以说,各国在工业4.0方面是各有所长、各有所短。大家彼此协作,谁也离不开谁,每个国家都有自己的核心优势,但是每个国家又不甘心只守住自己的家业,一边合作一边竞争。

  跟日本不同的是,美国的工业4.0更注重的工业上的互联,是一种工业资源的智能整合,体现在系统集成领域,特斯拉就是这样诞生的。另外,美国也很强调跟人的连接,甚至企图倡导将人、数据和机器统统连接起来,形成开放而全球化的工业网络,但其内涵已经超越制造过程以及制造业本身。

  比如通用电气已推出24种工业互联网产品,涵盖石油天然气平台监测管理、铁路机车效率分析、医院管理系统、提升风电机组电力输出、电力公司配电系统优化、医疗云影像技术等九大平台,以期打破技术壁垒,促进物理世界和数字世界的融合。

  美国的工业4.0和日本的工业4.0的矛盾就是:美国试图整合所有工业资源,而日本总试图通过自己的发展组建起一套完善而独立的工业系统。

  白皮书公布

  面对德国的工业4.0(Industry4.0)和美国的工业互联网(Industrial Internet),日本的制造业应该怎样迎击?

  2015年6月9日,日本经济产业省公布了《2015年版制造白皮书》(以下简称白皮书)。令人印象最为深刻的,是白皮书对全球不断加速的制造业巨变,对日本可能落后显示出了强烈危机感。

  随着传感器技术和计算性能的进步,借助大量设备的网络化提高运用效率和价值的IoT(Internet of Things,物联网)和大数据分析,制造领域也正在发生巨大的变化。白皮书对此敲响了警钟:倘若错过德国和美国引领的制造业务模式的变革,日本的制造业难保不会丧失竞争力。

  白皮书用大幅篇幅,介绍了以德国和美国为中心兴起的、以IoT为轴心的制造业变化,以及日本的应对措施。

  与德美的动态相比,日本虽然在工厂的省人力化、节能化等改善生产效率方面有些长处,但很多企业都对进一步发展数字化持消极态度。尤其重要的课题,当属IoT的关键软件技术和IT人才的培养。白皮书称,相对于(在德国和美国加快的)制造业变革,现在还没有(日本)企业表现出重视软件的姿态。

  白皮书提到,到工业4.0式生产系统确立之时,如果思路还停留在目前日式生产系统的延长线上,日本制造业可能会远远落在后面。比如说,当汽车等行业的众多厂商在工厂内实现压倒性的高效率,连同供应链实现整体优化后,德国厂商的价格竞争力将相对上升。与此同时,为工厂制造生产机械的日本厂商的竞争力则可能会下降。而且,随着向工业设备采集多样化数据,活用数据提供的服务越来越多,这些服务还可能成为国际性的事实标准。

  过于拘泥全日本制造可能会导致日本技术的加拉帕戈斯化(Galapagosization,即在孤立的环境下,独自进行最适化,最终对外丧失竞争力),日本传统手机的衰退等历史已经证明了这一点。最近,大力推进工业4.0的德国企业开始向正在研发制造业网络应用技术的美国靠拢。美国企业参与了行业标准制定。日立制作所一名管理层也表示,相比竞争,合作更为重要。日本企业应该参加国际标准化团体,收集信息,仔细思考利用技术会创出什么新商机。

  面对这些变化,日本应该如何应对呢?现在的一个问题,是企业之间的合作不充分。比如说,工厂使用的制造设备的通信标准繁多,许多标准并存,没有得到统一。虽然有对每种装置各不相同的通信标准分别进行转换、使彼此实现通信的技术,但发展标准化面临着诸多障碍。

  参与起草白皮书的日本经济产业省制造产业局制造政策审议室长西垣淳子指出:跨越企业和行业的壁垒,强化横向合作,在IoT时代,这对于日本制造业提高竞争力,具有非常重要的意义。

  要想提高日本制造业的竞争力,还必须使制造现场进一步加快利用软件的速度。这需要在制造现场,扩大对统一管理产品生命周期数据串的软件工具(PLM工具)等的活用,并且强化软件技术人员的培养。

  普遍观点认为,强力推进工业4.0的德国的长处,在于产官学的密切合作。日本政府也在2015年1月29日确立的旨在促进成长战略进化的今后的讨论方针中,提出了利用大数据、人工智能和IoT等改革产业结构。在IoT引领制造业务模式发生巨变、跨越企业和产业框架的标准化动态加速发展的情况下,日本也需要具备德国那样的产官学合作能力。

  日本企业组成了名为产业价值链主导权(Industrial Value Chain Initiative,简称:IVI)的产业联盟。成员包括三菱电机、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。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。联盟的发起者是研究将IT技术应用于制造业的日本法政大学教授西冈靖之。联盟的主要议题为工厂与工厂、设备与设备互联的通信技术和安全技术的标准化。西冈靖之表示,虽然日本企业此前一直在推进自身和业界内企业相连接的网络化,但此次将跨越业界,构筑包括中小企业在内的工厂互联机制。

  日本制造的突破口能源

  制造业是工业4.0的根基,能源则是制造业的根基。基于此,日本首相安倍晋三曾推出的第三支箭刺激方案加大了燃料电池车产业的补贴力度,丰田汽车等主要日本汽车厂商正与政府合力发展燃料电池车。这势必侵蚀美国特斯拉电动车的市场。

  在工业4.0方面,日本格外重视能源的供给。安倍晋三宣布,计划到2015至2016财年将该国的氢燃料充电站数量由目前的17座扩充至100座。这是日本政府首次制定燃料电池车相关产业的发展时间表,日本政府还希望在2025年前将燃料电池车的售价降至约2万美元左右。

  重视能源的背后,其实是日本对于制造业的看重。日本首相的咨询机构制造技术恳谈会向政府提交的报告就强调,制造业是日本的生命线,没有制造业就没有信息产业和软件产业。日本曾专门制订了《机械工业振兴法》,1999年起草了《振兴制造业基础技术基本法》,日本经济产业省2000年制定了国家产业技术战略,为信息通信、机械、能源、材料、环境、航空等13个产业部门确定了发展目标及其所需要的战略举措。

  3D打印与人工智能

  2014年,日本经济产业省继续把3D打印机列为优先政策扶持对象,计划当年投资45亿日元,实施名为以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,开发世界最高水平的金属粉末造型用3D打印机。所以当美国在20世纪70、80年代把制造业视为夕阳工业,热衷于把科技发展的重点置于高技术和军用技术时,日本的注意力始终没有离开制造技术的开发和应用。

  另外最值得一提的就是:日本的工业4.0的最大突破口就是对人工智能产业的探索!日本老龄化问题非常严重,日本政府在做各种政策时很考虑给人工智能技术的企业给予优惠税制、优惠贷款、减税等多项政策支持,以解决劳动力断层问题,并支持未来的工业化生产线、工业智能化,希望借助在该产业的高投入以解决劳动力断层问题。

  自动化与智能化

  因此,日本早在上世纪90年代就已经普及工业机器人,到现在已经发展了第三、四代工业机器人。日本采用智能化生产线的企业越来越多。比如日本汽车商本田,通过采取机器人、无人搬运机、无人工厂等先进技术和产品,加之采用新技术减少喷漆次数、减少热处理工序等措施把生产线缩短了40%,并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,建成了世界最短的高端车型生产线。

  另外,日本采用小型智能设备的企业增多。作为汽车行业的幕后大佬,著名零部件公司日本电装公司通过对铝压铸件的生产设备、工艺进行改革,使得铸造线生产成本降低了30%,设备面积减少80%,能源消费量降低50%。成本大幅降低,加之日本车企销量大幅增长,近几年在全球汽车零部件配套供应商排名中,日本电装都位居前列。虽然日本电装的业务覆盖面很广,但能被消费者熟知的仍是火花塞及导航系统,而成本高低对此业务的影响更是非常明显。

  智能化、最大程度减少人力是日本工业所追求的目标。本田正在将尽可能多的任务集中到一个流程,这样生产线就会非常精简且一体化。一方面生产效率提升了,另一方面实现了柔性生产。但这对机器人有个更高的要求,机器人必须根据数据的做出及时的判断和决策。另外,日本电子巨头之一佳能公司从细胞生产方式到机械细胞方式,创立了世界首个数码照相机无人工厂。

  日本的机器人产业已是全球的领导者。在继电视机、电脑、游戏机、智能手机之后,机器人被视为是未来家庭中的第五大类智能终端,日本软银集团创始人兼总裁孙正义对于机器人寄予了很高的期望,他在2014年度软银世界大会(Soft bank world2014)上做主题演讲时的结束语是:到了2050年日本的经济竞争力将能够成为全球第一,日本将不再是日沉之国,而将复活为日出之国!

  这使他获得了极其热烈的掌声,这种豪言壮语再加上日本年轻人的掌声,着实可以让中国人心头一震

  孙正义首先清醒的看到了日本的一个短板:生产性劳动人口=竞争力,中、美、印的制造业劳动人口数量多达7000万、1000万、1000万,日本则只有700万;同时,与中、印平均月薪只有7万日元、3万日元相比,日本的平均月薪为25万日元。从这个角度考虑,日本在生产性和劳动人口两方面均处劣势,竞争力下降也就在所难免。

  但是孙正义提出了复活方程式:3000万台产业机器人24小时工作,就相当于增加了9000万制造业劳动人口,而支付给每台机器人的平均月薪仅为1.7万日元,无疑日本就解决了短板。孙正义确实是日本难得的大才,最被外界津津乐道的就是传言他1999年决定投资中国的阿里巴巴2000万美金时,只用了5分钟时间做决断,这一笔投资让其至今仍是阿里巴巴集团的最大股东,投资回报为3000多倍,被外界誉为是日本的巴菲特+盖茨。

  谈到这里,我认为最可怕的不是阿里巴巴被日本人控股,而是日本的企业家拥有的那种政治胸怀。所以日本人身上既有我们警惕的地方,也有我们需要学习的地方。

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