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制造未来与未来工厂

时间:2017-08-31    点击: 次    来源:未来工厂    作者:未来工厂 - 小 + 大

制造未来与未来工厂

什么是未来的工厂?

“小规模、定制化”、“在大城市以外的地方与日俱增”、“利用更少的能源,消耗更少的原料,使用更少的零部件,和要求更多的智能设计”,“最为重要的是,工厂的许多机器不是由工人直接操作,而是由消费者自己远距离地进行遥控”。

听起来怎么样?这不就是工业4.0时代的工厂吗?

猜错了。

这是美国最著名的未来学家托夫勒于三十七年前(1980年),在《第三次浪潮》一书中预测的人类社会发展的“第三次浪潮”之后的工业主流。

就是在这些描述之后,作者直接用到了“未来工厂”这一表述 。

整个社会深受托夫勒思想的影响,机械工程领域学术地位最高的国际学术组织——国际生产工程科学院(CIRP,Collège International pour la Recherche en Productique,位于法国,故而以法语为名称)——多次在其年会上,发起以“未来工厂”为主题的最高级别的讨论。可以说从那时起,“未来工厂”概念开始在全世界、在欧洲、尤其是在法国,日益深入人心。

制造未来与未来工厂

一般认为,从上世纪七十年代,世界上首批工业化国家就开始了主动“去工业化”的进程,最初,出发点是集中关注和从事附加值高的科技创新活动和服务产业,为降低制造成本和环保,而将产能向劳动力低廉的地区外包、转移,但这样的举措很快带来了巨大的负面后果。1970-2010年,工业化国家制造业占GDP的份额逐年下降,1990-2010年间,欧洲经济失去了大约1/3的附加值,如果按此趋势发展下去,未来30年内欧洲还将再失去一半左右的劳动岗位,到2008年世界金融危机爆发之际,欧洲更感受到了没有实体经济带来的抗风险能力不足的切肤之痛,据统计,危机让300万工业领域的工作岗位消失,直至今日欧盟国家工业产值一直徘徊在比危机前低10%左右的水平。

欧美有识之士当然早就对这一现象加以关注并采取针对性的策略,比如2000年出台的欧盟《里斯本议程》,目标在于用十年时间,在欧盟建成“全球最具竞争力的动态知识经济”。

在这样的背景之下,国际生产工程科学院2003年的年会上,“制造未来(ManuFuture)”的概念被首次提出。次年,该概念被当时刚成立的欧洲技术平台(ETP)采纳,从而建立起欧洲技术平台制造未来分平台,旨在讨论欧洲制造业面临的挑战,以及提出、发展和实施基于研究和创新的战略,促使欧盟制造业实现向高附加值的产品、工艺和服务转型,遏制去工业化趋势并实现再工业化的欧洲。

欧洲重器之未来工厂: FoF 三部曲(上)

图1:“制造未来”技术平台面世示意图

来源:南山工业书院整理


到了2009年,在爆发于上年十月份的金融危机之后启动的“欧洲经济复苏计划(EERP)”部署了一个包含三个项目的公私合营(PPP,或称公私合作伙伴关系)计划,未来工厂(FoF,Factories of Future)是其中之一。2009-2012年,这些公私合营项目在众所周知的欧盟第七研发框架计划(简称FP7)中得以实施,其中未来工厂项目共募集到12亿欧元,旨在推进欧洲制造业的竞争力和可持续发展能力。

制造未来平台为未来工厂项目成立了“欧洲未来工厂研究协会(EFFRA,the European Factory of Future Research Association)”,该协会成员包括了产、学、研、金融及社团机构等各界制造业相关方,这些成员可以利用制造未来分平台下各区域子平台、国家子平台、特定目标子平台等密切合作,甚至通过其他“计划”再横跨到欧盟之外的国际研发合作中,根据EFFRA官方发布,已有241个“前竞争节点(pre-competitive)”类的未来工厂项目启动,全欧洲超过1900家组织参与其中。

这是一个非常值得注意的现象,也就是“未来工厂”强调须在“前竞争节点”阶段开展主要工作。

只有在这个时期,各相关方之间的协作才可能做到彻底——这跟美国制造业创新中心的协作机理异曲同工。

未来工厂研究协会在2013年发布了《展望2020计划中的公私合营未来工厂多年度路线图》(以下简称“未来工厂2020路线图”),这份文件被视为指导未来工厂项目规划实施的最重要的意见之一。

欧洲经济复苏计划在2013年年末结束,但在上述PPP项目实施期间,欧盟委员会对未来工厂项目及时给予了三次评估,并在第三次评估报告中判断“公私合营未来工厂(FoF PPP)”是以产业驱动实现制造技术相关的研究、发展和创新的未来机制,应在“地平线2020”计划中得到进一步实施,预期将得到共计11.5亿欧元的资金支持。

“展望2020”计划即是延续多边合作计划FP7的欧盟第八框架计划FP8,发布于2011年11月,主旨是2014年至2020年资助27个欧盟成员国进行基础研究和相关产品的研发,欧洲议会曾经为该计划初步提出1000亿欧元的计划,后虽经调整削减,但该计划得到的重视和支持从中可见一斑。

另一方面,ManuFuture于2004年——也就是它成立的第一年——提出了“愿景2020”,于2005年发布了战略研究日程表SRA,以及随后制定出科研基础路线图系列,这些贡献均被采纳入欧盟第七、第八框架计划和未来工厂项目中。

未来工厂与制造2030

“展望2020(FP8)”给出的时间刻度未给充分展开面向未来的工业发展战略留出足够容量,毕竟从基础性研究和发明取得成果,到该成果真正在制造业中得到验证并取得成功,需要一个相当长的技术生命周期,欧洲人认识到有必要将实施产业战略的时间跨度从现有时间刻度延长10年,在工业领域深入应用和发展科研创新成果。

为此,制造未来平台2011年年会又提出了一份“制造2030(Manufacturing 2030)”计划,“制造2030”的中译文表述与“中国制造2025(Made in China 2025)”看似相近,但实际上两者的内涵有较大的不同。

简单地说:首先前者只是倡议而非“国策”,对资源调用(包括政策性资金,以及相关方之间的自愿流通)只有指导意义、而无指令性的效力;其次它作用于制造业相关的研究和创新(R&I)活动,并促成技术成果在工业领域的成功应用与不断升级,成就孕育“下一代制造(Manufacture of next generation)”的机制,这与我们国家通常将财政性支持直接给予部分重点企业的做法全然不同;第三,“制造2030”更重视的是以再工业化应对未来的“重大社会挑战”,以及制造业与社会、环境、人之间的关系,解决比如“就业和增长”等社会性问题,而我国的“中国制造2025”更注重制造业本身面向未来的转型升级及其带来的直接或间接效益。目前“制造2030”计划的内容还在动态发展及不断完善之中——比如欧盟于2015年正式发布的《2030可持续发展日程表》对其的丰富——但一定会对欧盟未来工厂项目的实施产生影响。

未来工厂2020路线图将“制造2030”计划为欧盟制造业展现的愿景,总结为以下四种特征或要求,并声称这也是FoF项目作为该愿景的实现主体所面对的机遇和挑战。

欧洲重器之未来工厂: FoF 三部曲(上)

图2:未来工厂面对愿景的机遇和挑战

来源:南山工业书院整理

制造未来的产品

一定要满足不断变化的社会需求,提供开辟新市场的潜力。

制造业为应对未来巨大的社会需求,应该考虑到生产诸如如下产品:可持续的移动性能(比如可由集成电子推进装置和新型电池而得到)、升级的回收(再制造)解决方案、针对老人的更好的家庭护理,可持续能源等,最后也最重要的是,未来工厂本身也是待设计和打造的未来产品之一,特别要考虑的是它牵涉到的其中工作者的教育和经验问题。

制造业的经济可持续性

将高性能和高质量与生产的成本效益相结合,实现可重构、自适应和能演化的工厂,能够以经济可行的方式进行小规模生产。

未来能够创造极高附加值的欧洲制造业,须从整个供应链乃至产品全生命周期考虑经济性,有效地降低社会资源的浪费,同时减少环境污染,这种高效能的制造方式,集合了柔性、高生产力、精准和零缺陷等特征,同时保留了能源和资源有效性。

制造业的社会可持续性:将人的技能与技术相融合

在劳动力成本高的地区(比如欧洲)采用自动化设备,再聘用知识型员工进行管理是保证制造业不再向欠发达地区外流的一个手段,未来将有一系列的使能方法,促使“人”在制造系统中强化能力和技巧,完成在今天看来不可完成的成就。而且未来的工作场所也将环保、安全、舒适、吸引人,制造业甚至负有为其供应链上的全部相关方提供关怀和宜居条件的使命。

制造业的环境可持续性:减少资源消耗和废物产生

降低能源和资源消耗,增加可再生能源的使用,尽可能做到工艺过程零排放(包括对噪声和振动的限制),优化或简化制造过程中对材料的加工利用,比如采用增材制造工艺。

行文至此,可以综合上述梳理的内容,得到图3所示FoF的简要进程、主要范围和发展方向:

欧洲重器之未来工厂: FoF 三部曲(上)

图3:欧盟未来工厂项目的简要进程、

主要范围和发展方向

来源:南山工业书院整理

大趋势与对策

“MegaTrend”这个词正在越来越多地被提到,在充满忧患意识的欧洲人眼里,“大趋势”几乎就等同于大挑战。去工业化思潮和过程虽已被叫停,但其后续影响非一朝一夕可扭转;全球化继续造成制造业不断向更为欠发达地区转移;新兴经济体对欧洲制造业的传统地位造成威胁......在这样的大背景下,认清未来工厂面临的未来“大趋势”并把握时代机遇,对欧盟而言显得至为关键。

可以从欧洲技术平台制造未来分平台、国际电工委员会、欧洲未来工厂研究协会等组织发布的文件和其它信息中,简要总结出欧盟认识到的几条影响面大、影响力深远的可谓“大势所趋”的人类社会发展动向,及其对制造业带来的必须面对和解决的问题,如图4所示:

欧洲重器之未来工厂: FoF 三部曲(上)

图4:“大趋势”与未来工厂的对策

来源:南山工业书院整理

欧盟未来工厂面临的这几大外部发展环境要素,实则也是全球制造业共同面对的课题。从对“大趋势”的认知和分析出发,欧盟未来工厂项目已经和将继续制定和实施图4中提及的对策,承担起欧洲制造业探索发展之路的排头兵任务。

结 语

未来工厂2020路线图明确提出了未来工厂FoF项目的方向性目标:那就是展开对基于新知识的生产技术和系统的研发与实施,以在全球范围内增加欧盟工业的竞争力和可持续性,从而实现“欧洲2020战略”中确定的智慧、绿色和包容性经济。

经过漫长的等待,和最近几年突飞猛进的发展,“未来工厂”已经从未来学家的预测,逐步演变成有具体项目、政策、资金与之配套的项目与实践,并切实影响了我们的今天。

这使得“未来工厂”充满了奇幻色彩的故事,倍加值得期待。


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