保障德国制造业的未来 （十二）

——关于实施工业 4.0 战略的建议

5.8 资源效率

     制造业的本质意味着，它是迄今为止工业化国家最大的原料消费者。连同私营部门一起，它也是主要能源和电力的头号消费者。除了涉及到高成本以外，这种情况还产生环境和供应安全的风险，需要通过监管降到最低。因此，行业正在进行重大努力以减少能源和资源消耗，或寻找可替代的能源。

     然而，如果想要有任何成功的机会，这些努力必须要持续多年。最终，这将涉及到制造工艺以及机械和工厂设计的变化，因为这是能真正影响材料和能源消费的唯一的区域。

     出发点是加工制造企业所使用的资源的总量，包括企业自身内部的以及整个价值网络的剩余部分。我们可以总结出这三种类型资源之间存在的不同，并且分辨它们是如何被使用的：

    （1）原材料、添加剂、营业物料和所有的不同种类的能源载体，包括从一种类型的能源到另一种类型的能源的转换。

    （2）人力资源，即人类的劳动。

    （3）金融资源，即必要的投资和运营成本。

     涉及到如何利用这些资源，可以将重点放在在拥有规定数量资源的情况下来实现最大化产量，或者使用最低数量的资源来实现一个规定的产量。在第一个方案中，重点是计算资源的生产率，而在第二个方案中重点是计算资源的效率。一系列的指标现在都可用来执行这些测量（生命周期评估、碳排放量 12，等等）。

挑战

     一般而言，作为一个整体，工业 4.0 战略需要对工业生产过程中减少资源消耗的方案进行调查和实施，并且充分利用生产过程中所使用的机械和设备。联联合教育与研究部（BMBF）和德国工程联合会（VDMA）共同合作的成果--“效率工厂”（Effizienzfabrik13）战略可以在这方面作为一个模型进行服务。

     在实施高效的生产过程中，需要注意的是，不仅要考虑到基本功能，而且还要考虑到在动态条件下生产过程中的稳定性，如频繁的停止和启动以及预防产生
不合格的产品（这是对材料和能源的浪费）。

     因此，充分考虑到预防不稳定的生产过程中的生产力所导致的质量问题，是非常有必要的。质量问题反过来会导致产品需要进行修理或完全重塑。同时还需要考虑可用性。生产设备是可以进行分解的（因此，固定撤换冗余的设备来减少失败的风险是很重要的），资源并不是随时随地都可以迅速满足需要的，并且库存水平也可能并不符合需求（半成品以及成品）。

     对于工业 4.0 战略来说，其中一个关键的挑战是需要证明，将额外的资源投入 CPS（信息物理系统）部署以及相关的基础设施，可以制造充足的机会来实现基于工程、制造、生产控制、内部物流、采购和销售物流期间使用的资源总量所获得的资源生产率和资源效率。

     视具体情况而定，工业 4.0 战略将为优化实现资源生产率和效率的首要目标提供机遇。

 推荐措施

     工业 4.0 战略工作组建议，应该通过工业 4.0 平台建立一个工作小组，专门处理资源生产力和效率的相关主题。工作小组的职责应该包括以下任务:  

    （1）对 BMBF（德国工程联合会） / VDMA（联邦联合教育与研究部）的“效率工厂”战略的成果进行采纳和发展。

    （2）在避免因生产率或可用性问题而导致替换过程的基础上，在制造业环境里，就提高资源生产效率展示资源存储。

    （3）对部署 CPS 所需的额外资源及其相关基础设施以及生成的潜在资源储蓄进行计算和评估，并在它们之间进行取舍。当涉及到对现代化生产线或构建新的一批自动化设备所需的资源类型进行决策时，同样也需要对不同类别的资源进行计算、评估和权衡。这些评估应该考虑到行业或领域的问题以及是否价值网络属于区域范围或全球范围。

    （4）有必要在当前的项目和活动里评估资源生产率、效率和生态化考虑各种指标和 KPIs （关键性能指标）。特别是在工业自动化领域内，连同所需的透明化的基本数据以及面向资源的投资决策，决策支撑关键性能指标（KPIs）的发展如绿色生产指数也应当被考虑在内。

应用范例 3：支持定制制造：个人客户的需求能否得到满足？

     工业 4.0 的动态价值链，能实现客户与特定产品的设计、配置、命令、计划、生产和物流之间的协调。这也为满足在投入生产前甚至是生产过程中的最后时刻所提出的更改要求提供了机会。

现在：

     现今的汽车工业，很难重新配置用以产生新产品变体的静态生产线(带预定义的序列)。经软件支持的制造执行系统（MES）通常是设计为具有基于生产线硬件的狭义功能，因此同样是静态的。员工的工作性质也由生产线的功能而决定，因而通常非常单调。个性化则不受鼓励。

     因此，如果个人客户提出请求，希望产品能包含从同一公司的另外一个产品组中提取出来的元素，是不可能被采纳的。例如，把保时捷的座位组装到大众汽车里。

未来：

     工业 4.0 战略引发了动态传输线路的出现。汽车成为智能产品，通过装配车间从一个能在中央处理系统使用的处理模块自主移动到另一个处理模块。生产线的动态重新配置使得混搭和匹配适合在车辆上安装的设备成为可能；此外，个体差异(如安装一个来自于另一车辆系列的座位)可以实现能够随时响应物流问题（比如妨碍生产的瓶颈环节）而不受制于集中规定的时间。

     这种类型的重新配置很容易就可以被执行，汽车可以自动转移到相关工作站。现在，制造执行系统的 IT 解决方案从开始到结束都由一个中央组件构成---从设