4.3　日本“互聯工業”

4.3.1　起源

20世紀60年代以來，日本開始從“貿易立國”轉向“技術立國”，從強調應用研究轉向注重基礎研究，政府從政策、計劃、財政、金融等方面，對應用技術、基礎研究，尤其是高新技術大力引導和支持。在技術研發方面，日本有三個指標名列世界第一：一是研發經費占GDP的比例世界第一；二是由企業主導的研發經費占總研發經費的比例世界第一；三是日本的核心科技專利世界第一。

日本的工業精神與德國有相似之處，都是強調“工匠精神”。日本人強調職人精神、工匠精神，強調一生懸命世代傳承。日本職場人用得最多的一個詞是“本份”，把手頭正在做的事做透是本份的、必須的。日本人不僅把工作當作賺錢的工具，而是樹立一種對工作執著、對所做的事情和生產的產品精益求精、精雕細琢的精神。在日本，稍有瑕疵的產品，絕對無法下線。雖然日本的制造業占GDP的比例僅為19%，但對日本經濟是最具競爭力和創造價值的產業。根據2016年德勤與美國競爭力委員會聯合發布的《2016年全球制造業競爭力指數》，2016年日本在全球排名第4位，僅次于美國、中國和德國。但該報告同時預測，展望2020年，美國、德國和日本將是制造業創新最強勁的國家，高度技術密集型國家的出口將呈現上升趨勢。

雖然制造業是日本的重要產業，但近年來隨著市場全球化與生產制造海外轉移，日本制造業的國際競爭力不比昔日。一方面，日本受到制造成本高、資源需要進口、人口老齡化的制約；另一方面，美國和德國在制造業先進技術與全球生態的領先地位，中國和韓國在制造業規模的快速發展，使日本面臨嚴峻挑戰。從貿易收支來看，日本制造的出口產品的能力與20世紀七八十年代相比下降很多；根據世界銀行的報告，從國內生產總值來看，日本制造業占比從2003年的19.5%下降到2013年的18.5%，緊跟在19.9%的服務業之后，產業附加值不斷降低，制造業逐漸被服務業取代。近幾年，隨著索尼、松下、東芝、夏普等品牌在消費領域遭遇滑鐵盧，很多分析人士認為日本制造業將走下神壇，但是在產業鏈的上游高端材料、高端部件領域，日本企業依然保持領先地位。

2017年，日本經濟產業省提出“互聯工業（Connected Industries）”戰略。受此帶動，三菱電機、發那科、DMG森精機和日立制作所四家日本企業對在各自物聯網平臺之間建立數據互換機制達成共識。在物聯網領域，多家日本企業技術水平很高，他們力爭把各企業的優勢集中起來，以求在與德國工業4.0、美國的工業互聯網等在智能制造領域的競爭中取得優勢。

同年3月份，在德國漢諾威召開的信息通信展覽會上，安倍首相明確提出“互聯工業”的概念，發表了“互聯工業：日本產業新未來的愿景”的演講，核心內容就是：人與設備和系統的相互交互的新型數字社會，通過合作與協調解決工業新挑戰，積極推動培養適應數字技術的高級人才。日本經濟產業省大臣也隨后跟德國經濟能源部部長聯合發表了德日共同聲明“漢諾威宣言”，宣布推進“通過連接人、設備、技術等實現價值創造的互聯工業”。

作為日本國家戰略層面的產業愿景，“互聯工業”強調“通過各種關聯，創造新的附加值的產業社會”，包括物與物的連接、人和設備及系統之間的協同、人和技術相互關聯、既有經驗和知識的傳承，以及生產者和消費者之間的關聯。其中一點值得注意的是，熟練的技術員和年輕的技術員相接，實現技術的傳承，由此創造更多的價值。而在整個數字化進程中，需要充分發揮日本的兩大優勢：高科技和高現場力，構筑一個以解決問題為導向、以人為本的新型產業社會。

“互聯工業”面向各種各樣的產業，通過企業、人、數據、機械相互連接，產生出新的價值，同時創造出新的產品和服務，提高生產力。這與日本政府一個更高的目標“Society 5.0”（社會5.0）密切相關。日本正在朝著超智能社會—也就是社會5.0方向發展，以解決一些迫切性很強的社會問題，包括老齡化、人手不足、社會環境能源制約等。日本政府每年在制定政策的時候，未來的投資計劃和戰略都包含社會5.0的內容，包括綜合的解決方案和創新方案。

對于未來的投資戰略，日本提出了第四次產業革命，通過IoT、人工智能、機器人等技術，推動各種各樣的產業發展，然后將這一切都融入社會生活當中，以解決社會需求，實現社會5.0。社會5.0是現在信息化社會的下一步方向。而要實現社會5.0，產業所面臨的最重要方向，就定位于互相連接的制造。

為了推進“互聯工業”，日本經濟產業省（METI）推進了一系列工作。日本經濟產業省提出了“東京倡議”，確立了今后五個重點領域的發展：無人駕駛與移動服務、生產制造與機器人、生物與材料、工廠與基礎設施安保和智慧生活（見圖4-7）。

以上這五個領域都采取了交叉式的各種政策來推進，主要是三類橫向政策：一是實時數據的共享與使用；二是針對數據有效利用的基礎設施建設（如培養人才、研究開發、網絡空間的安全對策等）；三是國際、國內的各種橫向合作與推廣（如向中小企業的推廣普及）等，都是非常重要的課題。

4.3.2　主要概念與框架

日本工業價值鏈促進會（Industrial Value Chain IniTIaTIve，IVI）是一個由制造企業、設備廠商、系統集成企業等發起的組織，旨在推動智能工廠的實現。2016年12月8日，IVI基于日本制造業的現有基礎，推出了智能工廠的基本架構《工業價值鏈參考架構》（Industrial Value Chain Reference Architecture，IVRA）。

IVRA基本上與工業4.0平臺的RAMI 4.0類似，也是一個三維模式。三維模式的每一個塊被稱為“智能制造單元（SMU）”，將制造現場作為1個單元，通過3個維度進行判斷。

縱向作為“資源軸”，分為員工層、流程層、產品層和設備層。橫向作為“執行軸”，分為Plan、Do、Check和Action（PDCA循環）。內向作為“管理軸”，分為質量（Q）、成本（C）、交貨期（D）、環境（E）（QCDE活動），大概模式見圖4-8。

在IVRA中，通過多個智能制造單元（SMU）的組合，展現制造業產業鏈和工程鏈等。多個智能制造單元（SMU）的組合被稱為“通用功能塊（GFB）”。GFB縱向表示企業或工廠的規模，分為企業層、部門層、小組層和設備層；橫向表示生產流程，包括市場需求與設計、架構與實現、生產、維護和研發等5個階段；內向表示需求與供給流程，包括基本計劃、材料采購、制造執行、物流銷售和售后服務等5個階段（見圖4-9）。

IVRA還將智能制造單元（SMU）之間的聯系定義為“輕便載入單元（PLU）”，具體而言，分為價值、物料、信息和數據等4個部分。通過掌控這4個部分在SMU間的傳遞準確度，來提升智能制造的效率。

與德國RAMI 4.0或美國IIRA相比，日本IVRA的一大特征是通過SMU等形式，納入了包括具體員工共同操作在內的“現場感”特征。日本制造業以豐田生產方式為代表，一般通過人力最大化來提升現場生產能力，實現效益增長。IVI向全世界發布的智能工廠新參考架構嵌入了日本制造業的特有價值導向，期望成為世界智能工廠的另一個標準。

4.3.3　發展趨勢

日本經濟產業省發行的《基礎制造業白皮書》2017版問卷調查部分，針對“應由哪個部門負責制定數據采集和應用方面的戰略及規劃”進行了提問，答案最多的是“制造業部門”。實際上，制造業主導此類規劃的數量占比達到44.8%，側面反映出日本國內當前制造業物聯網發展以“工廠互聯”化為中心。

工廠互聯的發展分為多個階段。最基礎的數據獲取為“階段0”，數據應用的“可視化”是“階段1”。在此基礎上，“分析”“自動控制”“最適化”“自我管理”等要求得以逐步實現。

這樣的變革先期在組裝、代工等制造領域體現，并在原材料、鋼鐵等裝備制造領域擴大應用。為推進大型裝備制造業自動化發展，數據的收集勢在必行，這些數據的應用將大幅提高工作效率，使產量、生產品質發生巨大變化。

日本工廠互聯的5大發展趨勢及其面臨的問題如下。

（1）邊緣化加速發展。

現場機器（終端）將數據篩選處理后再上傳云端，這一需求存在實效性和安全性的隱患，數據質量問題在日本再次引起關注。這將工廠互聯、可視化的重點推向數據分析，如何獲取有效數據成為重中之重。如果無效數據太多，人工智能、大數據分析技術即使大力發展，分析的結果也毫無意義。在數據現場獲取有分析價值的、有效的數據的需求，將推動邊緣計算的大力發展。近年來，以邊緣計算為主的研究開發團體十分活躍，例如，發那科推進的物聯網平臺field system就是專門面向制造現場的服務系統。此外，2017年11月，三菱電機、NEC也共同推出名為Edgecross的系統。

（2）AI應用持續發展。

制造現場環境的變動以及受邊緣數據多元化的關聯影響，如何應對不穩定因素以達到最適配置技術是人工智能長期以來需攻克的難點之一。人工智能不僅需要龐大的計算能力，也離不開云端數據的支持。三菱電機、歐姆龍等廠商相繼開發了對應邊緣的機械控制器，以實現對機器及數據進行管理。

（3）移動生產線進一步發展。

工業4.0和智慧工廠催生出定制化需求。而定制化的實現需要綜合訂單情況和生產情況來對生產線進行靈活調整。靈活的網絡和具有把控全局能力的生產控制系統是實現大規模訂制的基本前提。為保證生產線的靈活性，生產線模塊化以及自由組合的操作都是基本條件。

（4）自動化檢驗領域擴大化。

以移動生產線為前提，工程自動化檢驗領域的擴大勢在必行。2017年，日本制造業遇到了前所未有的難題—生產品質下降。將來保證產品歸本溯源在于掌握生產的品質數據，2017年12月日本經濟產業省發布“品質保證體制強化”對策，其中提到品質數據共享及重組的問題。工程自動檢驗技術的推進將促進這一領域的發展，在AI和機器人技術等發展的推動下逐步攻克以往的技術難題，甚至可能一鼓作氣實現技術飛躍。

（5）工廠安全升級的專業發展。

工廠互聯的不斷推動，工廠會遇到更多的網絡攻擊，在推進物聯網應用的同時，安全性也是日本制造業發展需要面對的嚴峻問題，例如2017年發生過一起規模龐大的病毒入侵事件，今后還會遇到更多諸如此類的攻擊。物聯網云平臺的安全性和可擴展性涉及物聯網落地基礎是否扎實的問題，因此，如何防范及解決這些問題至關重要。

如果說工廠互聯已經處在順利發展階段，那么服務互聯則還有更多的發展空間。在服務互聯中，遠程監視、故障預測、預防保全是保護和修理中最重要的三個方面。不僅航空引擎這樣的大型機械需要相關維護的保證，就連打印機這類小型機器也將成為服務對象。除維護領域外，其他商業服務領域將如何發展，也是日本制造業日后面臨的巨大難題。雖然日本經濟產業省鼓勵生產制造企業由硬設施向軟服務發展，但想要突破傳統，構建新的商業模式仍存在很大困難。基于現有產品的延伸性業務突破，需要切換成從客戶端出發的設計思維和系統思維。

在建立新的制造情報系統的基礎上，可以實現超越時間和空間的新商業形態，例如虛擬工廠的開發和使用會激活市場需求，這意味著“工廠物盡其用”。工廠相互開放不僅擁有自己的數據，同時也接受外界數據，在空余的時間對其他數據進行有效分析、利用。這就是我們所說的制造業商業模式的創新變革。