夏建盟，杨　泽

(上海金发科技发展有限公司上海市工程塑料功能化工程技术研究中心，上海 201714)



·综述·

工业4.0与塑料改性企业

夏建盟，杨泽

(上海金发科技发展有限公司上海市工程塑料功能化工程技术研究中心，上海 201714)

综述了工业4.0的内涵及特点;分析了塑料改性企业所面临的挑战,以及如何在软件平台建设、产品研发、生产自动化、信息化建设、组织管理等方面进行变革,以适应未来工业发展的需要。

工业4.0； 塑料改性； 自动化； 信息化； 大数据

0　前言

工业4.0是德国政府2011年11月公布的《高技术战略2020》中的一项战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，保持德国的国际竞争力。2012年10月，德国产业经济研究联盟及工业4.0工作小组向德国政府提交了《确保德国未来的工业基地地位——未来计划“工业4.0”实施建议》。2013年4月，德国政府推出了《德国工业4.0战略》，将工业4.0定为德国的国家战略[1]。

工业4.0定位于以蒸汽机、大规模流水线和电气自动化为标志的前三次工业革命后的第四次工业革命，旨在充分利用嵌入式控制系统、实现创新交互式生产技术的联网、相互通信，即信息物理融合系统(CPS)，使传统制造业向智能化转型[2]。工业4.0是工业制造业的技术转型;是一次全新的工业变革。通过建设智能工厂实现生产智能化、设备智能化、能源管理智能化和供应链管理智能化等方面集成的智能制造，彻底改变传统的制造业思维、制造业模式和创新模式[3-4]。

与德国工业4.0相对应的，美国提出了“工业互联网”。2012年2月，美国发布了《先进制造业国家战略计划》[5]，踏上了新一轮工业革命的道路。2013年9月，法国推出了“新工业法国”计划。该计划定位明确，就是用10年时间让法国重振工业强国雄风。新兴国家也不甘落后，韩国于2014年6月推出了被誉为韩国版“工业4.0”的《制造业创新3.0战略》。同年9月,印度发布了“印度制造”战略，都是将制造业作为立国之本，力争迈入世界工业强国之列。

由此可见，工业4.0从某种意义上已经不再单纯是德国一个国家的工业战略纲领，已成为全球范围内工业发展战略的标杆和代名词。这些战略的实施拉开了第四次工业革命的序幕。

1　中国与工业4.0

虽然移动互联网、信息化、智能制造等高新技术在中国也在不断发展，并影响了很多企业的生产方式，但没有作为一个概念提出，以整合各个方面的资源与技术，直到工业4.0提出以后，政府才将其作为中国工业改造的方向，上升到国家战略。

2014年10月，李克强总理对德国访问，双方就“工业4.0”的合作进行了洽商，并于10月10日发表了《中德合作行动纲要：共塑创新》，宣布两国将开展“工业4.0”的合作。

2015年3月5日，李克强总理在《2015年政府工作报告》中明确提出实施“中国制造2025”，坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国转向制造强国[6]。2015年5月18日，国务院发布了《中国制造2025》规划。这是中国版“工业4.0计划”,也是我国实施制造强国战略第一个十年行动纲领。

德国 “工业4.0”和“中国制造2025”，从大的方向上来说，是不谋而合,异曲同工;是以信息技术和先进制造业的结合;是我们所说的两化融合，或者说以互联网+先进制造业的结合，来带动整个制造业新一轮发展。两国工业发展的阶段不同，德国基本上实现了3.0，现正在从3.0向4.0发展，也就是生产自动化向网络信息化迈进。就中国的工业而言，企业之间还存在着很大的差距，有的企业还要补2.0到3.0这一课，就是从“电气化”到“自动化”这一课[7]。

工业4.0要求满足小批量、多品种、定制化的客户需求，而我国在人口、市场上占有优势，非常有机会弯道超车，走在世界的前列，而不是像前三次技术革命，一直扮演追赶者的角色。

2　塑料改性企业与工业4.0

改性塑料是指以初级形态的树脂为主要成分，以助剂和其他树脂为辅助成分，通过共混改性和合金化技术，使树脂在力学、加工、阻燃等性能得到改善的均质材料。塑料改性是我国新材料领域的重要组成部分;是塑料领域的高端行业;也是国家重点支持的产业，在过去的十年间取得了持续高速的发展。据不完全统计，目前我国改性塑料行业整个市场容量近1 000万t，拥有3 000多家企业，作为一个细分行业来说已经具有相当大的规模。但从整个行业现状来看，规模以上的企业占比很低，产能达万吨级的企业不足20家，企业水平参差不齐，自动化程度普遍偏低，行业整体处于工业2.0水平。同时塑料改性又是一个兼具技术和劳动密集型、产品定制化、客户多样化的行业。随着人口红利的逐渐消失,消费型经济结构的建立以及欧美制造业的回迁,东南亚低成本制造业的崛起，我国的塑料改性行业面临着巨大的挑战。在工业4.0时代，改性塑料企业应该如何去改变自己,适应新的发展潮流，这是从业者特别是行业中的代表性企业面临的课题。

2.1企业的软实力：软件系统的开发

对于一个企业来说，要保持长久的竞争优势，必须提高生产力,加强节能减排,提高生产的灵活性。在工业4.0时代，还必须再加上一项，即专业的软件平台。软件平台的应用与优化将直接决定一个企业或行业的未来，软件将打通公司所有的经营行为。

在传统的企业管理平台上，技术、生产、财务、市场、售后等平台单独运行，数据互不相通。这为信息的传递与共享造成了障碍，造成了效率的下降及失误的增加。在工业4.0时代，塑料改性企业需要一个全新的软件系统，覆盖产品的整个生命周期，从最初的配方设计到生产、销售、使用、售后等，将所有的数据都整合到一个系统中，即将软件用于价值制造链的所有环节。

现代企业软件平台,如图1所示。软件平台将从最基本的模块化开始，然后通过互联网进行数据共享，进而实现企业的智能化、数字化管理，并最终实现对外服务。

多年以来，改性塑料企业基本上以为客户量身定制产品为主，造成产品牌号多、订单小、颜色杂，管理极其困难。为了不影响服务质量,保证企业顺利运转，不得不大量增加工作人员，大大增加了企业的管理成本与运营成本。

图1　现代企业软件平台

在工业4.0大潮的背景下，塑料改性企业需要根据自身的生产特点，构建合适的软件结构，将从原材料到生产过程、产品及客户等信息全程管理起来，为企业的智能化、数字化发展打下基础。

2.2提高生产自动化水平

德国提出工业4.0，其一大背景就是严重的人口老龄化削弱了国家的竞争力，而自动化的提升则能提高人均生产效率，同时保证产品的稳定性。中国目前已进入人口老龄化时代，这就要求企业加速进行自动化的改造，以适应人口结构的变化。

对于企业来说，自动化的改造不是一蹴而就的，要从车间的整体布局和产品的定位做起，需要从宏观的层面作出部署。塑料改性企业的决策者必须正视用工成本的逐步提高和效率低下的现状，需要将自动化的改造作为未来工作的重中之重，在资金充裕的时候及早进行布局，否则,只有被动地接受市场的挤压，难于招架。塑料改性企业也必须认识到自动化是将来的发展方向，提前作好规划，从局部的自动化开始，如原料的分料投料自动化、过程控制自动化、自动包装和发运等，到最终实现全流程自动化,如图2所示。

图2　塑料改性企业自动化流程示意图

我国的塑料改性企业在自动化方面还存在着劣势，就是产品的定制化、小量化。不可否认的是，在过去的二十年中，中国依靠低人工成本、灵活的经营策略和一步到位的定制化产品(不需要客户再加入色母粒等直接注塑)，在塑料改性市场上占有了很大的份额。但问题是，为满足客户的差异化需求，形成了太多的牌号和颜色，使每个产品、每个颜色的订单都呈现小数量的特征。在这个基础上，如何实现自动化，提高生产效率，减少物料损耗，是摆在管理者面前一个棘手的问题。

2.3建立和完善企业的信息化管理

在可预见的未来，从产品研发到生产、供应，将全部实现数字化，企业在操作流程上需要增加必要的投入，进行必要的调整，以适应数字化企业的需要。

企业的信息化管理主要建立在数据的收集与利用上，其核心要素是数据平台的建设和数据的深度挖掘，通过信息管理系统把企业运营中的各个环节集成起来，对企业的商流、物流、资金流和信息流进行有效控制和管理，并逐步实现同步发展。

对于塑料改性企业，必须认识到信息化和自动化同等重要，并且相辅相承，需要借助先进的信息化集成工具提早构建企业的信息化平台,如图3所示。

图3　塑料改性企业信息化平台

信息化管理的另一要求就是通过对信息及数据的深度分析，找到降低成本、提升效率的方案，而且这也是信息化管理的最大目的。未来企业生产的任何一个环节都将是利润环节，对任何一个环节进行优化都有可能提升企业的盈利能力，而这一切，都必须以完备的数据信息为基础。对于塑料改性企业而言，如何对原材料分类管理、集中采购，如何降低库存、提高周转，如何优化采购流程、降低采购成本，都需要以大量的数据为基础去决策，而实时的信息化管理，将为决策提供最基本的数据支持。

需要指出的是，企业的信息化需要自动化为支撑。鉴于我国塑料改性行业的现状，也可考虑自动化和信息化的局部同步进行。这都要视企业的具体情况而定。有条件的企业可设立专门的信息管理部门，统筹规划和实施整个企业的信息化工作。

2.4产品研发与技术管理

工业4.0要求客户参与产品的开发，以实现产品快速的应用与企业价值的增加。对于改性塑料应用，传统的产品开发过程包括客户产品的设计、模具的开发及材料的确定、试模、测试与反馈、材料修改与模具修改、再次试模、再次测试与反馈。这个流程占用了相当长的时间。在整个过程中，塑料改性企业的参与，往往是从客户产品设计定型后询料开始，根据客户的要求定制材料，实际上只是参与了后端部分。在新的模式下，建议塑料改性企业从新产品的设计阶段就开始参与，采取模具供应商-塑料改性企业-材料使用方三方互动的方式，实行跨企业的项目管理，加强信息交流，最大限度地减少新产品开发流程所花的时间。

企业的竞争是综合实力的竞争，而先进的技术将使企业在竞争中处于领先地位。信息化的发展以及研究领域的细分，使得技术创新成果及其传播会呈现一定程度上的碎片化特征。这种碎片化特征类似于电子行业的模块化创新。如何将这些碎片化的技术成果整合与利用，将决定一个企业在竞争中的地位。对于塑料改性企业而言，随着研发人员的增加，研发成果也越来越呈现碎片化的特征，研究过程普遍存在着“重复、分散、封闭、低效”等现象，不能完全适应实施创新驱动发展的战略要求。如果能建立一个技术管理平台，实现碎片化的研发成果的共享与整合，将极大地解决研发时高投入低回报现象，将研发人员解放出来，以更多的精力去研究更多的新技术、新应用，实现技术创新体系的良性发展。

另外，由于资源的有限性，企业不可能将所有的创新活动都限定在企业边界之内，在技术研究方面可以考虑建设开放式的创新平台。开放式创新被定义为：系统地利用企业内外部的能力，在创新过程中实现既定的战略目标[8]。当前互联网技术高速发展，完全可以以互联网为载体，有选择性地利用企业外部的创新资源，集成到自身的创新研发中，这样可大幅度提高研究和开发的速度和成功率。

2.5应用大数据分析

目前一个大规模生产、分享和应用数据的时代正在开启，正在迈入“大数据时代”。大数据也正在给我们带来生活、工作和思维方面的大变革。美国信息经济领域的著名教授托马斯·H·达文波特说：“一些公司已经把他们商业活动的每一个环节都建立在数据收集、分析和行动的能力之上了。”[9]麦肯锡的报告指出：“已经有越来越多令人信服的数据表明,只要实施正确的政策和激励，大数据将成为竞争的关键性基础。”[9]

目前以网购为代表的商业、以影视为代表的娱乐业、以智能手机为代表的消费电子行业和以智能交通为代表的公共服务业等在大数据分析应用方面已经先行一步，并取得了丰硕的成果。作为企业，更应该从大数据分析中去发掘潜在的应用价值，为制造业强国贡献一份力量。对于基础产业——塑料改性产业，大数据也是无处不在，贯穿到客户关系、产品研发、生产制造、仓储发送等各个环节，需要深入挖掘、分析与应用。

我们正在从IT时代走向DT(数据技术)时代，大数据技术将为制造业呈现一个全新的价值链组合方式。前面提到的实现碎片化的研发成果的共享与整合，则离不开大数据技术。对企业新的研发成果，利用大数据技术进行分析、挖掘，找出其可能的应用方向及市场容量，集中精力快速地将基于新技术的产品推向市场；同时利用大数据技术，可以寻找行业发展的趋势，以对未来技术的研发指明方向，实现技术积累-市场开拓-市场反馈-技术创新的正反馈路径，促进企业的长久可持续发展。

客户是制造的中心，对客户资源进行集成管理，同时将客户作为产品创造的重要参与者，将是未来制造的关键元素。工业4.0时代是个性化生产的时代，个性化需求是基础，把拥有不同或相同需求的客户集成为资源，对制造业产生价值是最为关键的。制造业的价值来源仍然是规模化生产，不过这种规模是不同的差异化需求的集成。

我国的塑料改性企业一直以来都是被动地根据客户的需求来定制产品，形成了大量的产品牌号及颜色种类，造成了大量的呆滞库存及余料浪费。如果能针对行业特点，对个性化产品进行全行业推广，将有效地实现产品的规模化生产及效率的提升、库存的降低及浪费的减少。例如:家电类企业A要定制一款产品，并配以多种颜色，而这款产品刚好代表了未来材料的发展方向，塑料改性企业则可以主动出击，将这款产品推向同类的企业B、C、D……

要实现个性化产品的规模化生产，首先需要详细的客户档案记录，在新的产品研发出来后，可以精准地将其推广到目标客户。有了大数据分析及互联网的支持，塑料改性企业可以建立完整的动态客户档案，用很低的成本发现差异化的需求，寻找未被开发的市场。在工业4.0时代，塑料改性企业必须具备互联网的视野，再通过全新的生产方式，将会使企业的价值得到进一步提升。

2.6企业管理需要改变

随着互联网技术特别是移动互联网技术的发展，商业模式的变化越来越快，而且这种模式也反过来影响了企业的生产和经营。随着互联网技术与制造技术、数字技术和管理的融合，未来将极大地改变包括塑料改性企业在内的现有企业生产模式，将重塑中国制造企业的形象。

在工业4.0时代，在互联网思维下，企业的管理组织和管理思维必须发生改变，甚至是颠覆。在传统的制造业中，企业以规模为追求的目标，随着企业规模的扩张，其内部管理组织越来越复杂化，管理效率开始下降。在工业4.0时代，对企业的要求是高速、高效、开放和协作，要求管理组织的扁平化、组织结构的简单化、团队组成的小型化。企业将不再是一个管理组织，而是一个合作平台，充分释放员工的积极性，每个岗位都是一个充满主观能动性的创新中心，员工不再是任务的执行者，而是责任承担者和利润创造者。

未来的商业社会将是动荡和复杂的，专注、极致、快速反应将会越来越重要，包括塑料改性企业在内的所有企业的决策者需要审时度势，根据市场的动态变化随时作出改变，以适应不断变化的市场需求。

3　结语

新技术的兼容性、网络的无边界性、信息流通的广泛性，都决定了工业4.0将是一个无尽头的革命，其边界将随着技术的进步而不断延伸，其定义也将不断更新。然而，不管如何定义，其本质都在于以各种便利的技术，提升企业、行业乃至国家的竞争力。

工业4.0开创了一个新时代。但对于我国的塑料改性行业而言，要逐步实现自动化、信息化以及两者的深度融合，还有很长的路要走。但不管怎样，作为塑料改性企业的管理者必须清醒地认识到现状与发展潮流的差距，具有危机意识的同时必须积极应对，及早规划并付诸行动。

[1]王喜文. 德国工业4.0背后的秘密[EB/OL]. [2014-08-04].http://wangxiwen.baijia.baidu.com/article/24731.

[2]乌尔里希·森德勒. 工业4.0：即将来袭的第四次工业革命[M]. 北京：机械工业出版社，2014:42.

[3]王喜文. 工业4.0：最后一次工业革命[M]. 北京：电子工业出版社，2015:10-26.

[4]杨青峰. 智慧的维度：工业4.0时代的智慧制造[M]. 北京：电子工业出版社，2015:155-162.

[5]水木然.看工业4.0道路上美国和德国的不同路径[EB/OL]. [2015-01-26]. http://review.cnfol.com/minshengzatan/20150126/20003702.shtml.

[6]李克强. 2015年政府工作报告[EB/OL]. [2015-03-05].http://lianghui.people.com.cn/2015npc/n/2015/0305/c394298-26642056-5.html.

[7]国家工信部网站. 中国制造2025专访苗圩[EB/OL]. [2015-05-20]. http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n11293907/n11368223/16597615.html.

[8]LICHTENTHALER U. Open innovation in practice: An analysis of strategy approaches to technology transactions [J]. IEEE Transactions on Engineering Management, 2008,55(1):48-57.

[9]涂子沛.大数据[M].桂林：广西师范大学出版社，2013:301-303.

How Industry 4.0 Upgrades Modified Plastics Enterprises

XIA Jian-meng, YANG Ze

(Shanghai Engineering Research Center for Functionalization of Engineering Plastics, Shanghai Kingfa Science & Technology Co., Ltd., Shanghai 201714, China)

The contents and characteristics of industry 4.0 are summarized. The challenge for modified plastics enterprises is analyzed. The enterprises should make changes in the fields of software platform construction, products research and development, automation process, informatization construction and organization management to adapt to the needs of industry in the future.

industry 4.0; plastics modification; automation; informatization; big data

夏建盟 (1972—)，男，高级工程师,从事高分子材料改性及应用的研究。

TQ 320.6

A

1009-5993(2016)01-0001-05

2015-11-19)