工业4.0渐行渐近

工业4.0背景下技术与设计教育
通用技术课程其实还是应该称呼为技术与设计课程,技术与设计课程虽然体现基础与宽泛,每个学习者都能够掌握大部分教学内容,这些在应试环境中较难进行分数上的区分,虽然也作为高中学考科目,但是在高考中只作为专科录取的依据,各方面重视不足,课程发展较缓慢。放眼世界,可以看到开设这门课程是顺应时代发展需要的。大学正在进行着研究型大学和应用技术型大学的分化,人的教育需求多元化,个性化。通过技术与设计课程的学习,可以向学生展示一个文化之外的天地,通过技术与设计满足实际需求,通过文化将这些实物赋予人文气息,二者互相促进达到人的和谐统一,理性与感性融合。
德国德国业界提出的“工业4.0”概念源于2011年汉诺威工业博览会,最初的想法只是通过物联网等媒介来提高德国制造业水平。随后,德国成立了“工业4.0工作组”,并于2013年4月发布了报告《保障德国制造业的未来:关于实施工业4.0战略的建议》。

  在德国工程科学院等德国学术界和产业界的建议和推动下,“工业4.0”上升到国家战略,德国联邦教研部与联邦经济技术部于2013年将“工业4.0”项目纳入了《高技术战略2020》的十大未来项目中,联邦政府资助2亿欧元,用来“奠定德国在关键技术上的国际领先地位,夯实德国作为技术经济强国的核心竞争力”,该项目分为两大主题,一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。

  在德国,学术界和产业界对“工业4.0”概念比较统一的阐释是——继机械化、电气化和信息技术之后,以智能制造为主导的第四次工业革命,主要是指通过信息通讯技术和虚拟网络/实体物理网络系统(CPS)的结合,将制造业向智能化转型,实现集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变,最终建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务生产模式。

  德国是全球制造业中最具竞争力的国家之一,其装备制造行业全球领先,这是由于德国在高端制造技术的研究开发、复杂工业过程管理、工业自动化领域的高度专业化所奠定的。当前,以信息技术与制造相融合,推动全球制造业模式革命性创新的趋势越来越明显,美国凭借信息通讯技术优势,正在推进以工业互联网为核心的“再工业化”,但欧洲企业占全球通信和信息技术市场份额不到10%,在新的工业革命浪潮中,如果德国制造业不能弥补这一缺陷,实现制造业与信息互联技术的对接,德国工业的领先地位将面临极大的挑战。为此,德国希望通过工业4.0战略的实施,继续维持自身制造装备领域“领头羊”的地位,成为新一代工业生产技术的供应国和主导市场。

  美国2009年,美国公布《重振美国制造业框架》,相继启动了《先进制造业伙伴计划》和《先进制造业国家战略计划》,实施“再工业化”。

  其实,美国制造业并没有多少衰落,2010年,美国制造业产出近1.8万亿美元,稍稍领先于中国,比日本制造业产出高2/3,是德国制造业产出的三倍,规模仍是世界最大的;2011年,美国制造业产量创历史纪录,比1990年高6倍。美国制造业的主要问题是就业岗位在减少,主要原因是国内生产自动化程度和劳动成本过高,迫使美国大公司将产业转移到国外。1970年,在美国全部7000万就业岗位中,制造业就业近1700万,占25%;到2012年,在美国13370万就业岗位中,制造业就业只有1190万,仅占9%。美国政府提出“再工业化”旨在达到“一石数鸟”效果:短期刺激经济复苏、缓解严重失业缓和社会矛盾;中期结构调整,培育新的增长动力,促进经济再平衡;长期目标是抓住新一轮产业革命之机,谋划战略主导权,重塑国家竞争优势。

  “再工业化”与“制造业回归”作为奥巴马上台以来大力推动的一项经济战略,已初见成效,某些制造业已出现回归美国迹象。3D打印技术产业已成为美国“十大增长最快的工业”之一,有专家认为,3D打印技术或许具有蒸汽机或电话相似的时代意义。据美国波士顿咨询公司不久前一份研究报告说,由于竞争力上升,美国在未来6年内每年将从欧洲、日本和中国等出口大国手中夺取700亿到1150亿美元的制造业出口额。

  日本日本政府也高度重视高端制造业的发展。首先,政府加大了开发3D打印机等尖端技术的财政投入。2014年,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“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。其次,快速更新制造技术,提高产品制造竞争力。

  近年来日本制造业出现了三个新现象。一是采用“小生产线”的企业增多:本田公司通过采取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,建成世界最短的高端车型生产线;二是采用小型设备的企业增多:日本电装公司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%;三是通过机器人、无人搬运机、无人工厂、“细胞生产方式”等突破成本瓶颈:佳能公司从“细胞生产方式”到“机械细胞方式”,再到世界首个数码照相机无人工厂,大幅度地提高了成本竞争力。

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