4.3　日本“互联工业”

4.3.1　起源

20世纪60年代以来，日本开始从“贸易立国”转向“技术立国”，从强调应用研究转向注重基础研究，政府从政策、计划、财政、金融等方面，对应用技术、基础研究，尤其是高新技术大力引导和支持。在技术研发方面，日本有三个指标名列世界第一：一是研发经费占GDP的比例世界第一；二是由企业主导的研发经费占总研发经费的比例世界第一；三是日本的核心科技专利世界第一。

日本的工业精神与德国有相似之处，都是强调“工匠精神”。日本人强调职人精神、工匠精神，强调一生悬命世代传承。日本职场人用得最多的一个词是“本份”，把手头正在做的事做透是本份的、必须的。日本人不仅把工作当作赚钱的工具，而是树立一种对工作执着、对所做的事情和生产的产品精益求精、精雕细琢的精神。在日本，稍有瑕疵的产品，绝对无法下线。虽然日本的制造业占GDP的比例仅为19%，但对日本经济是最具竞争力和创造价值的产业。根据2016年德勤与美国竞争力委员会联合发布的《2016年全球制造业竞争力指数》，2016年日本在全球排名第4位，仅次于美国、中国和德国。但该报告同时预测，展望2020年，美国、德国和日本将是制造业创新最强劲的国家，高度技术密集型国家的出口将呈现上升趋势。

虽然制造业是日本的重要产业，但近年来随着市场全球化与生产制造海外转移，日本制造业的国际竞争力不比昔日。一方面，日本受到制造成本高、资源需要进口、人口老龄化的制约；另一方面，美国和德国在制造业先进技术与全球生态的领先地位，中国和韩国在制造业规模的快速发展，使日本面临严峻挑战。从贸易收支来看，日本制造的出口产品的能力与20世纪七八十年代相比下降很多；根据世界银行的报告，从国内生产总值来看，日本制造业占比从2003年的19.5%下降到2013年的18.5%，紧跟在19.9%的服务业之后，产业附加值不断降低，制造业逐渐被服务业取代。近几年，随着索尼、松下、东芝、夏普等品牌在消费领域遭遇滑铁卢，很多分析人士认为日本制造业将走下神坛，但是在产业链的上游高端材料、高端部件领域，日本企业依然保持领先地位。

2017年，日本经济产业省提出“互联工业（Connected Industries）”战略。受此带动，三菱电机、发那科、DMG森精机和日立制作所四家日本企业对在各自物联网平台之间建立数据互换机制达成共识。在物联网领域，多家日本企业技术水平很高，他们力争把各企业的优势集中起来，以求在与德国工业4.0、美国的工业互联网等在智能制造领域的竞争中取得优势。

同年3月份，在德国汉诺威召开的信息通信展览会上，安倍首相明确提出“互联工业”的概念，发表了“互联工业：日本产业新未来的愿景”的演讲，核心内容就是：人与设备和系统的相互交互的新型数字社会，通过合作与协调解决工业新挑战，积极推动培养适应数字技术的高级人才。日本经济产业省大臣也随后跟德国经济能源部部长联合发表了德日共同声明“汉诺威宣言”，宣布推进“通过连接人、设备、技术等实现价值创造的互联工业”。

作为日本国家战略层面的产业愿景，“互联工业”强调“通过各种关联，创造新的附加值的产业社会”，包括物与物的连接、人和设备及系统之间的协同、人和技术相互关联、既有经验和知识的传承，以及生产者和消费者之间的关联。其中一点值得注意的是，熟练的技术员和年轻的技术员相接，实现技术的传承，由此创造更多的价值。而在整个数字化进程中，需要充分发挥日本的两大优势：高科技和高现场力，构筑一个以解决问题为导向、以人为本的新型产业社会。

“互联工业”面向各种各样的产业，通过企业、人、数据、机械相互连接，产生出新的价值，同时创造出新的产品和服务，提高生产力。这与日本政府一个更高的目标“Society 5.0”（社会5.0）密切相关。日本正在朝着超智能社会—也就是社会5.0方向发展，以解决一些迫切性很强的社会问题，包括老龄化、人手不足、社会环境能源制约等。日本政府每年在制定政策的时候，未来的投资计划和战略都包含社会5.0的内容，包括综合的解决方案和创新方案。

对于未来的投资战略，日本提出了第四次产业革命，通过IoT、人工智能、机器人等技术，推动各种各样的产业发展，然后将这一切都融入社会生活当中，以解决社会需求，实现社会5.0。社会5.0是现在信息化社会的下一步方向。而要实现社会5.0，产业所面临的最重要方向，就定位于互相连接的制造。

为了推进“互联工业”，日本经济产业省（METI）推进了一系列工作。日本经济产业省提出了“东京倡议”，确立了今后五个重点领域的发展：无人驾驶与移动服务、生产制造与机器人、生物与材料、工厂与基础设施安保和智慧生活（见图4-7）。

以上这五个领域都采取了交叉式的各种政策来推进，主要是三类横向政策：一是实时数据的共享与使用；二是针对数据有效利用的基础设施建设（如培养人才、研究开发、网络空间的安全对策等）；三是国际、国内的各种横向合作与推广（如向中小企业的推广普及）等，都是非常重要的课题。

4.3.2　主要概念与框架

日本工业价值链促进会（Industrial Value Chain IniTIaTIve，IVI）是一个由制造企业、设备厂商、系统集成企业等发起的组织，旨在推动智能工厂的实现。2016年12月8日，IVI基于日本制造业的现有基础，推出了智能工厂的基本架构《工业价值链参考架构》（Industrial Value Chain Reference Architecture，IVRA）。

IVRA基本上与工业4.0平台的RAMI 4.0类似，也是一个三维模式。三维模式的每一个块被称为“智能制造单元（SMU）”，将制造现场作为1个单元，通过3个维度进行判断。

纵向作为“资源轴”，分为员工层、流程层、产品层和设备层。横向作为“执行轴”，分为Plan、Do、Check和Action（PDCA循环）。内向作为“管理轴”，分为质量（Q）、成本（C）、交货期（D）、环境（E）（QCDE活动），大概模式见图4-8。

在IVRA中，通过多个智能制造单元（SMU）的组合，展现制造业产业链和工程链等。多个智能制造单元（SMU）的组合被称为“通用功能块（GFB）”。GFB纵向表示企业或工厂的规模，分为企业层、部门层、小组层和设备层；横向表示生产流程，包括市场需求与设计、架构与实现、生产、维护和研发等5个阶段；内向表示需求与供给流程，包括基本计划、材料采购、制造执行、物流销售和售后服务等5个阶段（见图4-9）。

IVRA还将智能制造单元（SMU）之间的联系定义为“轻便载入单元（PLU）”，具体而言，分为价值、物料、信息和数据等4个部分。通过掌控这4个部分在SMU间的传递准确度，来提升智能制造的效率。

与德国RAMI 4.0或美国IIRA相比，日本IVRA的一大特征是通过SMU等形式，纳入了包括具体员工共同操作在内的“现场感”特征。日本制造业以丰田生产方式为代表，一般通过人力最大化来提升现场生产能力，实现效益增长。IVI向全世界发布的智能工厂新参考架构嵌入了日本制造业的特有价值导向，期望成为世界智能工厂的另一个标准。

4.3.3　发展趋势

日本经济产业省发行的《基础制造业白皮书》2017版问卷调查部分，针对“应由哪个部门负责制定数据采集和应用方面的战略及规划”进行了提问，答案最多的是“制造业部门”。实际上，制造业主导此类规划的数量占比达到44.8%，侧面反映出日本国内当前制造业物联网发展以“工厂互联”化为中心。

工厂互联的发展分为多个阶段。最基础的数据获取为“阶段0”，数据应用的“可视化”是“阶段1”。在此基础上，“分析”“自动控制”“最适化”“自我管理”等要求得以逐步实现。

这样的变革先期在组装、代工等制造领域体现，并在原材料、钢铁等装备制造领域扩大应用。为推进大型装备制造业自动化发展，数据的收集势在必行，这些数据的应用将大幅提高工作效率，使产量、生产品质发生巨大变化。

日本工厂互联的5大发展趋势及其面临的问题如下。

（1）边缘化加速发展。

现场机器（终端）将数据筛选处理后再上传云端，这一需求存在实效性和安全性的隐患，数据质量问题在日本再次引起关注。这将工厂互联、可视化的重点推向数据分析，如何获取有效数据成为重中之重。如果无效数据太多，人工智能、大数据分析技术即使大力发展，分析的结果也毫无意义。在数据现场获取有分析价值的、有效的数据的需求，将推动边缘计算的大力发展。近年来，以边缘计算为主的研究开发团体十分活跃，例如，发那科推进的物联网平台field system就是专门面向制造现场的服务系统。此外，2017年11月，三菱电机、NEC也共同推出名为Edgecross的系统。

（2）AI应用持续发展。

制造现场环境的变动以及受边缘数据多元化的关联影响，如何应对不稳定因素以达到最适配置技术是人工智能长期以来需攻克的难点之一。人工智能不仅需要庞大的计算能力，也离不开云端数据的支持。三菱电机、欧姆龙等厂商相继开发了对应边缘的机械控制器，以实现对机器及数据进行管理。

（3）移动生产线进一步发展。

工业4.0和智慧工厂催生出定制化需求。而定制化的实现需要综合订单情况和生产情况来对生产线进行灵活调整。灵活的网络和具有把控全局能力的生产控制系统是实现大规模订制的基本前提。为保证生产线的灵活性，生产线模块化以及自由组合的操作都是基本条件。

（4）自动化检验领域扩大化。

以移动生产线为前提，工程自动化检验领域的扩大势在必行。2017年，日本制造业遇到了前所未有的难题—生产品质下降。将来保证产品归本溯源在于掌握生产的品质数据，2017年12月日本经济产业省发布“品质保证体制强化”对策，其中提到品质数据共享及重组的问题。工程自动检验技术的推进将促进这一领域的发展，在AI和机器人技术等发展的推动下逐步攻克以往的技术难题，甚至可能一鼓作气实现技术飞跃。

（5）工厂安全升级的专业发展。

工厂互联的不断推动，工厂会遇到更多的网络攻击，在推进物联网应用的同时，安全性也是日本制造业发展需要面对的严峻问题，例如2017年发生过一起规模庞大的病毒入侵事件，今后还会遇到更多诸如此类的攻击。物联网云平台的安全性和可扩展性涉及物联网落地基础是否扎实的问题，因此，如何防范及解决这些问题至关重要。

如果说工厂互联已经处在顺利发展阶段，那么服务互联则还有更多的发展空间。在服务互联中，远程监视、故障预测、预防保全是保护和修理中最重要的三个方面。不仅航空引擎这样的大型机械需要相关维护的保证，就连打印机这类小型机器也将成为服务对象。除维护领域外，其他商业服务领域将如何发展，也是日本制造业日后面临的巨大难题。虽然日本经济产业省鼓励生产制造企业由硬设施向软服务发展，但想要突破传统，构建新的商业模式仍存在很大困难。基于现有产品的延伸性业务突破，需要切换成从客户端出发的设计思维和系统思维。

在建立新的制造情报系统的基础上，可以实现超越时间和空间的新商业形态，例如虚拟工厂的开发和使用会激活市场需求，这意味着“工厂物尽其用”。工厂相互开放不仅拥有自己的数据，同时也接受外界数据，在空余的时间对其他数据进行有效分析、利用。这就是我们所说的制造业商业模式的创新变革。