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如果這家機構是中國的,工業4.0可能早普及了

在世界工業研究機構中,它是大神一般的存在。

德國弗勞恩霍夫協會

世界第一大工業研究機構,工業4.0戰略的主要締造者和推動者。是原聯邦德國在二戰後(1949年3月26日)設立的面向工業界從事以應用技術研發為主的研發機構。

知道么?世界上第一台MP3就產生於弗勞恩霍夫協會位於埃爾蘭根的集成電路研究所(1991年)。

弗勞恩霍夫協會以新奇的方式將激進的想法市場化,縮小了研發與中小企業日常工作之間的差距。作為創新的國際標杆,連美國前總統歐巴馬的「Manufacturing USA」(也就是此前的製造業創新國家網路NNMI)也以德國弗勞恩霍夫協會為榜樣。

2015年,副總理馬凱訪問弗勞恩霍夫協會時感慨:「我們學校的學生,為應付考試而學習,不是為了應用;我們的科研人員,只盯著學術論文、取得教授資格,也不注重應用。如何把科研和生產、教學和科研結合,是你們的強項,而這恰恰正是我們的弱項,值得我們借鑒。」

由湯森路透發布的2017年「全球最具創新力政府研究機構25強」榜單中,弗勞恩霍夫協會連續第二年進入三甲名單,排名第三。科學院是唯一入榜的政府研究機構,排名第11位。

2016年,弗勞恩霍夫協會下屬的七個技術聯盟69個研究所,完成了798項發明申請,為歷史新高,截至2016年底有效的專利家族達6762項,再創輝煌。在上述近800項發明申請中,有608項申請已經在專利機構備案,佔總數的2/3,即每天弗勞恩霍夫就有2項專利備案

從組織結構看,弗勞恩霍夫協會技術聯盟下設不同數量的研究所和研究機構,科學顧問委員會向研究所和董事會提供諮詢,成員大會推選成立參議會,由參議會任命董事會成員,成員大會有權解散董事會。

弗勞恩霍夫協會經費分為三大塊,約1/3來自政府的直接撥款,比1/3少一些來自通過競爭取得的政府和國際組織的項目經費,另外1/3強來自於與企業簽訂的服務合同。2016年,弗勞恩霍夫總收入為21億歐元,環比減少3400萬歐元降幅2%,主要是國防研究拖了後腿、減少了1300萬歐元,合同研究增至19億歐元,同比增加4400萬歐元增長2%。在合同研究中,73.8%的收入來自經濟界和公開資助研究項目的定向研究,其餘來自應用需求;2016年定向研究增長6%,應用需求減少7%。

教育要從娃娃抓起!

各國都在儲備技術人才,美國學習德國實施學徒計劃,推廣學徒計劃,而德國又領先了一步!為培養應用研究領域後備軍,弗勞恩霍夫在MINT(數學、信息技術、自然科學和技術,類似於美國的STEM)教育鏈層面設立了諸多核心項目,從最初幼稚園年齡的「創新兒童競賽」開始,經歷國小、少年直至大學階段,大學生可以在「加入」、「轉速」和「聯網」三個模塊中選擇,逐步進入更高學期。自2006年以來已經有2400個青少年參加了「弗勞恩霍夫人才學校」,「人才起飛」項目也迎來了第800名大學生。此外,弗勞恩霍夫智能分析和信息系統研究所還通過Roberta計劃培養人才,2016年與谷歌展開合作,在全德國範圍內啟動「MINT編碼計劃」,將免費編程平台「Open Roberta」設置在德國學校和提供數字能力的學習地點。

應用研究碩果累累

2016年,在健康和環境領域,科學資助組織聯合會的科學獎頒給了技術數學與經濟數學研究所的定向放療技術。界面技術與生物工程研究所研製出營養不受損的食物保鮮技術,硅技術研究所和硅酸鹽研究所聯合開發出帶有集成感測器、可測量壓力、溫度的運動服裝,還有用海草替代食鹽等新技術。還有,利用牲畜飼養的廢水提煉硫酸銨、磷酸鹽和腐殖質土壤改善劑,這種廢物利用的真是讓人腦洞大開!

在通信與知識領域,弗勞恩霍夫的研究成果有世界範圍內的數字化音頻播報和數字收音服務、大功率的小型放映機、數字眼鏡的展示和感測、會議與電影的虛擬現實、歌劇院的3D音效。

在保護和安全性領域,獲得2016年Hugo-Geiger 獎的是利用燃氣報警器保障安全,其他研究成果還有機器識別危險狀況、海底爆破、病原快速檢測、低成本生物監測,還有可以改變害蟲基因使其無害化的技術。

在運輸技術領域,2016年的研究有物聯網的遙測、實現像素大燈的光線不刺眼、經濟型無人駕駛船技術、提高機艙空氣質量、電池養護項目。

在生產和服務領域,2016年的研究涉及3D組件的保護層、定製藥品的生產技術、為中小企業開發機器人、小部件內部平滑處理技術、菜花收割技術、渦輪機製造的成本節約、激光處理小型機構件。

在能源與原材料領域,2016年的研究成果有太陽能電池的技術轉換、來自餘熱的水分子、利用秸稈的生物沼氣、對穩定電網的正確診斷、海上風電鑽子葉片輕量製造、水下能源存儲。

工業大數據是寶藏得好好利用!

數字是智能創新的原材料,在工業理念、規劃和操控以及新產品、服務和商業模式開發中發揮決定性作用。為了發現、搜集和利用數據寶藏,德國政府已經在「數字經濟」作為德國的頂層戰略。工業數據也成為焦點,新的物聯網技術促進了海量數據的搜集,許多工業企業開始推行「數據湖」(Data Lake)戰略。而弗勞恩霍夫集成電路研究所的低功耗廣域(LPWA)網路技術MIOTY可以獲得關於生產環境、流程和運行環境的數百萬條感測器數據,然後通過機器學習等數據分析手段,將這些感測器和本地化數據用於物聯網應用,從而創造新的商業模式,實現價值創造。

對於數據歸屬問題,有效的解決方案就是建立工業數據空間。在德國聯邦教研部資助下,2015年10月,弗勞恩霍夫啟動工業數據空間計劃,其核心特徵是開放化、信任保護、規模化、分散化、數據歸屬、數據安全、數據管理、網路效應。為數字化服務和創新商業模式提供安全、自主的數據交換,2016年1月各方成立了工業數據空間協會,初始成員有42家,包括蒂森克虜伯、博世、舍弗勒、大眾、拜耳、安聯和REWE等,每個成員需要實現一種商業驅動用戶案例。

工業數據空間協會的四大主要目標是:

制定參考架構作為可信賴數據共享範式;

為工業數據空間所有參與者的管理提供認證;

為實現數據互通推行國際標準;

為產品、服務和商業模式創建商業協同系統。

從工業數字空間協會的組織架構來看,在領導層面有執行董事會、指導委員會,兩者共同管理工作組,管理內容包括商業模式開發、法律框架、工作組架構、用戶案例及要求、工作組認證五方面。

搶灘微納電子

微納電子是電子裝備的主戰場,各國不斷加大投入,美國建立了「半導體技術先期研究網路」,歐盟發布《微納電子元器件與系統戰略》,成立「微納電子系統研究中心」。

為發展半導體及微電子技術,德國政府啟動了歐盟共同利益重點項目(IPCEI)(這一重大跨國項目旨在實現歐盟2020增長,每年各成員國可申請PCI項目,「連接歐洲設施」計劃為項目提供資金),弗勞恩霍夫與萊布尼茨學會制定了德國微電子研發機構的相關戰略,據此,2017年4月德國成立德國微納電子研究工廠(FMD)。兩家研究機構繼續為FMD提供研發支持,德國教研部為此向弗勞恩霍夫投資2.8億歐元,萊布尼茨投資7000萬歐元。

微納電子研究工廠將主要集中在四大領域:硅基技術、化合物半導體及特定基板、異質整合、設計檢測及可靠性。上述領域的知識突破是重要應用領域的基礎前提,也是德國及歐洲在國際競爭所必需的實力。參與項目的研究所將共同服務所有領域,這對微納系統的研究、開發和示範加工非常重要,尤其是信息的獲取和加工,信息技術和通訊或電力電子技術。德國微電子研究工廠將兩家研究機構13個研究所2000多名科學人員納入新的虛擬平台下重新組織技術研發,未來將創造500個高質量就業。

建立能力中心加快技術轉讓

如何突破從實驗室到產業化推廣的「最後一公里」?弗勞恩霍夫協會認為工業領域的合作是新的挑戰,其自身定位既是研發成果的提供者,也是創新過程的協調者。

2015年,弗勞恩霍夫開始推行能力中心(Leistungszentren),並成立三家示範能力中心,分別是弗萊堡的可持續發展能力中心、埃爾蘭根的電子系統能力中心和德累斯頓的微納電子功能集成能力中心。2016年啟動了其餘12家能力中心的建設。

通過這些能力中心,弗勞恩霍夫將實現其研究優勢的可持續發展,將高校與高校外研究工作有效結合,為參與研究、教學、培訓、職業規劃和後繼人才培養、基礎設施、創新和技術轉讓的各類合作夥伴提供可行的路線圖。能力中心可以在經濟各個層面對研究成果進行優化分析,創業企業和中小企業可以從研發中受益。

從具體功能來看,弗勞恩霍夫的能力中心類似美國一些政府部門的技術轉讓中心,但並不限於轉讓,還支持中小企業創新,幫助其建立學徒、培訓聯繫,與科學、經濟和政界相關參與者制定共同的路線圖。例如在柏林的數字化聯網能力中心,就是為跨行業的系統研究和跨區域企業提供泛學科平台,加快企業數字化生產,實現工業4.0,在能力中心還設立4個轉讓中心。

2016年,弗勞恩霍夫協會成立的能力中心有:柏林的數字網路中心、耶拿的光子學中心、位於哈勒和萊比錫的化學和生物系統技術中心、卡爾斯沃的移動性系統中心、慕尼黑的安全聯網系統中心、漢諾威醫療技術中心、凱撒斯勞滕的模擬與軟體創新中心、開姆尼茨的智能生產中心,還有尚未選址的物流與信息技術中心、聯網適應性生產中心、數據世界安全和數據保護中心、能源及原材料轉型的動態柔性流程與技術中心。

利用研究機構優勢設立能力中心

與美國科技創新集中在矽谷和各大高校類似,能力中心的選擇也傾向於具有產業優勢的地區。例如,卡爾蔡司所在地的耶拿被譽為「光之城」,光子學中心選址於此就是利用其區域產業優勢,在光子學領域實現信息通訊技術、生產、汽車、航空航天、安全與防禦的跨行業合作,加強耶拿大學、應用光學和精密機械研究所和產業界的合作,聚焦光纖激光器、高精度動態光學感測技術以及未來的投影與成像系統。

物流與信息技術中心有「數字化」和「自動系統」兩個專業研究示範項目,數字化涉及物流信息,在企業實驗室內,基於工業數據空間架構模型,實現「真實生活事實數據」和「適應高度分散化供應鏈」兩個主題的物流信息應用案例,發展原型並通過測試平台驗證。「自動化系統」主要集中在面向未來、以靈活ad-hoc模式邏輯系統為主的物流集群,包括利用新型軟體技術的高度靈活運輸、倉儲和處理流程。

聯網適應性生產中心的重點在於開發、系統引入和使用現代化的數字技術,用於工業4.0環境上的面向未來的產業生產系統和價值鏈。其研發模式為數字化與聯網,主要領域為智能製造平台、大數據、自適應工藝鏈、工藝模擬及建模,從而實現完全聯網的適應生產。

仍在發展壯大

在各國加快創新研究投入的大背景下,2017年7月3日,弗勞恩霍夫協會的技術聯盟又多一個,新增的是創新研究,八個技術聯盟分別是:信息和通訊技術、生命科學技術、表面技術與光子、微電子、生產和製造、國防和安全、材料和組件、創新研究。

在能力中心選址方面,物流與信息技術中心落戶多特蒙德,聯網適應性生產中心設在亞琛,數據世界安全和數據保護中心位於達慕斯塔特,能源及原材料轉型的動態柔性流程與技術中心位於波鴻/奧伯豪森。此外,新增2個能力中心,一個是位於斯圖加特的大規模個性化能力中心和波茲坦的生物和物理化學材料功能集成能力中心。

弗勞恩霍夫協會生產設備與結構技術研究所(IPK)所長烏爾曼指出,「工業4.0不是完結篇。它不單單是一個信息通信技術的問題,製造業所面臨的挑戰仍然是質量、時間、成本和可持續性的優化問題。因此,我們不能忽視機床、工藝、工具、材料和產品的創新發展,未來急需的是一個快速、精準、柔性、強勁、虛擬以人為本的生產。

後記

弗勞恩霍夫協會前理事長瓦耐克曾表示,「德國的例子僅僅是個例子,不能被其他不同制度、不同歷史和文化的地區照搬,每個地區必須找到自己的方法。」

弗勞恩霍夫協會是深深植根於德國的社會環境之中的,儘管不能照搬照用,但我們可以學習其科研和應用「兩位一體」的結構理念。

沒人能預測誰將在這新一輪工業革命中搶佔先機。德國提出了「工業4.0」戰略,美國政府提出了「工業互聯網」計劃,日本計劃2050年機器人產業問鼎全球第一,也有《製造2025》……

總理李克強認為:與發達國家在工業3.0基礎上邁向4.0不同,不僅要追趕工業4.0,還要在工業2.0、3.0方面「補課」。製造業從「虛胖」到強壯,路還很長。

問題來了~~如果有一家弗勞恩霍夫這樣的協會,能否解決當前製造業發展的瓶頸?你怎麼看?



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