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  • 制造變遷史:從手工到智能時代

    2019年,全球制造業遭遇了重大危機。

     

    美國制造業指數PMI創近10年新低,中國制造業指數也大幅放緩。向前蓬勃發展30年的中美貿易,在貿易戰的影響下受到重創。

     

    自十八世紀中葉開啓工業文明以來,世界強國的興衰史和中華民族的奮鬥史一再證明:“得制造業者得天下”。

     

    特朗普打著“振興美國制造業”的旗號成功競選總統,盡管從未被實踐;最近,美國前總統奧巴馬監制的以中國企業福耀玻璃爲原型的紀錄片《美國工廠》喧囂日上,矛頭也直指制造業。有人說,這是奧巴馬在作爲總統時未曾實現的美國夢的一個延續:把當政客時沒有講完的話,講全乎了。

     


    制造業逃離美國,轉向中國是不爭的事實。影片裏的福耀背道而馳,堅持打造美國的工廠也僅是爲了照顧美國本土汽車青青草青青草青青草而做的不得已之舉,對現如今的制造業流向趨勢並無多大貢獻。

     

    從工業革命至今,全球制造業經曆了四次大遷移,制造業的重心,從英國,歐洲轉向美國、日本,再到中國。目前全球制造業第五次遷移正在進行中,新一輪的制造中心開始流向東南亞的越南、印尼、印度等國家。

     

    中國特色社會主義經濟道路也難逃制造業的發展定律。隨著我國人口紅利的消失,傳統制造業依靠人力發展的道路越走越窄。與此同時,以工業機器人爲代表的智能裝備,正爲傳統的裝備制造以及物流等相關青青草青青草青青草的生産方式帶來了革命性的産業變革。

     

    這樣的轉變,在關于制造的曆史長河中也許僅是一個小小的片段。但對國家來說,每一次的改革創新,都是洪流下的巨變。

     

    電影《2001:太空漫遊》的一開始,一個史前猿人因爲受到了黑石方碑的影響,學會了將骨頭作爲武器獵殺其他動物。與之相呼應的片尾,他將骨頭抛入高空中,畫面一轉,誕生了一艘太空飛船。

     

    從遠古時代的石器到迄今尚在探索的宇宙飛船,這其中跨越260萬年曆史的變化發展,流淌的是整個人類文明制造發展史。

     

    現如今我們所在的世界,眼之所在,皆是人類的發明制造;但這只是比較寬泛廣義上的制造。真正意義的制造業,是機械工業時代對制造資源(物料、能源、設備、工具、資金、技術、信息和人力等),按照市場要求,通過制造過程,轉化爲可供人們使用和利用的大型工具、工業品與生活消費青青草青青草青青草的青青草青青草青青草。 


    01. 黎明前的摸索
     

    遠古時期,世界的主體經濟仍以遊牧文明與農耕文明爲主,制造業的胚芽尚在孕育當中。早期的制造是以制造工具更新換代的形式存在發展的。

     

    迄今爲止,最早被發現的石器工具是在肯尼亞發掘出來的,距今已有約260萬年的曆史。最原始的工具雛形出現在舊石器時代,工具形狀大小各異,主要呈塊狀、薄片狀和刀片狀等。

     

    同樣是在肯尼亞,1981年,根據發掘的證據,人類控制火源的曆史可以追溯到142萬年前。

     

    使用工具和能源,被認爲是人類區別于其他物種的主要因素之一。在這個基礎上,人類各種奇思妙想迸發,屬于人類的文明生活就此拉開帷幕。

     


    人類定居下來後科技發展的步伐大大加快,金屬的出現成爲人類科技文明發展的一次重大飛躍。

     

    人類真正掌握鑄造技術則是源于古埃及人發明的熔模鑄造技術,這項技術通過向模型中注入熔化的金屬,排出融化蜂蠟而成型。後來古埃及人還發明了金屬鋸,用以快速鋸開木質的材料。

     

    中國人則認爲鋸是魯班在公元前5世紀發明。但中國人的確在公元前400年發明了高爐,用以煉制青銅。由其演變而來的煉鐵工業制造了數以百萬計的武器與衣物,成爲秦始皇統一中國必不可少的工具。
     

    制造工具的推陳出新,得益于制作材料與工藝技術不斷的發展創新。但提高制造效率的途徑不僅僅是提高工藝與材料。

     

    在工業革命開始前的600多年,威尼斯人首創了大規模生産模式——經過專業化的分工,將從事不同工種的勞動力分散在一條生産線上。生産線的誕生,大大提升了生産率和産量,實現了高品質武器的大規模生産。

     

    這也意味著制造不再局限于制造材料與工藝技術,還包括了制造系統。與此同時,制造條件基本形成。

     

    但在工業革命前的數千年間,在人們對能源與工具的使用無法進行指數型提升的背景下,現代人類重複的陷入馬爾薩斯陷阱:人口增長超越食物供應,會導致人均占有食物的減少,最終弱者就會因此而餓死。

     

    無休止的重複仿佛魔咒般無法逃離,黎明前的黑暗讓人窒息,直到工業革命的來臨。

     

    02. “蒸汽朋克”的匠心
     

    爲了快速煮飯以及保留骨頭的豐富營養和松軟的口感,高壓鍋在1679年由法國科學家班平發明。高壓鍋的發明讓他發現了一個有趣的現象:大氣壓力會影響沸點,蒸汽的力量可以擡起鍋蓋。

     

    1698年,塞維利從班平的設計中得到靈感發明了抽水泵——一種最基本的蒸汽機,可以利用蒸汽動力緩解礦井排水問題。14年後的1712年,紐科門解決了塞維利抽水泵的距離缺陷,雙方合作發明了常壓蒸汽機。

     

    盡管常壓蒸汽機氣體冷凝速度慢,無法使蒸汽行程的活塞運動連續産生,效率較低;但由于焦炭冶鐵技術的出現導致煤炭的需求急劇上升,它仍然受到了人們的熱烈追捧。

     

    常壓蒸汽機

     

    與此同時,“珍妮紡紗機”的出現首先在棉紡織業中引發了發明機器、革新技術的連鎖反應,揭開了工業革命的序幕。

     

    命运的转折点发生在1785年。瓦特发明了第一台带独立冷凝器的蒸汽机,体积小,耐久度高,可以持续、高效率的产生活塞運動从而提供旋转式的动能。改良型蒸汽机的投入使用极大推动了机器的普及和发展,人类社会由此进入“蒸汽时代”。
     


    工業革命帶來的科技創新以多種形式對制造産生著重大的影響。

     

    工業生産中機器生産逐漸取代手工操作,一種新型的生産組織形式——工廠出現了。經濟社會從農業、手工業爲基礎轉型到了以工業及機械制造帶動經濟發展的模式,制造企業的模型初見端倪;企業形成作坊式的管理模式。

     

    1776年3月,亞當·斯密的《國富論》中第一次提出將制造分解成若幹具體的任務,將任務交由不同的人進行處理的生産,即“勞動分工”的科學定義。因爲勞動分工對提高勞動生産率和增進國民財富的巨大作用,後來分工論逐漸演變成爲企業管理的主要模式。

     

    除此之外,在制造系統方面,1797年,惠特尼(Whitney)談判達成了爲美國政府生産10,000支步槍的合同,“可互換零件”與“配合裝配”概念也因此在美國大批量傳播推廣。

     

    依靠工業革命完成的資本積累,社會結構也發生重大變革;新興城市的産生以及世界工業化的進程都爲制造業的蓬勃發展提供了肥沃的生長環境。

     

    但此時的制造業還只是初具雛形,因爲科學和技術尚只是在局部發明創造,尚未在制造業中真正結合起來,而相關的制造系統的概念也只是初步形成理論,沒有經受實踐的檢驗。


    03. “電光火石”一觸即發
     

    當制造業不再局限在小型家庭作坊式的工廠,而是成長爲大規模生産的工廠時,先進的生産技術和生産關系的重大變革起到了決定性作用,而這其中的關鍵在于科技與創新的發展。

     

    第二次工業革命爆發期間,科學技術的複雜性和先進性達到了新的高度——自然科學同工業生産緊密結合起來。新的技術和發明遠超過一國的範圍,規模更加廣泛,人們開始更多地嘗試以前無法完成的大型設備。

     

     

    其中電力的廣泛應用、內燃機和新交通工具的創制、新通訊手段的發明成爲了當時科學技術最爲突出的代表,制造業的發展一日千裏。

     

    兰索姆奥兹为了大批量青青草青青草青青草汽车,发明了一个革新整个汽车青青草青青草青青草的发明——裝配线,裝配线的发明将汽车产量从1901年的425辆提升到了1902年的2500辆。直到1913年,福特在裝配线的概念基础上开创了流水线,大批量青青草青青草青青草的模式进一步提高了汽车产量,大大降低了青青草青青草青青草成本。

     

    泰勒的科學管理理念對制造中的每個環節進行了科學化、理性的定義,其中包括

    • 工人的工作任務時間、節拍標准;
    • 青青草青青草青青草標准的廣泛使用;
    • 計件制與勞動激勵;
    • 工廠中的數據搜集,用以替換工人以及成本核算。

     

    新概念、新模式的出現導致制造技術的過細化分工和制造系統的功能分解,逐步形成了以科學管理爲核心,推行標准化、流程化的管理模式,企業的人與“工作”得以匹配。

     

    德國西門子生産車間

     

    依靠工業革命蓬勃發展完成的資本積累,英法德美等國家率先進入現代化工業強國,形成西歐和北美兩大工業地帶。其中,重工業長足發展,逐步占據經濟的主導地位。但當時整個世界的經濟發展極其不均衡。

     

    與此同時,制造業開始往勞動密集型産業和技術密集型産業兩個方向分流。而這也成爲當今全球制造經濟四梯隊的最初模型。

    第一梯隊:以美國爲主導的全球科技創新中心;
    第二梯隊:高端制造領域,包括歐盟、日本;
    第三梯隊:中低端制造領域,主要是一些新興國家,包括中國;
    第四梯隊:資源輸出國,包括OPEC(石油輸出國組織)、非洲、拉美等。


    04. 計算機:靈魂的起舞
     

    科技與創新始終是制造業發展與轉型的關鍵所在。計算機的産生,給制造業注入了新的靈魂,制造業的發展取得了質的飛躍。

     

    • 第一台數字式電子計算機于1941年由德國工程師康拉德楚澤發明。這是第一台全部由程序控制的計算機。
    • 1963年,計算機輔助設計CAD開始允許用戶使用一根“光電筆”對系統進行繪圖。
    • 1971年工作在雷諾公司的法國工程師貝塞爾發明了計算機輔助制造系統CAM,開始在電腦端與工廠機械設備之間建立虛擬聯系,並實現控制。
    • 1983年,康柏公司開發了第一台筆記本電腦。一體便攜式的設計,盡可能簡潔的IO設計大獲成功。

     

    世界第一台計算機

     

    PLC于1960年誕生于美國通用公司,與計算機類似的是,它們都由軟件控制,以實現固定指令;但PLC的編程更加簡單,使用更加方便。在此階段,工廠大量采用由PC、PLC/單片機等真正電子、信息技術自動化控制的機械設備進行生産。

     

    由于當時的計算機體積較大,微型計算機與微型控制器于1971年由英特爾公司的特德霍夫發明而成。最初是爲集中功能不同的計算器,隨後又發明了英特爾4004微處理器。
     

    英特爾4004微處理器

     

    微處理器的發展,極大程度地帶動了各種制造工具的自動與智能化。自此,機器逐步替代人類作業,不僅接管了相當比例的“體力勞動”,還接管了一些“腦力勞動”。

     

    制造工具也不單單是爲工藝生産而服務的特種設備,更加通用、替代工人、服務于制造系統的制造工具應運而生。

     

    機器人最早可追溯到1495年,奥纳多达芬奇制造了最早的机械骑士機器人;但现代第一台全自动機器人由美国神经学家沃特博士于1948年发明,这是一个类似于乌龟的小機器人,具有外部感光和触觉传感,在简单的电路帮助下可以自行運動。

     

    直到20世纪50年代美国工程师乔治德沃尔与约瑟夫英格伯格提出了工业機器人,即工业機械臂的概念。在经历过若干样机试验后,英格伯格所在的Unimation公司青青草青青草青青草了第一台名为Unimate的機械臂,该機械臂重达2吨,服务于通用汽车的裝配线。当时仅实现将热压铸件在不同工位间的转移工作,随后几年开始进行车体的焊接工作。
     

    Unimate機器臂

     

    在升級工業2.0的基礎上,廣泛應用電子與信息技術進一步大幅度提高了制造過程中自動化的控制程度,生産效率、良品率、分工合作、機械設備壽命也得到了前所未有的提高;生産組織形式從工場化轉變爲現代大工廠,人類進入了産能過剩時代。

     

    由于各國資源禀賦不同,全球制造業發展開始聯通,制造業逐漸形成産業鏈分工不同的全球化模式。但隨著工業霸主國生産資料成本的上升,全球制造業自20世紀以來經曆了多次遷移,加工制造中心不斷發生轉移。

     


    05. 智能時代,未來已來
     

    人們常用最具代表性的生産工具來代表一個曆史時期,如石器時代、青銅時代、鐵器時代、蒸汽時代、電氣時代、原子時代等;而21世紀最具代表性的生産工具非屬互聯網。

     

    基于計算機的出現,因特網于1969年誕生。最初它還只是爲了抵禦前蘇聯的核威脅,快速傳遞信息與數據;到了1973年,爲連接不同的計算機與計算設備,施樂公司開發了因特網,直到今日因特網仍在工廠的信息互聯上承擔重要角色;當然也遠遠不止如此。

     

    互聯網的協議(即TCP/IP),由羅伯特卡恩與文頓瑟夫發明,打通了電腦與電腦之間交流的最後一道坎;而極大擴大的互聯網的容量與可能性將萬物互聯變爲現實。
     


    互聯網、大數據、雲計算、物聯網等新技術與工業生産相結合,人類開始進入智能化時代。智能化時代下,制造業的生産組織形式從現代大工廠轉變爲虛實融合的工廠,柔性生産、個性化生産成爲了時代的寵兒。

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