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篇1

隨著信息技術與工業技術的高度融合，網絡、計算機技術、信息技術、軟件與自動化技術的深度交織產生新的價值模型，在制造領域，這種資源、信息、物品和人相互關聯的“虛擬網絡―實體物理系統”（Cyber-physical Systems，CPS）被德國人定義為“工業4.0”。

同時，德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部也于2013年將工業4.0項目納入了《德國2020高技術戰略》的十大未來項目中。德國機械及制造商協會（VDMA）等協會還合作設立了“工業4.0平臺”。

接著，德國電氣電子和信息技術協會于2013年12月工業4.0標準化路線圖，同年召開的漢諾威工業博覽會的主題“融合的工業――下一步”則很好地契合了德國自2013年以來力推的創新概念――工業4.0。德國總理默克爾則將工業4.0稱作“一座里程碑”。

在這個宏大概念的背后，有著德國政府、德國工程院、弗勞恩霍夫協會、西門子公司以及眾多中小企業等德國學術界和產業界的合作與支持，德國政府甚至提供了2億歐元的資金支持。

作為未來生產的代表性概念之一，德國政府提出的工業4.0計劃被理解為第四次工業革命，它意在升級工業體系，形成“智能制造”的未來。工業4.0強調兩大主題：一是“智能工廠”，重點研究智能化生產系統及過程以及網絡化分布式生產設施的實現;二是“智能生產”，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用。由此可見，工業4.0并不陌生，當前智能化、信息化、綠色生產已經將制造業推到變革的門檻，工業4.0只是臨門一腳。

德國工業4.0戰略的主要內容

賽迪智庫工業經濟所副所長劉春長將德國工業4.0的核心內容總結為：建設一個網絡（信息物理系統）、研究兩大主題（智能工廠、智能生產）、實現三大集成（橫向集成、縱向集成與端對端集成）、推進三大轉變。

一是建設一大網絡，即信息物理系統（CPS）。CPS的核心思想是強調虛擬網絡世界與實體物理系統的融合。換言之，即強調制造業在數據分析基礎上的轉型。進一步講，CPS的主要特征可以用“6C”來定義，即Connection（連接）、Cloud（云儲存）、Cyber（虛擬網絡）、Content（內容）、Community（社群）、Customization（定制化）。CPS可以將資源、信息、物體以及人員緊密聯系在一起，從而創造物聯網及相關服務，并將生產工廠轉變為一個智能環境。

二是研究兩大主題，即智能工廠與智能生產。實現工業4.0的核心是智能工廠與智能生產。作為目標核心載體的智能工廠，即分散的、具備一定智能化的生產設備，在實現了數據交互之后，能夠形成高度智能化的有機體，實現網絡化、分布式的生產設施;智能生產的側重點在于將人機互動、智能物流管理、3D打印等先進技術應用于整個工業生產過程。

未來智能工廠與智能生產的實現意味著，較之傳統生產模式，新的生產方式將大幅提高資源利用率，產品生產過程中的實時圖像顯示使得虛擬生產變為可能，從而減少材料浪費;個性化定制將成為可能并且生產速度大幅提高。

三是實現三大集成。即價值鏈上企業間的橫向集成、網絡化制造系統的縱向集成以及端對端工程數字化集成。

在生產、自動化工程以及IT領域，價值鏈上企業間的橫向集成是指將使用于不同生產階段及商業規劃過程的IT系統集成在一起，這包括發生在公司內部以及不同公司之間的材料、能源以及信息的交換（比如入站物流、生產過程、出站物流、市場營銷），橫向集成的目的是提供端對端的解決方案。

與此相對應，網絡化制造系統的縱向集成是指將處于不同層級的IT系統進行集成（如執行器和傳感器、控制、生產管理、制造和企業規劃執行等不同層面），其目的同樣是提供一種端對端的解決方案。

端對端工程數字化集成是指貫穿整個價值鏈的工程化數字集成，是在所有終端實現數字化的前提下所實現的基于價值鏈與不同公司之間的一種整合，這將在最大限度上實現個性化定制。在此模式下，客戶從產品設計階段就參與到整條生產鏈，并貫穿加工制造、銷售物流等環節，可實現隨時參與和決策并自由配置各個功能組件。

四是促進三個轉變。（1）實現生產由集中向分散的轉變，規模效應不再是工業生產的關鍵因素，工業生產的基本模式將由集中式控制向分散式增強型控制轉變。（2）實現產品由大規模趨同性生產向規模化定制生產轉變，未來產品都將完全按照個人意愿進行生產，極端情況下，將成為自動化、個性化的單件制造。（3）實現由客戶導向向客戶全程參與的轉變，客戶不僅出現在生產流程的兩端，而是廣泛、實時參與生產和價值創造的全過程。

總之，德國工業4.0的核心，就是利用信息通信技術把產品、機器、資源和人有機結合在一起，通過信息通信技術建立一個高度靈活的個性化和數字化的智能制造模式。在此模式中，CPS系統將推動生產對象直接或借助互聯網通過M2M（machine-to-machine，機器對機器）通信自主實現信息交換、運轉和互相操控;智能工廠能夠自行運轉，產品與機器可以相互交流，機器可以自組織生產，供應鏈將自動化協同，產業鏈分工將被重組，創造新價值的過程將發生改變。

相對于劉春長的精簡總結，工業和信息化部電子信息司副司長、中國信息化百人會成員安筱鵬則從互聯、數據、創新等多個維度來闡述他對工業4.0的理解。

工業4.0是互聯

工業4.0的核心是連接，要把設備、生產線、工廠、供應商、產品、客戶緊密地連接在一起。工業4.0適應了萬物互聯的發展趨勢，將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通信設施通過信息物理系統（CPS）形成一個智能網絡，使得產品與生產設備之間、不同的生產設備之間以及數字世界和物理世界之間能夠互聯，使得機器、工作部件、系統以及人類會通過網絡持續地保持數字信息的交流。

具體來說，又包括生產設備之間的互聯、設備和產品的互聯、虛擬和現實的互聯、萬物互聯網。

首先是生產和設備之間的互聯。從工業2.0到工業3.0時代的重要標志是，單機智能設備的廣泛普及。工業4.0工作組把1969年第一臺可編程邏輯控制器Modicon084的使用作為工業3.0的起點，其核心是各種數控機床、工業機器人自動化設備在生產環節的推廣，我們可以把它理解為單機設備智能化水平不斷提升并廣泛普及推廣。

工業4.0的核心是單機智能設備的互聯，不同類型和功能的智能單機設備的互聯組成智能生產線，不同的智能生產線間的互聯組成智能車間，智能車間的互聯組成智能工廠，不同地域、行業、企業的智能工廠的互聯組成一個制造能力無所不在的智能制造系統，這些單機智能設備、智能生產線、智能車間及智能工廠可以自由地、動態地組合，以滿足不斷變化的制造需求，這是工業4.0區別于工業3.0的重要特征。

其次是設備和產品的互聯。正如德國總理默克爾在2014年漢諾威工博會上所講的，工業4.0的意味著智能工廠能夠自行運轉，零件與機器可以進行交流。由于產品和生產設備之間能夠通信，使得產品能理解制造的細節以及自己將被如何使用。同時，它們能協助生產過程，回答諸如“我是什么時候被制造的”“哪組參數應該被用來處理我”“我應該被傳送到哪”等問題。

再次是虛擬和現實的互聯。信息物理系統（CPS）是工業4.0的核心，它通過將物理設備連接到互聯網上，讓物理設備具有計算、通信、控制、遠程協調和自治五大功能，從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的融合。信息物理系統（CPS）可以將資源、信息、物體以及人緊密聯系在一起，從而創造物聯網及相關服務，并將生產工廠轉變為一個智能環境，是實現設備、產品、人協調互動的基礎。智能制造的核心在于實現機器智能和人類智能協，實現生產過程的自感知、自適應、自診斷、自決策、自修復。

最后是萬物互聯。信息技術發展的終極目標是實現無所不在的連接，所有產品都將成為一個網絡終端。萬物互聯就是人、物、數據和程序通過互聯網連接在一起，實現人類社會所有人和人、人和物以及物和物之間的互聯，重構整個社會的生產工具、生產方式和生活場景。人們能夠以多種方式通過社交網絡連接到互聯網，基于感知、傳輸、處理的各類人造物將成為網絡的終端，人、物、數據在網絡環境下進行流程再造，基于物理世界感知和人互的在線化、實時化的數據與智能處理改變著我們對外部世界的響應模式。

工業4.0是數據

德國機械設備制造業協會及SAP的專家在交流時都提出，工業4.0的核心就是數據。SAP高級副總裁柯曼說，企業數據分析就像汽車的后視鏡，開車沒有后視鏡就沒有安全感，但更重要的是車的前擋風玻璃――對實時數據的精準分析。

從工業1.0、2.0、3.0演進的角度來看，這一認識不無道理，數據是區別于傳統工業生產體系的本質特征。在工業4.0時代，制造企業的數據將會呈現爆炸式增長態勢。

隨著信息物理系統（CPS）的推廣、智能裝備和終端的普及以及各種各樣傳感器的使用，將會帶來無所不在的感知和無所不在的連接，所有的生產裝備、感知設備、聯網終端，包括生產者本身都在源源不斷地產生數據，這些數據將會滲透到企業運營、價值鏈乃至產品的整個生命周期，是工業4.0和制造革命的基石。

具體說來，數據又可分為產品數據、運營數據、價值鏈數據和外部數據。

首先是產品數據。包括設計、建模、工藝、加工、測試、維護、產品結構、零部件配置關系、變更記錄等數據。產品的各種數據被記錄、傳輸、處理和加工，使得產品全生命周期管理成為可能，也為滿足個性化的產品需求提供了條件。（1）外部設備將不再是記錄產品數據的主要手段，內嵌在產品中的傳感器將會獲取更多的、實時的產品數據，使得產品管理能夠貫穿需求、設計、生產、銷售、售后到淘汰報廢的全部生命歷程。（2）企業與消費者之間的交互和交易行為也將產生大量數據，挖掘和分析這些數據，能夠幫助消費者參與到產品的需求分析和產品設計、柔性加工等創新活動中。

其次是運營數據。包括組織結構、業務管理、生產設備、市場營銷、質量控制、生產、采購、庫存、目標計劃、電子商務等數據。工業生產過程的無所不在的傳感、連接，帶來了無所不在的數據，這些數據會創新企業的研發、生產、運營、營銷和管理方式。生產線、生產設備的數據可以用于對設備本身進行實時監控，同時生產所產生的數據反饋至生產過程中，使得工業控制和管理最優化。

通過對采購、倉儲、銷售、配送等供應鏈環節上的數據采集和分析，將帶來效率的大幅提升和成本的大幅下降，并將極大地減少庫存，改進和優化供應鏈。利用銷售數據、供應商數據的變化，可以動態調整優化生產、庫存的節奏和規模。此外，基于實時感知的能源管理系統，能夠在生產過程中不斷實時優化能源效率。

再次是價值鏈數據。包括客戶、供應商、合作伙伴等數據。企業在當前全球化的經濟環境中參與競爭，需要全面地了解技術開發、生產作業、采購銷售、服務、內外部后勤等環節的競爭力要素。

大數據技術的發展和應用，使得價值鏈上各環節數據和信息能夠被深入分析和挖掘，為企業管理者和參與者提供看待價值鏈的全新視角，使得企業有機會把價值鏈上更多的環節轉化為企業的戰略優勢。例如，汽車公司大數據提前預測到哪些人會購買特定型號的汽車，從而實現目標客戶的響應率提高了15%至20%，客戶忠誠度提高7%。

最后是外部數據。包括經濟運行、行業、市場、競爭對手等數據。為了應對外部環境變化所帶來的風險，企業必須充分掌握外部環境的發展現狀以增強自身的應變能力。大數據分析技術在宏觀經濟分析、行業市場調研中得到了越來越廣泛的應用，已經成為企業提升管理決策和市場應變能力的重要手段。少數領先的企業已經通過為包括從高管到營銷甚至車間工人在內的員工提供信息、技能和工具，引導員工更好、更及時地在“影響點”做出決策。

工業4.0是創新

工業4.0的實施過程實際上就是制造業創新發展的過程，制造技術、產品、模式、業態、組織等方面的創新將會層出不窮。

第一是技術創新。未來工業4.0的技術創新在三條軌道上進行，一是新型傳感器、集成電路、人工智能、移動互聯、大數據在信息技術創新體系中不斷演進，并為新技術在其他行業的不斷融合滲透奠定技術基礎。二是傳統工業在信息化創新環境中，不斷優化創新流程、創新手段和創新模式，在既有的技術路線上不斷演進。三是傳統工業與信息技術的融合發展，它既包括信息物理空間（CPS）、智能工廠整體解決方案等一系列綜合集成技術，也包括集成工業軟硬件的各種嵌入式系統、虛擬制造、工業應用電子等單項技術突破。

第二是產品創新。信息通信技術不斷融入工業裝備中，推動著工業產品向數字化、智能化方向發展，使產品結構不斷優化升級。一方面，傳統的汽車、船舶、家居的智能化創新步伐加快，如汽車正進入“全面感知+可靠通信+智能駕駛”的新時代，萬物互聯（IOE）時代正在到來。另一方面，制造裝備從單機智能化向智能生產線、智能車間到智能工廠演進，提供工廠級的系統化、集成化、成套化的生產裝備成為產品創新的重要方向。

第三是模式創新。工業4.0將發展出全新的生產模式、商業模式。在生產模式層面，工業4.0對傳統工業提出了新的挑戰，要求從過去的“人腦分析判斷+機器生產制造”的方式轉變為“機器分析判斷+機器生產制造”的方式，基于信息物理系統（CPS）的智能工廠和智能制造模式正在引領制造方式的變革。

在商業模式層面，工業4.0的“網絡化制造”“自我組織適應性強的物流”和“集成客戶的制造工程”等特征，也使得它追求新的商業模式以率先滿足動態的商業網絡而非單個公司，網絡眾包、異地協同設計、大規模個性化定制、精準供應鏈管理等新型智能制造模式將加速構建產業競爭新優勢。

第四是業態創新。伴隨信息等技術升級應用，從現有產業領域中衍生疊加出的新環節新活動，將會發展成為新的業態。進一步來講，在新市場需求的拉動下，將會形成引發產業體系重大變革的產業。就目前來看，工業云服務、工業大數據應用、物聯網應用都有可能成為或者催生出一些新的產業和新的經濟增長點。制造與服務融合的趨勢，使得全生命周期管理、總集成總承包、互聯網金融、電子商務等加速重構產業價值鏈的新體系。

第五是組織創新。在工業4.0時代，很多企業將會利用信息技術手段和現代管理理念，進行業務流程重組和企業組織再造，現有的組織體系將會被改變，符合智能制造要求的組織模式將會出現?；谛畔⑽锢硐到y（CPS）的智能工廠將會加快普及，進一步推動企業業務流程的優化和再造。

企業組織管理創新，也是兩化融合管理體系標準的重要內容，兩化融合管理體系的九大原則、四大核心要素、四個管理域中都涉及如何圍繞企業獲取可續的競爭優勢，不斷優化企業的業務流程和組織架構。

從實踐的角度來看，國內企業在組織創新方面做了很多積極探索，張瑞敏提出企業無邊界、組織無領導、供應鏈無中心等新的管理理念;任正非提出讓聽見炮火的人指揮戰斗，作戰的基本單元要從師一級縮小到旅、團、營、連，一直到班，以后的戰爭是“班長的戰爭”。

工業4.0的目標