工业40剖析.docx

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1、工业40剖析过去三十年，中国经济得益于劳动力红利，在制造业进展上畅通无阻。在过去十年，中国互联网经济的一个特殊现象是电商的异军突起。而德国提出工业4.0的原本战略意图正是对抗以美国为首的互联网经济，防守中国劳动密集制造业。当中国人疯狂迷恋于金融、电商，天天喊着要颠覆这个颠覆那个的时候，德国已经进入了制造4.0时代，并作为它的国家战略被鲜明的提出，在整个德国企业界得到广泛应用。所谓制造工业4.0的概念，是以智能制造为主的第四次工业革命，它把德国的传统制造技术与现代无处不在的互联网技术相融合，产生智能化的机械设备制造，将再次在全球范围内提升德国的全球竞争力。一、德国工业4.0的本质与目标是什么？工

2、业4.0在德国被认为是第四次工业革命，是德国政府2011年11月公布的高技术战略2020中的一项战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，保持德国的国际竞争力。2013年4月，德国机械及制造商协会、德国信息技术、通讯与新媒体协会、德国电子电气制造商协会合作设立了“工业4.0平台”，并向德国政府提交了平台工作组的最终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。报告提出，德国向工业4.0转变需要采取双重策略，即德国要成为智能制造技术的要紧供应商与CPS（信息物理系统）技术及产品的领先市场。报告还展望了德国工业4.0战略的进展前景。1、本质是基于“信息物理系统”实现“智能工厂”工

3、业4.0,事实上就是实现“智能工厂”。第一次工业革命始于18世纪后半期由蒸汽机实现工厂的机械化；第二次工业革命始于19世纪后半期用电力来实现大规模化批量生产；第三次工业革命始于20世纪后半期通过电气与信息技术实现制造业的自动化。工业4.0将在前三次工业革命的基础上进一步进化，基于信息物理系统（CyberPhySiCalSystem）实现新的制造方式。信息物理系统是指通过传感网紧密连接现实世界，将网络空间的高级计算能力有效运用于现实世界中，从而在生产制造过程中，与设计、开发、生产有关的所有数据将通过传感器采集并进行分析，形成可自律操作的智能生产系统。2、核心是动态配置的生产方式工业4.0报告中描

4、述的动态配置的生产方式要紧是指从事作业的机器人（工作站）能够通过网络实时访问所有有关信息，并根据信息内容，自主切换生产方式与更换生产材料，从而调整成为最匹配模式的生产作业。动态配置的生产方式能够实现为每个客户、每个产品进行不一致的设计、零部件构成、产品订单、生产计划、生产制造、物流配送，杜绝整个链条中的浪费环节。与传统生产方式不一致，动态配置的生产方式在生产之前或者者生产过程中，都能够随时变更最初的设计方案。比如，目前的汽车生产要紧是按照事先设计好的工艺流程进行的生产线生产方式。尽管也存在一些混流生产方式，但是生产过程中，一定要在由众多机械构成的生产线上进行，因此不可能实现产品设计的多样化。管

5、理这些生产线的MES（制造执行管理系统）原本应该带给生产线更多的灵活性，但是受到构成生产线的众多机械的硬件制约，无法发挥出更多的功能，作用极为有限。同时，在不一致生产线上操作的工人分布于各个车间，他们都不可能掌握整个生产流程，因此也只能发挥出在某项固定工作上的作用。这样一来，很难实时满足客户的需求。工业4.0描绘的智能工厂中，固定的生产线概念消失了，采取了能够动态、有机地重新构成的模块化生产方式。比如，生产模块能够视为一个“信息物理系统”，正在进行装配的汽车能够自律在生产模块间穿梭，同意所需的装配作业。其中，假如生产、零部件供给环节出现瓶颈，能够及时调度其他车型的生产资源或者者零部件，继续进行

6、生产。也就是为每个车型自律性选择适合的生产模块，进行动态的装配作业。在这种动态配置的生产方式下，能够发挥出MES原本的综合管理功能，能够动态管理设计、装配、测试等整个生产流程，既保证了生产设备的运转效率，又能够使生产种类实现多样化。3、首要目标是工厂标准化德国工业影响力的一个侧面就是“标准化”。PLC编程语言的国际标准IEC61131-3(PLCopen)要紧是来自德国企业；通信领域普及的CAN、PrOfibUS与EtherCAT也全都诞生于德国。工业4.0工作组认为，推行工业4.0需要在8个关键领域采取行动。其中第一个领域就是“标准化与参考架构”。标准化工作要紧围绕智能工厂生态链上各个环克制

7、定合作机制，确定什么信息可被用来交换。为此，工业4。将制定一揽子共同标准，使合作机制成为可能，并通过一系列标准(如成本、可用性与资源消耗)对生产流程进行优化。以往，我们听到的大多是“产品的标准化”，而德国工业4。将推广“工厂的标准化”，借助智能工厂的标准化将制造业生产模式推广到国际市场，以标准化提高技术创新与模式创新的市场化效率，继续保持德国工业的世界领先地位。目前，工信部等部委也正在借鉴德国经验，编制中国制造2025，力求促使中国成为工业强国。笔者认为，德国工业4.0受到了空前的重视，但是如何借鉴工业4.0特别是工业4.0中的标准化问题，值得我们深入思考。二、德国工业4.0背后的战略意图工业

8、4.0在德国被认为是第四次工业革命，是德国政府2011年11月公布的高技术战略2020中的一项战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，保持德国的国际竞争力。德国总理默克尔亲自不遗余力地推动工业4.0,事实上其背后还有很深的战略用意。1、对抗美国互联网实际上，工业4.0表达出德国对美国的危机感与极高的竞争意识。CPU、操作系统、软件与云计算等网络平台几乎都由美国掌控。近两年来，GoOgIe开始进军机器人领域，研发自动驾驶汽车AmaZon进入手机终端业务，开始实施无人驾驶飞机配送商品美国互联网巨头正在从“信息”领域加速进入“物理”业务领域。显而易见，这一趋势对制造业的破坏性影响只是时间

9、问题，因此，德国产生了前所未有的危机感。德国的工业4.0战略详尽描绘了信息物理系统(CyberPhySiCaISyStem)概念，希望通过信息物理系统开创新的制造方式，实现“智能工厂”。信息物理系统是指通过传感网紧密连接现实世界，将网络空间的高级计算能力有效运用于现实世界中,从而在生产制造过程中，与设计、开发、生产有关的所有数据将通过传感器采集并进行分析，形成可自律操作的智能生产系统。从某种意义上说，工业4.0是德国希望阻止信息技术不断融入制造业之后带来的支配地位。一旦制造业各个环节都被云计算接管，那么制造业还是制造业吗？因此，工业4.0希望用“信息物理系统”升级“智能工厂”中的“生产设备”，

10、使生产设备因信息物理系统而获得智能，使工厂成为一个实现自律分散型系统的“智能工厂工那时，云计算只是是制造业中的一个使用对象，不可能成为掌控生产制造的中枢所在。2、防守中国制造业近年来，从中国机械产业的高速增长中，德国看到的更多是“德国制造”自身的危机。数据显示，德国以16%的份额占据2013年全球机械出口首位，中国以11%的份额，略低于美国位于全球第三。同时，在全球设备制造业的32个子行业中，中国已经在7个子行业中取得了领先地位。更有甚者，美国波士顿咨询公司的一篇有关分析报告曾提出警告：“欧洲机械制造商务必意识到，竞争环境已经改变，务必对更加明显的威胁做出反应，否则他们将被来自中国的咄咄逼人的

11、挑战者打倒。”由此，德国世界报网站在今年3月27日报道称“中国机械制造业严重威胁德国”！2014年6月24日，德国机械设备制造业联合会(VDMA)在日本东京举行公布会，介绍了德国机械制造行业的情况。VDMA拥有120多年的历史，涵盖机床工业联合会、机器人工业联合会等38个工业联合会，是德国横跨各个机械产业的庞大社团组织。VDMA也是搭建“工业4.0平台”，实施德国工业4.0战略的重要牵头组织之一。据日本媒体报道，当天，VDMA主席菲斯特格(Reinhe)IdFeStge)旗帜鲜明地指出：“日本与德国的机械制造企业，应该为确保长期进展与经济上的成功进行深入合作，特别在有交叉的一些产品领域，两国应

12、该携手面对中国的挑战。”从中，德国对中国制造业的防备之心已显而易见。3、关于工业4.0,要借鉴也要应对或者许有专家认为，工业4.0只是是德国的一项高科技领域的国家战略，要紧是在高端制造技术上对抗美国，跟要紧以低端制造为主的我国没有多大关系。因此，我国也没有必要对工业4.0采取应计策略。笔者并不认同这种观点。一方面，关于德国工业4.0,我们应该深入研究，参考借鉴。工业4.0是德国举国实施的全球市场运动，我们应该搭乘这辆便车。借势借力，在德国推广“信息物理系统”过程中，通过学会生产制造过程与业务管理系统的深度集成，实现对生产要素的高度灵活配置，实现大规模生产高度定制化产品。从而让制造业紧跟时代趋势

13、，提早迈向智能化，以习惯未来的国际竞争。另一方面，在中国制造2025中应涵盖应计策略。据媒体报道，工信部正联合发改委、科技部与国资委等多个部门，由中国工程院院士一起参与研究起草的制造业中长期规划中国制造2025将阐述未来10年中国工业进展的整体理念。笔者希望在中国制造2025中能够有效考虑到德国工业4.0带来的冲击与潜在竞争因素。由于我国一直是制造大国，却不是制造强国。工业4.0来了，物联网、服务互联网将取代传统封闭性的生产制造系统，成为未来工业的根基。而在物联网、服务互联网等信息产业领域更为落后的我们，未来还是否具有成为制造强国的机会？三、德国工业4.0的中国启示德国工业4.0战略为我们展现

14、了一幅全新的工业蓝图,深入分析其愿景与要点，能够洞察德国提出工业4.0的目的与战略意图。在新的进展背景下，将信息化的时代特征与我国工业化历史进程紧密结合起来，把两化深度融合作为主线，为推动工业转型升级注入新的动力，从而在向工业化迈进的过程中占得先机，这是4.。战略对我国推进工业转型升级的重要启示。1、战略愿景与要点与美国流行的第三次工业革命的说法不一致，德国将制造业领域技术的渐进性进步描述为工业革命的四个阶段，即工业4.0的进化历程。1）工业1.018世纪60年代至19世纪中期，通过水力与蒸汽机实现的工厂机械化可称之工业1.Oo这次工业革命的结果是机械生产代替了手工劳动，经济社会从以农业、手工

15、业为基础转型到了以工业与机械制造带动经济进展的模式。2）工业2.019世纪后半期至20世纪初，在劳动分工的基础上使用电力驱动产品的大规模生产可称之工业2.Oo这次工业革命，通过零部件生产与产品装配的成功分离，开创了产品批量生产的新模式。3）工业3.0始于20世纪70年代并一直连续到现在，电子与信息技术的广泛应用，使得制造过程不断实现自动化，可称之工业3.Oo自此，机器能够逐步替代人类作业，不仅接管了相当比例的“体力劳动”，还接管了一些“脑力劳动”。4）工业4.0德国学术界与产业界认为，未来10年，基于信息物理系统（Cyber-PhysicaISystem,CPS）的智能化，将使人类步入以智能制

16、造为主导的第四次工业革命。产品全生命周期与全制造流程的数字化与基于信息通信技术的模块集成，将形成一个高度灵活、个性化、数字化的产品与服务的生产模式。工业4.0为我们展现了一幅全新的工业蓝图：在一个“智能、网络化的世界”里，物联网与物联网（服务互联网技术）将渗透到所有的关键领域，制造新价值的过程逐步发生改变，产业链分工将重组，传统的行业界限将消失，并会产生各类新的活动领域与合作形式。1）工业4.0将使得工业生产过程更加灵活、坚强。这将使得动态的、适时优化的与自我组织的价值链成为现实，并带来诸如成本、可利用性与资源消耗等不一致标准的最优化选择。包含在制造领域的所有因素与资源间形成全新的循环网络、智

17、能产品特殊的可识别性、个性化产品定制与高度灵活的工作环境等。2）工业4.0将进展出全新的商业模式与合作模式。这些模式将力争确保潜在的商业利润在整个价值链所有利益有关人之间公平地共享，包含那些新进入的利益有关人。同时，工业4.0网络化制造”、“自我组织习惯性强的物流”与“集成客户的制造工程”等特征，也使得它追求新的商业模式以率先满足动态的商业网络而非单个公司，这将引发一系列诸如融资、进展、可靠性、风险、责任与知识产权与技术安全等问题。3）工业4.O将带来工作方式与环境的全新变化。全新的协作工作方式使得工作能够脱离工厂,通过虚拟的、移动的方式开展。员工将拥有高度的管理自主权，能够更加积极地投入与调

18、节自己的工作。同时，随着工作环境与工作方式的巨大改变，能够大幅度提升老年人与妇女的就业比例，确保人口结构的变化不可能影响当前的生活水平。4）工业4.O将促进形成全新的信息物理系统平台。全新的信息物理系统平台能够联系到所有参与的人员、物体与系统，将提供全面、快捷、安全可靠的服务与应用业务流程，支持移动终端设备与业务网络中的协同制造、服务、分析与预测流程等。德国工业4.O战略的要点能够概括为：建设一个网络、研究两大主题、实现三项集成、实施八项计划。建设一个网络：信息物理系统网络。信息物理系统就是将物理设备连接到互联网上，让物理设备具有计算、通信、精确操纵、远程协调与自治等五大功能，从而实现虚拟网络

19、世界与现实物理世界的融合。CPS能够将资源、信息、物体与人紧密联系在一起，从而制造物联网及有关服务，并将生产工厂转变为一个智能环境。这是实现工业4.O的基础。研究两大主题：智能工厂与智能生产。“智能工厂”是未来智能基础设施的关键构成部分，重点研究智能化生产系统及过程与网络化分布生产设施的实现。“智能生产”的侧重点在于将人机互动、智能物流管理、3D打印等先进技术应用于整个工业生产过程，从而形成高度灵活、个性化、网络化的产业链。生产流程智能化是实现工业4.O的关键。实现三项集成：横向集成、纵向集成与端对端的集成。工业4.O将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能操纵系统、通信设施通过CPS形成一个

20、智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器与服务与服务之间能够互联，从而实现横向、纵向与端对端的高度集成。横向集成是企业之间通过价值链与信息网络所实现的一种资源整合，是为了实现各企业间的无缝合作，提供实时产品与服务；纵向集成是基于未来智能工厂中网络化的制造体系，实现个性化定制生产，替代传统的固定式生产流程（如生产流水线）；端对端集成是指贯穿整个价值链的工程化数字集成，是在所有终端数字化的前提下实现的基于价值链与不一致公司之间的一种整合，这将最大限度地实现个性化定制。实施八项计划：工业4.。得以实现的基本保障。一是标准化与参考架构。需要开发出一套单一的共同标准，不一致公司间的网络连接与集成才会成为

21、可能。二是管理复杂系统。适当的计划与解释性模型能够为管理日趋复杂的产品与制造系统提供基础。三是一套综合的工业宽带基础设施。可靠、全面、高品质的通信网络是工业4.。的一个关键要求。四是安全与保障。在确保生产设施与产品本身不能对人与环境构成威胁的同时，要防止生产设施与产品滥用及未经授权的获取。五是工作的组织与设计。随着工作内容、流程与环境的变化，对管理工作提出了新的要求。六是培训与持续的职业进展。有必要通过建立终身学习与持续职业进展计划，帮助工人应对来自工作与技能的新要求。七是监管框架。创新带来的诸如企业数据、责任、个人数据与贸易限制等新问题，需要包含准则、示范合同、协议、审计等适当手段加以监管。

22、八是资源利用效率。需要考虑与权衡在原材料与能源上的大量消耗给环境与安全供应带来的诸多风险。总的来看，工业4.O战略的核心就是通过CPS网络实现人、设备与产品的实时连通、相互识别与有效交流，从而构建一个高度灵活的个性化与数字化的智能制造模式。在这种模式下，生产由集中向分散转变，规模效应不再是工业生产的关键因素；产品由趋同向个性转变，未来产品都将完全按照个人意愿进行生产，极端情况下将成为自动化、个性化的单件制造;用户由部分参与向全程参与转变，用户不仅出现在生产流程的两端,而且广泛、实时参与生产与价值制造的全过程。2、对我国工业转型升级的启示把两化深度融合作为要紧着力点。德国工业4.O战略与我国提出

23、的两化深度融合有很多相通之处。在某种程度上，两化融合可称之我国工业的3.0,两化深度融合能够说是我国工业的4.Oo在新的进展背景下，只有将信息化的时代特征与我国工业化历史进程紧密结合起来，把两化深度融合作为主线，才能为推动工业转型升级注入新的动力，也才能在向工业化迈进的过程中占得先机。1、超前部署建设国家信息物理系统网络平台。美、德等世界工业强国都高度重视信息物理空间构建，加强战略前瞻部署，并取得积极研究进展。中国要决胜未来的竞争，务必在构建信息物理系统网络平台上先行一步。一方面，在国家新的信息化进展战略中加强对CPS的总体布局，研究制定CPS建设的战略目标、重点任务、进展路径与政策举措。同时

24、，在制造业进展、智慈城市建设、国家网络与信息安全等工作中加强前瞻部署与应用推广。另一方面，可借鉴美国组建“国家制造创新网络中心”的做法，组建一批国家信息物理系统网络平台，负责承担基础理论研究，组织力量研发突破CPS软件、传感器、移动终端设备等工具与装备，推动重点行业企业的开发应用。2、启动国家智能制造重大专项工程。智能制造已成为全球制造业进展的新趋势，智能设备与生产手段在未来必将广泛替代传统的生产方式。当前，我国在智能测控、数控机床、机器人、新型传感器、3D打印等领域，初步形成完整的产业体系。但总体看，我国制造业进展仍然以简单地扩大再生产为要紧途径，通过智能产品、技术、装备与理念改造提升传统制

25、造业的任务艰巨而迫切。建议从国家层面启动实施智能制造专项工程，加强技术攻关，开展应用示范，推动制造业向智能化进展转型。一是重点突破智能机器人。开展智能机器人及智能装备系统集成、设计、制造、试验检测等核心技术研究，攻克精密减速器、伺服驱动器、传感器等关键零部件。二是开展数字工厂应用示范。在全国范围内分行业分区域选取试点示范企业，给予扶持，建设数字制造的示范工厂，发挥其“种子”作用。三是推动制造业大数据应用。以行业龙头企业为先导，鼓励其应用大数据技术提升生产制造、供应链管理、产品营销及服务等环节的智能决策水平与经营效率。3、用标准引领信息网络技术与工业融合。工业4.O战略的关键是建立一个人、机器、

26、资源互联互通的网络化社会，各类终端设备、应用软件之间的数据信息交换、识别、处理、保护等务必基于一套标准化的体系。为了保障工业4.O的顺利实现，德国把标准化排在八项行动中的第一位，同时建议在工业4.O平台下成立一个工作小组，专门处理标准化与参考架构的问题。我们在推进信息网络技术与工业企业深度融合的具体实践中，也应高度重视发挥标准化工作在产业进展中的引领作用，及时制定出台“两化深度融合”标准化路线图，引导企业推进信息化建设。同时，还要着力实现标准的国际化，使得中国制定的标准得到国际上的广泛使用，以夺取未来产业竞争的制高点与话语权。4、构建有利于工业转型升级的制度保障体系。德国工业4.O战略十分重视

27、产业创新、组织创新与现有制度相冲突的问题。工业4.O一方面增加了管控的复杂性，技术标准的制定需要符合相应的法律法规；另一方面也需要制定相应的规章制度促进技术创新。工业4.O采取了一系列措施以加强制度保障，比如设立处理各类问题的专职工作组，制定与实施安全性支撑行动，建立培训与再教育制度等。我国在推动工业转型升级的问题上，也同样面临制度保障方面的有关问题。因此，非常有必要建立与完善有利于工业转型升级的长效机制，比如知识产权保护制度，节能环保、质量安全等重点领域的法律法规，人才培养与激励机制等,从而形成推动工业转型升级的制度保隙。5、产学研用联合推动制造业创新进展。德国工业4.O是由德国工程院、弗劳

28、恩霍夫协会、西门子公司等联合发起的，工作构成员也是由产学研用多方代表构成的。因此，工业4.O战略一经提出，很快得到了学术界、产业界的积极响应。事实上，政府支持产学研合作的动机不单纯来自于市场考量，通过产学研合作创新促进竞争往往成为发达国家重要的战略意图。我国应该充分汲取与借鉴发达国家产学研用联合模式，一方面，针对不一致类型自发的产学研合作网络或者产业研发联盟，政府要通过引导与支持的方式促进其进展；另一方面，选择几个重点行业与关键技术领域进行试点，以行业骨干企业为龙头，联合科研实力雄厚的大学与科研机构，组建多种形式的产学研研发联盟，充分调动各方资源与力量，共同推进技术研发与应用推广。智能制造装备

29、的进展现状与趋势近日，浙江大学机械工程系教授、博士生导师傅建中发表了一篇题为智能制造装备的进展现状与趋势的论文，文章在综述了智能制造装备国内外现状的基础上，重点论述了智能制造装备的内涵及其进展重点，作者认为德国的“工业4.0”与美国的工业互联网装备将是智能制造装备未来的进展方向。把握德国制造业的未来实施“工业4.0”攻略的建议工业4.0工作组德国联邦教育研究部2013年9月【编者按】为了在新一轮工业革命中占领先机，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界与产业界的建议与推动下，“工业4.0”项目在2013年4月的汉诺威工业博览会上被正式推出。这一研究项目是2010年7月德国政府高技

30、术战略2020确定的十大未来项目之旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。康金城目录【编者按】I执行摘要11引言52愿景：工业4.0作为智能、网络化世界的一部分122.1塑造工业4.0愿景132.2在工业4.0下未来会是什么样子？152.3新型的商业机会与模式172.4工作场所的全新社会基础设施192.5全新的基于服务与实时保隙的CPS平台202.6工业4.0之路223双重战略：成为领先的市场与供应商273.1 领先的供应商策略273.2 主导市场策略283.3双重战略及其关键特征2933.1价值网络下的横向集成3033.2全价值链的端到端工程303.33纵向集成与网络化制造系统314需

31、求研究355优先行动领域395.1标准化与开放标准的一个参考体系395.2管理复杂的系统445.3为工业提供一个全面宽频的基础设施485.4安保是工业4.0成功至关重要的因素与设计展度率6德国如何与世界其它国家竞争？望料：工业4.0战略计划4.0平台.49 5.5数字化工业时代工作的组织58 5.6培训与持续的职业进625.7规章制67 5.8资源效7380 7 展91背景资9292工业94执行摘要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。这是由于德国在创新制造技术方面的研究、开发与生产，与在复杂工业过程管理方面高度专业化使然。德国拥有强大的机械与装备制造业、占据全球信息

32、技术能力的显著地位,在嵌入式系统与自动化工程领域具有很高的技术水平，这些都意味着德国确立了其在制造工程行业中的领导地位。因此，德国以其特殊的优势开拓新型工业化的潜力：工业4.0。前三次工业革命源于机械化、电力与信息技术。现在，将物联网与服务应用到制造业正在引发第四次工业革命。将来，企业将建立全球网络，把它们的机器、存储系统与生产设施融入到虚拟网络一实体物理系统(CPS)中。在制造系统中，这些虚拟网络一实体物理系统包含智能机器、存储系统与生产设施，能够相互独立地自动交换信息、触发动作与操纵。这有利于从根本上改善包含制造、工程、材料使用、供应链与生命周期管理的工业过程。正在兴起的智能工厂使用了一种

33、全新的生产方法。智能产品通过特殊的形式加以识别、能够在任何时候被定位、并能明白它们自己的历史、当前状态与为了实现其目标状态的替代路线。嵌入式制造系统在工厂与企业之间的业务流程上实现纵向网络连接,在分散的价值网络上实现横向连接，并可进行实时管理一从下订单开始，直到外运物流。此外，他们形成的且要求的端到端工程贯穿整个价值链。工业4.0拥有巨大的潜力。智能工厂使个体顾客的需求得到满足，这意味着即使是生产一次性的产品也能获利。在工业4.0中，动态业务与工程流程使得生产在最后时刻也能够变化，也可能为供应商对生产过程中的干扰与失灵作出灵活反应。制造过程中提供的端到端的透明度有利于优化决策。工业4.0也将带

34、来制造价值的新方式与新的商业模式。特别是，它将为初创企业与小企业提供进展良机，并提供下游服务。此外，工业4.0将应对并解决当今世界所面临的一些挑战，如资源与能源利用效率，城市生产与人口结构变化等。工业4.0使资源生产率与效率增益不间断地贯穿于整个价值网络。它使工作的组织考虑到人口结构变化与社会因素。智能辅助系统将工人从执行例行任务中解放出来，使他们能够专注于创新、增值的活动。鉴于马上发生的技术工人短缺问题，这将同意年长的工人延长其工龄，保持更长的生产力。灵活的工作组织使得工人能够将他们的工作与私人生活相结合，同时继续进行更加高效的专业进展，在工作与生活之间实现更好的平衡。在制造工程领域，全球竞

35、争愈演愈烈，德国不是唯一已经认识到要在制造行业引入物联网与服务的国家。再者，不仅仅亚洲对德国工业构成竞争威胁，美国也正在采取措施，通过各类计划来应对去工业化，促进“先进制造业”的进展。为了将工业生产转变到工业4.0,德国需要采取双重战略。德国的装备制造业应不断地将信息与通信技术集成到传统的高技术战略来维持其全球市场领导地位，以便成为智能制造技术的要紧供应商。与此同时，有必要为CPS技术与产品建立与培养新的主导市场。为了实现这一双重的CPS战略目标，应将工业4.0的下列特性加以落实：13通过价值网络实现横向集成a贯穿整个价值链的端到端工程数字化集成I?J纵向集成与网络化制造系统迈向工业4.0需要

36、德国投入大量的研发精力。为了实施双重战略，需要研究制造系统的横、纵向集成，与工程端到端集成。此外，应重视由于工业4.0系统所建立的工作场所新的社会基础设施，并要继续进展CPS技术。假如工业4.0能够成功实施，那么研发活动将需要恰当的产业与产业政策决策与之伴随。工业4.0工作组认为需要在下列八个关键领域采取行动：Ia标准化与参考架构：贯穿整个价值网络，工业4.0将涉及一些不一致公司的网络连接与集成。只有开发出一套单一的共同标准，这种合作伙伴关系才可能形成。需要一个参考架构为这些标准提供技术说明，并促使其执行。供管理复杂系统：产品与制造系统日趋复杂。适当的计划与解释性模型能够为管理这些日益复杂性提

37、供基础。因此，工程师们要配备为开发这些模型所需的方法与工具。13为工业建立全面宽频的基础设施：可靠、全面与高质量的通信网络是工业4.0的一个关键要求。因此，不论是德国内部，还是德国与其伙伴国家之间，宽带互联网基础设施需要进行大规模扩展。安全与保障：安全与保障两个方面关于智能制造系统成功是至关重要的。重要的是要确保生产设施与产品本身不能对人与环境构成威胁。与此同时，生产设施与产品，特别是它们包含的数据与信息，需要加以保护，防止滥用与未经授权的获取。比如，这将要求部署统一的安全保障架构与特殊的标识符，还要相应地加强培训与增加持续的专业进展内容。GS工作的组织与设计：在智能工厂，员工的角色将发生显著

38、变化。工作中的实时操纵将越来越多，这将改变工作内容、作流程与工作环境。在工作组织中应用社会技术方法将使工人有机会承担更大责任，同时促进他们个人的进展。若使其成为可能，有必要设置针对员工的参与性工作设计与终身学习方案，并启动模型参考项目。以培训与持续的专业进展：工业4.0将极大改变工人的工作与技能。因此，有必要通过促进学习、使终身学习与以工作场所为基础的持续专业进展的计划，实施适当的培训策略与组织工作。为了实现这一目标，应推动示范项目与“最佳实践网络”，与研究数字学习技术。旧监管框架：尽管在工业4.0中新的制造工艺与横向业务网络需要遵守法律，但是考虑到新的创新，也需要调整现行的法规。这些挑战包含

39、保护企业数据、责任问题、处理个人数据与贸易限制。这将不仅需要立法,而且也需要代表企业的其他类型的行动一需要大量适当手段,包含准则、示范合同与公司协议,或者如审计这样的自我监管措施。IH资源利用效率：即使抛开高成本不谈，制造业消耗大量的原材料与能源，这也对环境与安全供给带来了若干威胁，。工业4.0将提高资源的生产率与利用效率。这就有必要计算在智能工厂中投入的额外资源与产生的节约潜力之间的平衡。迈向工业4.0将是一个渐进的过程。目前基本的技术与经验需要调整从而习惯制造工程的具体要求；同时应探讨为开发新地点与新市场制定创新型解决方案。假如这样做成功的话，工业4.0将使德国提升全球竞争力，并保护其国内

40、制造业。1引言确保德国制造业的未来德国是世界上制造业最具竞争力的国家之一。由于它具备管理复杂工业流程的能力，使不一致的任务可由不一致地理位置的不一致合作伙伴来执行。几十年来，它已经成功地应用信息与通信技术（ICT）做到了这一点。当今，ICT大约支撑了90%的工业制造过程。在过去的30年左右的时间里，IT革命给我们生活与工作带来了根本性变革，其影响不亚于第一次与第二次工业革命中机械化与电气化所带来的影响。从个人电脑到智能设备的演进伴随着这样的趋势，越来越多的IT基础设施与服务将通过智能网络（云计算）提供。比以往任何时候都更加小型化的设备与势不可挡的互联网相结合，使无处不在的计算成为现实。功能强大

41、的、自主的微型计算机（嵌入式系统）正越来越多地相互间或者与互联网以无线方式互联。这正在导致引起实体物理世界与虚拟网络世界（cyberspace）以虚拟网络一实体物理系统（CPS）的方式相融合。继2012年推出新的互联网协议IPv6,现在已有足够的地址使智能对象间通过互联网大范围直接互联。这意味着有史以来第一次，有可能将资源、信息、物品与人进行互联，从而造就物联网与服务。这种现象的影响也将反映到工业领域。在制造领域，这种技术的渐进性进步能够被描述为工业化的第四个阶段，即工业4.0（图1）。工业化始于18世纪末机械制造设备的引进，那时像纺织机这样的机器完全改变了货物的生产方式。继第一次工业革命后的

42、第二次工业革命大约开始于20世纪之交，在劳动分工的基础上，使用电力驱动产品的大规模生产。20世纪70年代初，第三次工业革命又取代了第二次工业革命，并一直连续到现在。第三次工业革命引入了电子与信息技术（IT）,从而使制造过程不断实现自动化，机器不仅接管了相当比例的“体力劳动”，而且还接管了一些“脑力劳动图1工业革命的四个阶段德国需要借鉴其作为世界领先的制造设备供应商与在嵌入式系统领域的长处,广泛地将物联网与服务应用于制造领域，这样它就能够在第四次工业革命的道路上起到引领作用。推出工业4.0不仅能巩固德国的竞争地位，而且也可推动解决全球性挑战（如资源与能源利用效率）与国家所面临的挑战（如应对人口变

43、化）。然而，关键是要考虑在社会文化背景下的技术创新，由于文化与社会的改变本身也是创新的要紧驱动力。比如，人口的变化有可能会改变社会中的所有关键领域，如学习方式的组织、伴随着寿命延长工作与健康的性质、与当地社区基础设施建设等等。这将反过来显著影响德国的生产率。通过优化技术创新与社会创新之间的关系，我们将为德国经济的竞争力与生产率作出重要奉献。在制造业中使用物联网与服务物联网与服务使得有可能创建网络整合整个制造过程，将工厂转变为一个智能环境。虚拟网络一实体物理生产系统包含智能机器、储存系统与生产设施，从入厂物流到生产、销售、出厂物流与服务，实现数字化与基于信息通信技术的端对端的集成。这样不仅能够更

44、加灵活地配置生产，而且还能够通过提供更加差异化的管理与操纵过程来拓展机会。除了优化现有的基于IT的过程，工业4.0也将有可能在全球范围内释放潜力，对全面过程与整体效果进行更具差异化的跟踪，而这在往常是不可能记录的。它还将使业务合作伙伴（如供应商与客户）间、雇员间更加紧密合作，提供新的共赢机会。作为世界领先的制造设备供应商，德国具有特殊的地位挖掘这种新型工业化的潜力。德国的全球市场领导者包含许多“隐形冠军”，他们提供专门的解决方案德国最顶级的IOc）家中小型企业（SMEs）中的22家是机械与设备制造商，其中3家居于前十名。的确，许多机械与设备制造业领军人物认为他们的要紧竞争对手在国内。机械与设备

45、与汽车与化学品一样,也列为德国要紧出口的商品之一。此外，德国的机械与设备制造商期望在未来仍然保持自己的领先地位。他们之中有60%的人相信在未来五年里，他们的技术竞争优势将进一步增强，而只有不到40%的人希望保持目前的地位。尽管如此，在制造工程领域的全球性竞争将越来越猛烈。不仅是亚洲竞争对手对德国工业构成威胁，而且美国也正在采取措施促进“先进制造”，应对去工业化。此外，制造业一直以来不断变化，同时愈加复杂。比如，先进的激光烧结技术意味着现在有可能在数小时内高质量地“打印”出复杂的三维结构。这正在带来全新的商业模式与服务，使得终端客户能够更密切地参与一用户能够创建他们自己的设计，用电子邮件将他们发

46、送到“影印店”，或者者他们能够扫描与“复制”物体。在工业科研联盟的倡议下，在工业4.0平台上的合作伙伴们已经为自己确立目标，贯彻德国政府的战略举措，以确保德国工业的竞争力。物联网与服务将应用于制造行业：从本质上讲,工业4.0包含将虚拟网络一实体物理系统技术一体化应用于制造业与物流行业，与在工业生产过程中使用物联网与服务技术。这将对价值制造、商业模式、下游服务与工作组织产生影响。工业4.0计划具有巨大潜力满足用户个性化需求工业4.0同意在设计、配置、订购、规划、制造与运作等环节能够考虑到个体与客户特殊需求，而且即使在最后阶段仍能变动。在工业4.0中，有可能在一次性生产且产量很低（1批量）的情况下

47、仍能获利。13灵活性基于CPS的自组织网络能够根据业务过程的不一致方面，如质量、时间、风险、鲁棒性、价格与生态友好性等，进行动态配置。这有利于原料与供应链的连续“微调”。也意味着工程流程能够更加灵活，制造工艺能够被改变，暂时短缺（比如供应问题）能够得到补偿，输出的大量增加能够在短时间内实现。“工业4。为德国提供了一个机会,使其进一步巩固其作为生产制造基地、生产设备供应商与IT业务解决方案供应商的地位。令人鼓舞的是,我们能够看到德国的所有利益有关方在紧密合作，通过工业4.0平台，一起向前迈进，加以实施J一一孔翰宁（HenningKagermann）博士教授（acatech-国家科学与工程学院,通

48、信行业科学发起人集团发言人,研究联盟与工业4.0工作组联合主席）9“工业4.0为德国提供了一个机会,使其进一步巩固其作为生产制造基地、生产设备供应商与IT业务解决方案供应商的地位。令人鼓舞的是,我们能够看到德国的所有利益有关方在紧密合作，通过工业4.0平台，一起向前迈进，加以实施J一一孔翰宁（HenningKagermann）博士教授（acatech-国家科学与工程学院,通信行业科学发起人集团发言人,研究联盟与工业4.0工作组联合主席）GB决策优化为了在全球市场上取得成功，在短时间内能够做出正确决定变得越来越关键。工业4.0提供了端到端的实时透明，使得工程领域的设计决策能够进行早期验证，同时既能够对干扰做出更灵活的反应，还能够对生产领域中公司的所有位置进行全局优化。3资源生产率与利用效率工业制造过程的总体战略目标仍然适用于工业4.0：在给定资源量（资源生产率）的前提下，得到尽可能高的产品输出；使用尽可能低的资源量，达到指定的输出（资源利用效率）。CPS在贯穿整个价值网络的各个环节基础上，对制造