工業(yè)4.0— 制造時(shí)代新思維
發(fā)布日期：2022-03-03 來(lái)源：中科科正 瀏覽次數(shù)：858次
什么是“工業(yè)4.0”？
--摘自《保障德國(guó)制造業(yè)的未來(lái)——關(guān)于實(shí)施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》
德國(guó)的制造業(yè)是世界上最具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)部門之一。這歸功于德國(guó)制造業(yè)能夠管理復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，不同任務(wù)由位于不同地點(diǎn)的合作伙伴完成。近二三十年來(lái)，德國(guó)制造業(yè)已成功地利用信息通信技術(shù)（ICT）實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的管理——如今，大約90%的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程已應(yīng)用ICT技術(shù)。在過(guò)去三十年甚至更早以前，IT革命使我們生活和工作的世界發(fā)生了徹底改變，其影響力可媲美分別成就前兩次工業(yè)革命的機(jī)械和電力?！ ?/span>
隨著個(gè)人電腦向智能設(shè)備演變，一種新的趨勢(shì)開始顯現(xiàn)：越來(lái)越多的IT基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)通過(guò)智能網(wǎng)絡(luò)（云計(jì)算）來(lái)提供。伴隨微型化和互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展，這一趨勢(shì)宣告了人們期盼的普適計(jì)算已成為現(xiàn)實(shí)。
通過(guò)無(wú)線，越來(lái)越多功能強(qiáng)大的、自主的微型電腦（嵌入式系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)了與其他微型電腦和互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)。這意味著物理世界和虛擬世界（網(wǎng)絡(luò)空間）以信息-物理系統(tǒng)（CPS）的形式實(shí)現(xiàn)了融合。
新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6于2012年推出后，目前已經(jīng)有足夠多的IP地址可供智能設(shè)備通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)直接聯(lián)網(wǎng)。于是，網(wǎng)絡(luò)資源、信息、物體和人之間能實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)。這也將擴(kuò)展至工業(yè)領(lǐng)域：在制造業(yè)中，這種技術(shù)演化可以描述為“第四階段的工業(yè)化”或“工業(yè)4.0”。
工業(yè)革命的四個(gè)階段
18世紀(jì)工業(yè)化的進(jìn)程，始于機(jī)械制造設(shè)備的出現(xiàn)。那時(shí)候，紡織機(jī)一類的機(jī)器大大改變了生產(chǎn)產(chǎn)品的方式。第一次工業(yè)革命之后，在勞動(dòng)分工的基礎(chǔ)上，20世紀(jì)的第二次工業(yè)革命實(shí)現(xiàn)了電力驅(qū)動(dòng)的規(guī)?；a(chǎn)。之后，便是從20世紀(jì)70年代初直到現(xiàn)在的第三次工業(yè)革命。第三次工業(yè)革命利用電子和信息技術(shù)（IT）提高了制造過(guò)程的自動(dòng)化程度，機(jī)器取代了相當(dāng)一大部分的“體力勞動(dòng)”和一部分“腦力勞動(dòng)”。
德國(guó)應(yīng)充分利用其作為世界領(lǐng)先的制造設(shè)備供應(yīng)商及在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)利用物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)向制造領(lǐng)域擴(kuò)展這一趨勢(shì)，在向第四階段工業(yè)化邁進(jìn)的過(guò)程中先發(fā)制人。
工業(yè)4.0的部署不僅將增強(qiáng)德國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)地位，而且有助于應(yīng)對(duì)全球挑戰(zhàn)（如資源和能效）和國(guó)內(nèi)挑戰(zhàn)（如人口結(jié)構(gòu)的變化）?！ ?/span>
然而，在對(duì)技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行考慮時(shí)，結(jié)合社會(huì)文化語(yǔ)境是至關(guān)重要的，因?yàn)槲幕蜕鐣?huì)的變化同樣也是在他們各自領(lǐng)域中創(chuàng)新的主要?jiǎng)恿?。 ?/span>
比如，人口結(jié)構(gòu)的變化擁有改變我們社會(huì)所有關(guān)鍵領(lǐng)域的潛力，如組織學(xué)習(xí)的方式、工作的性質(zhì)、健康（隨著人們活的越來(lái)越長(zhǎng)）和社區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施。這又將反過(guò)來(lái)對(duì)德國(guó)生產(chǎn)力造成顯著的影響。通過(guò)優(yōu)化技術(shù)和社會(huì)創(chuàng)新過(guò)程的關(guān)系，我們能夠?yàn)樘嵘聡?guó)經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力做出重要貢獻(xiàn)?！ ?/span>
在制造業(yè)中利用物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)能夠創(chuàng)造一個(gè)包含全部生產(chǎn)過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)，將工廠轉(zhuǎn)變成為一個(gè)智能環(huán)境。信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)由智能機(jī)器、倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備組成。該生產(chǎn)系統(tǒng)是數(shù)字化的，基于ICT技術(shù)實(shí)現(xiàn)了端到端的整合——從運(yùn)入物流到生產(chǎn)，再到營(yíng)銷、運(yùn)出物流和服務(wù)（維修）。信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)不僅使生產(chǎn)能夠得到更加靈活的配置，也能夠充分利用差異化管理和流程控制所提供的機(jī)會(huì)?！ ?/span>
除了優(yōu)化現(xiàn)有基于IT的流程，工業(yè)4.0還將釋放對(duì)具體流程和全球范圍內(nèi)整體效應(yīng)進(jìn)行更多差異化跟蹤的潛力。這些都是目前難以實(shí)現(xiàn)的。工業(yè)4.0還將使商業(yè)伙伴（如供應(yīng)商和客戶）、員工之間的關(guān)系更加緊密，并提供更多互惠互利的新機(jī)遇?！ ?/span>
作為世界領(lǐng)先的制造設(shè)備供應(yīng)商，德國(guó)需要發(fā)掘新形式工業(yè)化的潛力，以與其獨(dú)特的地位相匹配。德國(guó)的全球市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者包括許多提供專業(yè)解決方案的“隱形冠軍”（即小而強(qiáng)的公司）——德國(guó)前100名中小企業(yè)中有22家是機(jī)械和設(shè)備制造商，其中3家排名在前10位之內(nèi)。許多德國(guó)機(jī)械和設(shè)備制造領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物都認(rèn)為，他們的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是國(guó)內(nèi)廠商。機(jī)械設(shè)備與汽車、化學(xué)品同為德國(guó)主要的出口產(chǎn)品之一?！ ?/span>
此外，德國(guó)的機(jī)械和設(shè)備制造商都希望保持其在未來(lái)的領(lǐng)先地位：60%的德國(guó)機(jī)械設(shè)備制造商都相信，他們的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)在未來(lái)五年內(nèi)會(huì)得到提高，只有不到40%的制造商希望維持當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)地位?！ ?/span>
然而，機(jī)械制造領(lǐng)域的全球競(jìng)爭(zhēng)正在日趨激烈。在亞洲同行日益威脅著德國(guó)制造商的同時(shí)，美國(guó)的對(duì)手也在采取措施，通過(guò)一系列方案對(duì)抗工業(yè)退化，大力推進(jìn)“先進(jìn)制造業(yè)”。
借鑒德國(guó)工業(yè)4.0關(guān)鍵要立足中國(guó)實(shí)際
工業(yè)革命的四個(gè)階段
18世紀(jì)工業(yè)化的進(jìn)程，始于機(jī)械制造設(shè)備的出現(xiàn)。那時(shí)候，紡織機(jī)一類的機(jī)器大大改變了生產(chǎn)產(chǎn)品的方式。第一次工業(yè)革命之后，在勞動(dòng)分工的基礎(chǔ)上，20世紀(jì)的第二次工業(yè)革命實(shí)現(xiàn)了電力驅(qū)動(dòng)的規(guī)模化生產(chǎn)。之后，便是從20世紀(jì)70年代初直到現(xiàn)在的第三次工業(yè)革命。第三次工業(yè)革命利用電子和信息技術(shù)（IT）提高了制造過(guò)程的自動(dòng)化程度，機(jī)器取代了相當(dāng)一大部分的“體力勞動(dòng)”和一部分“腦力勞動(dòng)”。
德國(guó)應(yīng)充分利用其作為世界領(lǐng)先的制造設(shè)備供應(yīng)商及在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)利用物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)向制造領(lǐng)域擴(kuò)展這一趨勢(shì)，在向第四階段工業(yè)化邁進(jìn)的過(guò)程中先發(fā)制人?！ ?/span>
工業(yè)4.0的部署不僅將增強(qiáng)德國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)地位，而且有助于應(yīng)對(duì)全球挑戰(zhàn)（如資源和能效）和國(guó)內(nèi)挑戰(zhàn)（如人口結(jié)構(gòu)的變化）。
然而，在對(duì)技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行考慮時(shí)，結(jié)合社會(huì)文化語(yǔ)境是至關(guān)重要的，因?yàn)槲幕蜕鐣?huì)的變化同樣也是在他們各自領(lǐng)域中創(chuàng)新的主要?jiǎng)恿??！ ?/span>
比如，人口結(jié)構(gòu)的變化擁有改變我們社會(huì)所有關(guān)鍵領(lǐng)域的潛力，如組織學(xué)習(xí)的方式、工作的性質(zhì)、健康（隨著人們活的越來(lái)越長(zhǎng)）和社區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施。這又將反過(guò)來(lái)對(duì)德國(guó)生產(chǎn)力造成顯著的影響。通過(guò)優(yōu)化技術(shù)和社會(huì)創(chuàng)新過(guò)程的關(guān)系，我們能夠?yàn)樘嵘聡?guó)經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力做出重要貢獻(xiàn)?！ ?/span>
在制造業(yè)中利用物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)能夠創(chuàng)造一個(gè)包含全部生產(chǎn)過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)，將工廠轉(zhuǎn)變成為一個(gè)智能環(huán)境。信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)由智能機(jī)器、倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備組成。該生產(chǎn)系統(tǒng)是數(shù)字化的，基于ICT技術(shù)實(shí)現(xiàn)了端到端的整合——從運(yùn)入物流到生產(chǎn)，再到營(yíng)銷、運(yùn)出物流和服務(wù)（維修）。信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)不僅使生產(chǎn)能夠得到更加靈活的配置，也能夠充分利用差異化管理和流程控制所提供的機(jī)會(huì)?！ ?/span>
除了優(yōu)化現(xiàn)有基于IT的流程，工業(yè)4.0還將釋放對(duì)具體流程和全球范圍內(nèi)整體效應(yīng)進(jìn)行更多差異化跟蹤的潛力。這些都是目前難以實(shí)現(xiàn)的。工業(yè)4.0還將使商業(yè)伙伴（如供應(yīng)商和客戶）、員工之間的關(guān)系更加緊密，并提供更多互惠互利的新機(jī)遇?！ ?/span>
作為世界領(lǐng)先的制造設(shè)備供應(yīng)商，德國(guó)需要發(fā)掘新形式工業(yè)化的潛力，以與其獨(dú)特的地位相匹配。德國(guó)的全球市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者包括許多提供專業(yè)解決方案的“隱形冠軍”（即小而強(qiáng)的公司）——德國(guó)前100名中小企業(yè)中有22家是機(jī)械和設(shè)備制造商，其中3家排名在前10位之內(nèi)。許多德國(guó)機(jī)械和設(shè)備制造領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物都認(rèn)為，他們的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是國(guó)內(nèi)廠商。機(jī)械設(shè)備與汽車、化學(xué)品同為德國(guó)主要的出口產(chǎn)品之一。
此外，德國(guó)的機(jī)械和設(shè)備制造商都希望保持其在未來(lái)的領(lǐng)先地位：60%的德國(guó)機(jī)械設(shè)備制造商都相信，他們的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)在未來(lái)五年內(nèi)會(huì)得到提高，只有不到40%的制造商希望維持當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)地位。
然而，機(jī)械制造領(lǐng)域的全球競(jìng)爭(zhēng)正在日趨激烈。在亞洲同行日益威脅著德國(guó)制造商的同時(shí)，美國(guó)的對(duì)手也在采取措施，通過(guò)一系列方案對(duì)抗工業(yè)退化，大力推進(jìn)“先進(jìn)制造業(yè)”。
（資料圖片）
“通過(guò)組織保障、產(chǎn)業(yè)政策、創(chuàng)新政策、人才政策和國(guó)際合作五方面舉措，形成推進(jìn)工業(yè)4.0戰(zhàn)略實(shí)施的政策合力”。
“以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、制造業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈支撐體系和人才、教育、職業(yè)培訓(xùn)體系等為支撐，推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造與服務(wù)”。
3月17日，在2017中國(guó)發(fā)展高層論壇召開之際，國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心（以下簡(jiǎn)稱“國(guó)研中心”）攜手博世集團(tuán)發(fā)布《借鑒德國(guó)工業(yè)4.0推動(dòng)中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)》研究報(bào)告，提出了借鑒工業(yè)4.0，推動(dòng)中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的具體政策建議。
上述政策建議基于對(duì)德國(guó)工業(yè)4.0及中國(guó)制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀所做的系統(tǒng)、全面、客觀、深入的研究。
正如該研究項(xiàng)目中方執(zhí)行負(fù)責(zé)人、國(guó)研中心副主任隆國(guó)強(qiáng)在當(dāng)日發(fā)布會(huì)上所言：“利用新一輪科技革命成果，特別是新一代的信息技術(shù)改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，和發(fā)展新經(jīng)濟(jì)同等重要，甚至更加重要。”
2008年國(guó)際金融危機(jī)之后，全球經(jīng)濟(jì)一直處于持續(xù)低迷狀態(tài)，各國(guó)，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家都在尋求擺脫金融危機(jī)陰影，重塑經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)動(dòng)力。各國(guó)不約而同將戰(zhàn)略目標(biāo)聚焦在如何利用新一代的信息技術(shù)來(lái)提升制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，如德國(guó)提出工業(yè)4.0戰(zhàn)略，美國(guó)提出制造業(yè)復(fù)興，日本、法國(guó)、英國(guó)等也都重新聚焦制造業(yè)。中國(guó)作為制造業(yè)大國(guó)，自不例外。
《借鑒德國(guó)工業(yè)4.0推動(dòng)中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)》研究項(xiàng)目正是在這一大背景下誕生。
2015年8月，國(guó)研中心與博世達(dá)成合作協(xié)議并啟動(dòng)研究項(xiàng)目。國(guó)研中心李偉主任和博世集團(tuán)董事長(zhǎng)鄧納爾親自擔(dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，具體工作由國(guó)研中心產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)研究部和博世中國(guó)負(fù)責(zé)。
隆國(guó)強(qiáng)強(qiáng)調(diào)，不管德國(guó)工業(yè)4.0貼著什么標(biāo)簽，其所代表的生產(chǎn)方式的革命性變化是一個(gè)重大變化；作為制造業(yè)大國(guó)的中國(guó)，制造業(yè)增加值全球排名第一，中國(guó)必須重視在制造業(yè)領(lǐng)域發(fā)生的生產(chǎn)方式的變革。
但是，工業(yè)4.0是“德國(guó)的工業(yè)4.0”，是根據(jù)德國(guó)的國(guó)情建立的體系，旨在提高德國(guó)制造業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。而中國(guó)制造業(yè)整體尚處于由工業(yè)2.0向工業(yè)3.0過(guò)渡的階段，不同行業(yè)、地區(qū)以及企業(yè)間的自動(dòng)化程度和信息化能力存在巨大差異，發(fā)展水平參差不齊，這也使得中國(guó)制造型企業(yè)向智能制造的轉(zhuǎn)型過(guò)程中，將呈現(xiàn)多樣化的需求。因此，借鑒工業(yè)4.0，最關(guān)鍵的是要結(jié)合中國(guó)的實(shí)際。
基于此，《借鑒德國(guó)工業(yè)4.0推動(dòng)中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)》提出，實(shí)現(xiàn)中國(guó)的智能制造將是個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，可分三步走：第一步（3—5年），補(bǔ)短板、打基礎(chǔ)、擴(kuò)試點(diǎn)、塑平臺(tái)；第二步（5—10年），夯實(shí)基礎(chǔ)、提升水平、重點(diǎn)突破、局部領(lǐng)先；第三步（10—15年）創(chuàng)新、超越、再創(chuàng)新、再超越。在此過(guò)程中，逐步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造自動(dòng)化、流程管理數(shù)字化、企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)化和智能制造云端化。
博世集團(tuán)董事會(huì)成員施維納博士透露，博世是德國(guó)工業(yè)4.0平臺(tái)的成員，也是首個(gè)加入美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的歐洲企業(yè)，希望借此推動(dòng)工業(yè)4.0在全球范圍的深度融合。
德國(guó)工業(yè)4.0的主力倡導(dǎo)者博世在工業(yè)4.0領(lǐng)域所采取的“雙重戰(zhàn)略”——踐行者+供應(yīng)商，使其對(duì)中國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要意義。
此前，博世已在其全球250多家工廠試點(diǎn)了100多個(gè)工業(yè)4.0項(xiàng)目，其中包括擴(kuò)在中國(guó)的13家工廠，涉及汽車零部件、工業(yè)技術(shù)、傳感器和消費(fèi)類產(chǎn)品等多個(gè)制造領(lǐng)域。此外，憑借在跨業(yè)務(wù)領(lǐng)域的生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)和工業(yè)4.0實(shí)踐，博世開始為中國(guó)不同行業(yè)、不同規(guī)模的制造型企業(yè)提供集軟硬件一體化的工業(yè)4.0解決方案。據(jù)悉，博世已與國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)龍頭企業(yè)之一的秦川機(jī)床達(dá)成戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，為后者的機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器生產(chǎn)線項(xiàng)目提供產(chǎn)線設(shè)計(jì)及實(shí)施、信息化升級(jí)的一體化方案。
國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心/文
什么是工業(yè)4.0？
本報(bào)告所闡述的工業(yè)4.0，是以工業(yè)、制造業(yè)部門為對(duì)象，以德國(guó)工業(yè)4.0為核心的一個(gè)概念體系，工業(yè)4.0是一個(gè)內(nèi)涵豐富、動(dòng)態(tài)演進(jìn)的概念。
“工業(yè)4.0”由德國(guó)率先提出，其核心理念是：深度應(yīng)用信息通信技術(shù)，推動(dòng)實(shí)體物理世界和虛擬網(wǎng)絡(luò)世界的融合，在制造領(lǐng)域形成資源、信息、物品和人相互關(guān)聯(lián)的“信息物理融合系統(tǒng)（CPS）”，該戰(zhàn)略旨在通過(guò)充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—CPS相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。工業(yè)4.0相伴的是傳統(tǒng)工業(yè)創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型，其實(shí)施過(guò)程是傳統(tǒng)工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的過(guò)程，涉及制造技術(shù)、產(chǎn)品、模式、業(yè)態(tài)、組織等方面的創(chuàng)新以及從大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)向個(gè)性化定制，從生產(chǎn)型制造轉(zhuǎn)型成服務(wù)型制造，從初級(jí)要素投入轉(zhuǎn)向知識(shí)性要素投入等。
工業(yè)4.0提出了參考框架模型（RAMI4.0），RAMI4.0從產(chǎn)品生命周期/價(jià)值鏈、層級(jí)和架構(gòu)等級(jí)三個(gè)維度，分別對(duì)工業(yè)4.0進(jìn)行多角度描述，它代表了德國(guó)對(duì)工業(yè)4.0所進(jìn)行的全局式思考。有了這個(gè)模型，各個(gè)企業(yè)尤其是中小企業(yè)，就可以在整個(gè)體系中，尋找到自己的位置。在此基礎(chǔ)上，德國(guó)政府進(jìn)一步提出了“智能服務(wù)世界”戰(zhàn)略，其目標(biāo)是在工業(yè)4.0生產(chǎn)出來(lái)的智能產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將產(chǎn)品連接到互聯(lián)網(wǎng)上，并應(yīng)用大數(shù)據(jù)和其他IT技術(shù)，將企業(yè)的商業(yè)模式從產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，從銷售產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)殇N售服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)模式的革新甚至革命。
工業(yè)4.0具有“自下而上”與“自上而下”相結(jié)合、需求導(dǎo)向、“以人為中心”和大生態(tài)等基本特征。德國(guó)工業(yè)4.0源自于其企業(yè)界、產(chǎn)業(yè)界從定制化、個(gè)性化的終端需求出發(fā)解決生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題、效益問(wèn)題和效率問(wèn)題而自發(fā)形成的自下而上的戰(zhàn)略，之后才上升到國(guó)家戰(zhàn)略，從而形成自上而下頂層設(shè)計(jì)、分層推動(dòng)的系統(tǒng)優(yōu)化組織和機(jī)制，總體布局是政府統(tǒng)籌，標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)先行，龍頭企業(yè)與協(xié)會(huì)推動(dòng)，中小企業(yè)廣泛參與。工業(yè)4.0注重人機(jī)協(xié)同，但強(qiáng)調(diào)以人（管理者、生產(chǎn)者、員工、用戶）為中心。工業(yè)4.0將利用新的工業(yè)平臺(tái)構(gòu)建起比原先更為廣泛和宏大的生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建一個(gè)能夠自行“生長(zhǎng)”的生態(tài)圈，實(shí)現(xiàn)更大范圍的資源與要素配置。
工業(yè)4.0的主要趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)從數(shù)字化工廠到智能工廠、從企業(yè)內(nèi)部集成到企業(yè)間集成、從單一封閉的平臺(tái)到跨行業(yè)開放的平臺(tái)以及從生產(chǎn)性制造到服務(wù)型制造等。
工業(yè)4.0的支撐體系主要有一系列標(biāo)準(zhǔn)體系、工業(yè)4.0平臺(tái)、數(shù)字化設(shè)計(jì)和精益管理、以及人才、教育、職業(yè)培訓(xùn)等組成，德國(guó)在國(guó)家戰(zhàn)略的推動(dòng)下，圍繞工業(yè)4.0框架體系，由博世、西門子、SAP這樣的一些龍頭企業(yè)牽頭，中小企業(yè)廣泛參與進(jìn)行了工業(yè)4.0眾多的實(shí)踐探索。
綜上所述，德國(guó)所定義的工業(yè)4.0，是由一個(gè)信息、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、四大主題、三項(xiàng)集成、八項(xiàng)計(jì)劃組成的框架機(jī)構(gòu)。其整體框架與中國(guó)的實(shí)際國(guó)情有很多不同，但對(duì)于大而不強(qiáng)的中國(guó)制造業(yè)，其實(shí)踐探索仍然有很多經(jīng)驗(yàn)啟示可供中國(guó)借鑒，如：（1）德國(guó)提出工業(yè)4.0戰(zhàn)略符合其國(guó)家階段性的產(chǎn)業(yè)升級(jí)需求，我國(guó)當(dāng)前的發(fā)展階段雖和德國(guó)不同，但面臨的挑戰(zhàn)和內(nèi)外環(huán)境與德國(guó)有部分相似的地方，具備實(shí)踐工業(yè)4.0的環(huán)境和基礎(chǔ)。（2）平臺(tái)化機(jī)制有利于工業(yè)4.0的發(fā)展，自上而下的推動(dòng)機(jī)制、平臺(tái)化戰(zhàn)略、標(biāo)準(zhǔn)制定等成熟經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚪o我國(guó)帶來(lái)很多啟示。（3）工業(yè)4.0的發(fā)展將形成整合大中小企業(yè)的生態(tài)體系，發(fā)揮中小企業(yè)的積極性，構(gòu)建整合大中小企業(yè)同步推進(jìn)工業(yè)4.0的生態(tài)體系對(duì)我國(guó)推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)是個(gè)有益的借鑒。（4）工業(yè)4.0需要人才結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換作為支撐，既重視藍(lán)領(lǐng)工人的能力提升、人機(jī)協(xié)同的發(fā)展，更注重管理者素質(zhì)的發(fā)展和復(fù)合型的人才的培育。（5）工業(yè)4.0的推進(jìn)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，德國(guó)提出“工業(yè)4.0”的規(guī)劃也不過(guò)幾年時(shí)間，無(wú)論是企業(yè)還是政府仍處在摸索前進(jìn)的狀態(tài)。在借鑒“工業(yè)4.0”推進(jìn)中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的過(guò)程中，還面臨很多本土化的問(wèn)題，現(xiàn)在各方面都還處于初步的探索階段，尚未在探索中尋找到最佳實(shí)踐，不能盲目推進(jìn)，是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。
中國(guó)制造業(yè)在工業(yè)4.0坐標(biāo)系中的位置
中國(guó)制造業(yè)整體上處于2.0到3.0過(guò)渡的階段。中國(guó)信息化百人會(huì)與中國(guó)兩化融合服務(wù)聯(lián)盟計(jì)算了2016年中國(guó)制造信息化指數(shù)。根據(jù)測(cè)算，2016年中國(guó)制造信息化指數(shù)為36.9，對(duì)標(biāo)工業(yè)4.0，正處于由工業(yè)2.0向工業(yè)3.0過(guò)渡的階段。
中國(guó)制造業(yè)尚缺乏具有較強(qiáng)綜合能力的產(chǎn)業(yè)綜合體。與德國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)部分龍頭企業(yè)盡管在某方面的能力較為突出，但缺乏同時(shí)兼具各種能力的頂尖企業(yè)或者產(chǎn)業(yè)綜合體，導(dǎo)致在全產(chǎn)業(yè)鏈、全環(huán)節(jié)上推進(jìn)工業(yè)4.0的能力仍然欠缺。
中國(guó)制造業(yè)推進(jìn)工業(yè)4.0的能力有限。隨著全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)深度調(diào)整，中國(guó)制造業(yè)面臨低端和高端雙向擠壓的雙重挑戰(zhàn)。效益水平過(guò)低，制約了這些企業(yè)通過(guò)推進(jìn)工業(yè)4.0和智能制造進(jìn)行升級(jí)的能力。
中國(guó)制造業(yè)廣大中小企業(yè)的信息化能力不足。中國(guó)制造業(yè)企業(yè)之間發(fā)展水平參差不齊，尤其是多數(shù)小企業(yè)發(fā)展水平低，缺乏推進(jìn)工業(yè)4.0，或者接入平臺(tái)的愿望和能力。
中國(guó)借鑒工業(yè)4.0推動(dòng)制造業(yè)升級(jí)缺乏系統(tǒng)性的體系支撐。與德國(guó)相比，中國(guó)制造企業(yè)長(zhǎng)期重生產(chǎn)，輕設(shè)計(jì)，致使產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)嚴(yán)重落后，缺乏系統(tǒng)性的體系支撐，對(duì)整個(gè)制造過(guò)程形成了明顯的制約。
制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的思路和路徑
順應(yīng)全球制造業(yè)數(shù)字化、智能化、服務(wù)化、平臺(tái)化和綠色化發(fā)展趨勢(shì)，借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家推進(jìn)工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)過(guò)程中形成的信息物理系統(tǒng)（CPS）集成理念、結(jié)構(gòu)化分層設(shè)計(jì)、嵌入式軟硬件集成、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、大數(shù)據(jù)分析運(yùn)營(yíng)、云服務(wù)、平臺(tái)化支撐體系和商業(yè)模式創(chuàng)新等方面的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中國(guó)制造2025戰(zhàn)略實(shí)施以及國(guó)內(nèi)智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目的有益探索，以推動(dòng)制造業(yè)與數(shù)字化技術(shù)在全生命周期、全產(chǎn)業(yè)鏈上的深度融合為出發(fā)點(diǎn)，以推動(dòng)中國(guó)制造業(yè)發(fā)展動(dòng)能轉(zhuǎn)換和建設(shè)智能制造強(qiáng)國(guó)為近期和遠(yuǎn)期落腳點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)中國(guó)智能制造的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)和企業(yè)生產(chǎn)效率提高為宏觀和微觀目標(biāo)，全面推進(jìn)中國(guó)制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，力爭(zhēng)到2050年將中國(guó)建成為世界智能制造強(qiáng)國(guó)，并在諸多新興和傳統(tǒng)制造業(yè)部門涌現(xiàn)出一大批全球領(lǐng)先的智能產(chǎn)品生產(chǎn)商、智能服務(wù)提供商和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)綜合運(yùn)營(yíng)商。
宏觀目標(biāo)（面向制造業(yè)）：借鑒以CPS為代表的工業(yè)4.0概念，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)基于工業(yè)4.0相關(guān)技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)，即通過(guò)工業(yè)4.0相關(guān)技術(shù)在制造業(yè)系統(tǒng)的深度應(yīng)用，推動(dòng)中國(guó)制造業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和提升，包括增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力、價(jià)值網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字生產(chǎn)力、智能基礎(chǔ)設(shè)施、大數(shù)據(jù)決策與監(jiān)管、產(chǎn)業(yè)生態(tài)群落和協(xié)同聯(lián)盟平臺(tái)等幾個(gè)方面的子目標(biāo)。
微觀目標(biāo)（面向企業(yè)）：總體微觀目標(biāo)是應(yīng)用工業(yè)4.0相關(guān)技術(shù)，通過(guò)生產(chǎn)效率提高、質(zhì)量改善等等提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。涉及精益管理、涉及精益管理、數(shù)字化集成、需求響應(yīng)、數(shù)據(jù)安全與標(biāo)準(zhǔn)、商業(yè)模式、數(shù)字化人才等若干子目標(biāo)。
中觀目標(biāo)（面向細(xì)分行業(yè)）：——汽車產(chǎn)業(yè)：實(shí)現(xiàn)智能產(chǎn)品、智能生產(chǎn)、智能服務(wù)，以提高生產(chǎn)敏捷性，滿足消費(fèi)者的個(gè)性化需求。——裝備制造業(yè)：推進(jìn)裝備制造業(yè)工業(yè)知識(shí)體系、精益生產(chǎn)水平、工業(yè)云服務(wù)平臺(tái)的夯實(shí)與突破，促進(jìn)工業(yè)綜合體和新型工業(yè)生態(tài)的培育。——家電行業(yè)：積極探索互聯(lián)工廠，縮短研發(fā)周期，提升產(chǎn)品滿意度，提升工廠的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，快速滿足用戶個(gè)性化需求，實(shí)現(xiàn)從大規(guī)模制造到大規(guī)模定制的智能化轉(zhuǎn)型。——電子信息產(chǎn)業(yè)：借鑒工業(yè)4.0，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，自主創(chuàng)新能力得到大幅提升，掌握一批關(guān)鍵核心技術(shù)，擁有一批自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，形成一批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形成若干具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的世界級(jí)龍頭大企業(yè)和電子信息產(chǎn)業(yè)集群；電子信息產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品在社會(huì)各領(lǐng)域的智能化應(yīng)用得到普及。——石油化工業(yè)：實(shí)現(xiàn)石油化工智能制造的產(chǎn)品創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)模式創(chuàng)新。
“三步走”路線圖
第一步（3-5年）：補(bǔ)短示范和全面追趕。核心任務(wù)為“補(bǔ)短板、打基礎(chǔ)、擴(kuò)試點(diǎn)、塑平臺(tái)”。一是補(bǔ)齊工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字短板，打好軟硬件基礎(chǔ)；二是通過(guò)試點(diǎn)示范尋求重點(diǎn)突破的領(lǐng)域；三是借鑒德、美等國(guó)經(jīng)驗(yàn)，打造“中國(guó)版工業(yè)4.0平臺(tái)”，為政、產(chǎn)、學(xué)、社、研、用等不同利益主體搭建一個(gè)通暢的信息溝通與利益訴求機(jī)制。
第二步（5-10年）：重點(diǎn)突破、縮小差距。核心任務(wù)為“夯實(shí)基礎(chǔ)、提升水平、重點(diǎn)突破、局部領(lǐng)先”。一是鞏固第一階段已有成果，同時(shí)總結(jié)試點(diǎn)示范的經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并找到解決對(duì)策。二是提升水平，顯著提升工業(yè)4.0相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用水平；三是在軍民融合、3D打印、在人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字化園區(qū)、智能人才等領(lǐng)域明顯縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，并形成一大批優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)集群，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)并力爭(zhēng)取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
第三步（10-15年）：并駕齊驅(qū)，全面超越。核心任務(wù)概括為“創(chuàng)新、超越、再創(chuàng)新、再超越”。經(jīng)過(guò)二、三十年的探索與積累、學(xué)習(xí)與超越，中國(guó)智能制造水平無(wú)論是硬件方面還是軟件方面，都能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，中國(guó)作為世界智能制造強(qiáng)國(guó)的地位最終確立。
沿著“邊練內(nèi)功、邊抓機(jī)遇”這個(gè)總體思路， 加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)；突破基礎(chǔ)共性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)融合；突出示范應(yīng)用、“以點(diǎn)帶面”和“從線到面”；加快標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)；加快建設(shè)多層次人才隊(duì)伍；提升通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平；廣泛深入開展國(guó)際合作；加強(qiáng)實(shí)施方案的監(jiān)測(cè)和反饋。
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