中国工业40版

  如何把中国制造变成中国智造，以期推动国家工业发展的转型升级，工业4.0顺势成型。所谓4.0概念，源于2011年汉诺威工业博览会，最初的想法只是通过物联网等媒介来提高德国制造业水平。随后，德国成立了工业4.0工作组，并于2013年4月发布了报告《保障德国制造业的未来:关于实施工业4.0战略的建议》。

  据上海市经信委有关专业的人介绍，18世纪蒸汽机的发明和机械制造设备的引入是最早的工业1.0时代，随后被20世纪电气普及、引入大批量生产流水线年代，第一台可编程控制器的诞生及初级自动化生产，将人类带入工业3.0时代。

  在德国，学术界和产业界对工业4.0概念比较统一的阐释是继机械化、电气化和信息技术之后，以人机一体化智能系统为主导的第四次工业革命，主要是指通过信息通讯技术和虚拟网络/实体物理网络系统(CPS)的结合，将制造业向智能化转型，实现集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，最终建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务生产模式。

  与美国流行的第三次工业革命的说法不同，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。

  工业1.0。18世纪60年代至19世纪中期，通过水力和蒸汽机实现的工厂机械化可称为工业1.0。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、手工业为基础转型到了以工业和机械制造带动经济发展的模式。

  工业2.0。19世纪后半期至20世纪初，在劳动分工的基础上采用电力驱动产品的大规模生产可称为工业2.0。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。

  工业3.0。始于20世纪70年代并一直延续到现在，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，可称为工业3.0。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。

  工业4.0。德国学术界和产业界认为，未来10年，基于信息物理系统（Cyber-Physical System，CPS）的智能化，将使人类步入以人机一体化智能系统为主导的第四次工业革命。产品全生命周期和全制造流程的数字化以及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，物联网和务联网（服务网络技术）将渗透到所有的关键领域，创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，并会产生各种新的活动领域和合作形式。

  首先，工业4.0将使得工业生产的全部过程灵活性更好、坚强。这将使得动态的、适时优化的和自我组织的价值链成为现实，并带来诸如成本、可利用性和资源消耗等不同标准的最优化选择。包括在制造领域的所有因素和资源间形成全新的循环网络、智能产品独特的可识别性、个性化产品定制以及高度灵活的工作环境等。

  其次，工业4.0将发展出全新的商业模式和合作模式。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相关人之间公平地共享，包括那些新进入的利益相关人。同时，工业4.0网络化制造、自我组织适应能力强的物流和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、发展、可靠性、风险、责任和知识产权和技术安全等问题。

  再次，工业4.0将带来工作方式和环境的全新变化。全新的协作工作方式使得工作可以脱离工厂，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，能更加积极地投入和调节自己的工作。同时，随着工作环境和工作方式的巨大改变，可以大幅度提升老年人和妇女的就业比例，确保人口结构的变化不会影响当前的生活水平。

  最后，工业4.0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、物体和系统，将提供全面、快捷、安全可靠的服务和应用业务流程，支持移动终端设备和业务网络中的协同制造、服务、分析和预测流程等。

  德国工业4.0战略的要点可以概括为：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网络上，让物理设备具备了计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能，以此来实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合。CPS可以将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起，从而创造物联网及相关服务，并将生产工厂转变为一个智能环境。这是实现工业4.0的基础。

  研究两大主题：智能工厂和智能生产。智能工厂是未来智能基础设施的关键组成部分，重点研究智能化生产系统及过程以及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打印等先进的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4.0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4.0将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制管理系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够互联，以此来实现横向、纵向和端对端的高度集成。横向集成是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合，是为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;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同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4.0得以实现的基本保障。一是标准化和参考架构。需要开发出一套单一的共同标准，不同公司间的网络连接和集成才会成为可能。二是管理复杂系统。适当的计划和解释性模型可以为管理日趋复杂的产品和制造系统提供基础。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4.0的一个关键要求。四是安全和保障。在确保生产设施和产品本身不能对人和环境构成威胁的同时，要防止生产设施和产品滥用及没有经过授权的获取。五是工作的组织和设计。随着工作内容、流程和环境的变化，对管理工作提出了新的要求。六是培训和持续的职业发展。有必要通过建立终身学习和持续职业发展计划，帮助工人应对来自工作和技能的新要求。七是监管框架。创新带来的诸如企业数据、责任、个人数据及贸易限制等新问题，需要包括准则、示范合同、协议、审计等适当手段加以监管。八是资源利用效率。需要仔细考虑和权衡在原材料和能源上的大量消耗给环境和安全供应带来的诸多风险。

  总的来看，工业4.0战略的核心是通过CPS网络实现人、设备与产品的实时连通、相互识别和有效交流，从而构建一个高度灵活的个性化和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重要的条件；产品由趋同向个性的转变，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、实时参与生产和价值创造的全过程。

  中国在面临经济下降带来的压力、制造业产能过剩的背景下，国内经济产业高质量发展亟待转变发展方式与经济转型，把握住第四次工业革命成为历史赋予的使命。工业化与信息化融合，是工业4.0时代的必经之路。无论是德国政府提出的工业4.0战略，还是中国政府的十二五规划，都强调了工业化与信息化融合的重要性。苗圩表示。

  而就在刚刚过去的10月，国务院总理在访德期间，宣布了中德两国将开展工业4.0合作，这对于中国企业而言意味着巨大的转型契机，该领域合作有望成为中德未来产业合作的新方向。

  工业的变革，最直接的改变就是生产方式。复旦大学管理学院产业经济系主任芮明杰指出:工业4.0与3.0的区别之一，就是工业3.0是自动化，而4.0是智能化。整个生产系统根据加工对象的不同，发送的信息也不同:自动化生产大规模、标准化的产品，智能化生产的是个性化产品。

  号称全球最大企业管理解决方案供应商，也是德国工业4.0的核心企业，SAP公司首次亮相工博会。该公司现场演示通过SAP、ERP、制造执行方案、制造集成与智能以及车间连接器等解决方案把信息管理系统、流水线、机器人、设备、产品、监控等所有生产相关流程互联整合成一个完整的智能生产网络。

  4.0包括两大特点，一是多批次小批量，定制生产满足个性化需求，二是智能化。SAP的业务负责人如是说。

  近期有报道称，中国版工业4.0规划《中国制造业发展纲要(2015~2025)》初稿已完成，重点实施领域为新一代信息技术产业、生物医药与生物制造产业、高端装备制造产业、新能源产业，该规划或将于今年上半年出台。

  工业4.0战略的核心是通过CPS网络实现人、设备与产品的实时连通、相互识别和有效交流。从而构建一个高度灵活的个性化和数字化的智能制造模式。我们从德国的工业4.0概念得到的启示是，格力空调的模式也是可行的。和德国相比，研发投入不足。而格力强调核心技术在创新中所发挥的作用，这对我们从制造业大国到强国的转变，是有意义的。提高生产力、加快产品上市、灵活的生产模式以及提高资源效率，是从中国制造转向中国创造的重要的条件。为实现这一转变，需要先进的技术和高效的生产体系。因此，制造企业应该逐步转向信息化、数字化和智能化，从而将生产水平提升到一个新的高度，为引领制造业未来准备好。而数字化的企业平台，就是公司实现全生命周期两化融合的途径。

  以工业4.0为代表的新一轮工业革命，也是中国制造业转变发展方式与经济转型的重要契机。2014年1月，中国工程院启动并开展了《制造强国战略研究》重大咨询项目，提出了在2020年进入制造强国行业的指导方针和优先行动。中国制造业未来怎么来适应市场的变化，有各种不同的意见。一种是强调更迅速、灵活地适应市场，用贸工技的方法跟上时代，还有一种则是技工贸的方法。比如，同样是家用电器，海尔走的是贸工技的路子，格力则是技工贸。

  中国要在工业4.0时代取得优势，必须在构建信息物理系统网络站点平台上先行一步。一方面，在国家新的信息化发展的策略中加强对CPS的总体布局，研究制定CPS建设的战略目标、重点任务、发展路径和政策举措。同时，在制造业发展、智慧城市建设、国家网络和信息安全等工作中加强前瞻部署和应用推广。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站点平台，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和装备，推动重点行业企业的开发应用。

  把两化深层次地融合作为主要着力点。德国工业4.0战略与我国提出的两化深层次地融合有很多相通之处。在某一些程度上，两化融合可称为中国工业的3.0，两化深层次地融合能够说是中国工业的4.0。在新的发展背景下，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，把两化深层次地融合作为主线，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。

  超前部署建设国家信息物理系统网络站点平台。信息物理系统将改变人类与物理世界的交互方式，物质生产力、信息生产力，能源、材料和信息三种资源高度融合，将使未来产业发生真正革命性的变革，对未来世界产生深远影响。美、德等世界工业强国都格外的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，必须在构建信息物理系统网络站点平台上先行一步。一方面，在国家新的信息化发展的策略中加强对CPS的总体布局，研究制定CPS建设的战略目标、重点任务、发展路径和政策举措。同时，在制造业发展、智慧城市建设、国家网络和信息安全等工作中加强前瞻部署和应用推广。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站点平台，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和装备，推动重点行业企业的开发应用。

  启动国家人机一体化智能系统重大专项工程。人机一体化智能系统已成为全世界制造业发展的新趋势，智能设备和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、数字控制机床、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，我国制造业发展仍然以简单地扩大再生产为主要途径，通过智能产品、技术、装备和理念改造提升传统制造业的任务艰巨而迫切。建议从国家层面启动实施人机一体化智能系统专项工程，加强技术攻关，开展应用示范，推动制造业向智能化发展转型。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探讨研究，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。以行业有突出贡献的公司为先导，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和经营效率。

  用标准引领信息网络技术与工业融合。工业4.0战略的关键是建立一个人、机器、资源相互连通的网络化社会，各种终端设备、应用软件之间的数据信息交换、识别、处理、维护等必须基于一套标准化的体系。为保障工业4.0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4.0平台下成立一个工作小组，专门处理标准化和参考架构的问题。2013年12月，德国电气电子和信息技术协会发表了德国首个工业4.0标准化路线图。可以说，标准先行是工业4.0战略的突出特点。为此，我们在推进信息网络技术与工业公司深层次地融合的具体实践中，也应格外的重视发挥标准化工作在产业高质量发展中的引领作用，及时制定出台两化深层次地融合标准化路线图，带领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采用，以夺取未来产业竞争的制高点和话语权。

  构建有利于工业转变发展方式与经济转型的制度保障体系。德国工业4.0战略十分重视产业创新、组织创新与现有制度相冲突的问题。工业4.0一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和法规；另一方面也需要制定相应的规章制度促进技术创新。工业4.0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，制定和实施安全性支撑行动，建立培训和再教育制度等。我国在推动工业转变发展方式与经济转型的问题上，也同样面临制度保障方面的有关问题。因此，非常有必要建立和完善有利于工业转变发展方式与经济转型的长效机制，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和法规，人才教育培训和激励机制等，从而形成推动工业转变发展方式与经济转型的制度保障。

  产学研用联合推动制造业创新发展。德国工业4.0是由德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等联合发起的，工作组成员也是由产学研用多方代表组成的。因此，工业4.0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。我国应该充分吸收和借鉴发达国家产学研用联合模式，一方面，针对不一样自发的产学研合作网络或产业研发联盟，政府要通过引导和支持的方式促进其发展；另一方面，选择几个重点行业和关键技术领域进行试点，以行业骨干企业为龙头，联合科研实力丰沛雄厚的大学和科研机构，组建多种形式的产学研研发联盟，充分调动各方资源和力量，共同推进研发技术和应用推广。