第2章 工业4.0时代：即将来袭的第四次工业革命(1)

当人们还在为第三次工业革命的信息化与自动化感叹不已时，第四次工业革命已经悄然降临，并正在逐步向全世界蔓延。这次工业革命最先被德国人提出。他们称之为“工业4.0”。

工业4.0最初用于描绘制造业的未来。以电子信息技术与互联网为标志的第三次工业革命（德国人称之为“工业3.0”），为工业4.0时代打下了良好的技术储备基础。人类将以CPS（信息物理融合系统）为依托，打造一个包含智能制造、数字化工厂、物联网及服务网络的产业物联网。凭借智能技术的力量，虚拟仿真技术与机器生产得以互联融合，整个生产价值链都能完成无缝交流。简言之，工业4.0就是智能化生产的时代。

第四次工业革命的到来，让好莱坞科幻电影中的某些幻想逐渐变成现实。工业4.0将像互联网一样彻底改变人们的工作与生活。这里面既有发展良机，也存在严峻挑战。任何不能根据工业4.0核心精神完成升级的行业与企业，甚至是风头正健的互联网巨头，都有可能在新时代的浪潮中被拍在沙滩上。

1.什么是工业4.0？工业4.0具有哪些核心特征？

根据德国专家的定义：“工业4.0”指的是以智能制造为主导的第四次工业革命，或者革命性的工业生产方法。

“工业4.0”一词最早出现在德国2011年汉诺威工业博览会上。次年10月上旬，由博世公司牵头的“工业4.0小组”，向德国联邦政府提出了一套完整的“工业4.0”发展建议。该小组于2013年4月8日在汉诺威工业博览会中提交了最终报告，正式向全世界提出了“工业4.0”的概念。

德国联盟教研部与联邦经济技术部、德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等政、学、商界单位，纷纷对“工业4.0”表示支持，并联手将其付诸实践。

德国政府把“工业4.0”列入《高技术战略2020》大纲的十大未来发展项目之一，并投入多达2亿欧元的经费。时至今日，工业4.0战略在德国已经取得广大科研单位及产业界的普遍认同。例如，弗劳恩霍夫协会就将“工业4.0”概念引入到其下属六七个研究所中，而世界名企西门子公司也在工业软件与生产控制系统的研发过程中贯彻这一战略。

由此可见，“工业4.0”这个概念的诞生，不仅意味着德国将重点支持新一代关键工业技术的创新，也拉开了全球第四次工业革命的序幕。

人类史上的第一次工业革命，以蒸汽动力的使用为标志，让英、德等国初步实现了机械化生产；第二次工业革命让人类学会了使用电力，而流水生产线与大规模标准化生产，也是在这个阶段产生的；第三次工业革命以电子信息技术为核心，工业领域也朝着自动化控制的方向发展，借助数控技术与PLC（可编程逻辑控制器）的支持，在生产局部环节实现了全自动化生产。这为悄然降临的第四次工业革命，打下了良好的工业技术基础。

擅长工业制造的德国人，将前三次工业革命分别定义为工业1.0时代、工业2.0时代、工业3.0时代。其中，工业1.0时代的特征是机械制造设备，工业2.0时代的特征是电气化，工业3.0时代的特征是生产工艺自动化。

随着物联网的发展与制造业服务化浪潮，德国人敏锐地意识到未来的生产方式将以智能制造为主导。这是一个革命性的变化，因此业界以此为标准提出了“工业4.0”概念。

德国专家眼中的第四次工业革命，是以CPS（Cyber Physical Systems 信息物理融合系统）充当技术创新的驱动力。通过CPS创造一个高度智能化、网络化的社会，把一切资源用物联网与服务网融会起来，完成价值链在横向与纵向上的无缝整合，最终实现“社会化协同智能制造”这个革命性的生产模式。

在这次技术革命中，CPS、数字化工厂、智能制造将成为工业4.0发展的重中之重。工厂将运用这三个系统来研发新一代的关键科技，让生产成本显著下降，生产效率得到大幅度提升，同时实现产品形制的个性化与功能的多样化。在此基础上，创新活动的方式将产生较大变化，传统行业的界限趋于消失，产业链的分工也将面临重组的挑战。

根据德国专家的研究，工业4.0主要具有三个特征。

其一，通过价值网络实现横向集成。

工业4.0通过新价值网络把商业模型与产品设计等领域进行横向集成，从而彻底改变企业的发展模式。

其二，端对端数字集成横跨整个价值链。

在工业4.0时代，企业可以实现端对端数字的整合。整个产品价值链也将实现数字世界与真实世界的融合，满足客户日益复杂化的需求。其中，建模技术将在技术系统管理方面起到至关重要的作用。

其三，垂直集成与网络化的制造系统。

所谓垂直集成与网络化的制造系统，主要指的是智能工厂。在将来的智能工厂中，制造结构（包含模型、数据、通信、算法）不再是事先固定好的，而是开发一系列信息技术组合规则，使之根据不同的情况自动生成特定的结构。

上述三个方面，决定了工业4.0时代的企业能否在瞬息万变的市场中巩固自己的地位。工业4.0将使得制造企业实现迅捷、准时、无故障的智能化生产，随时跟上高度动态的市场风向。

德国提出的“工业4.0”战略，以推动制造业智能化转型为宗旨。工业4.0发展主要体现为以下几个方面。

其一，全方位互联。

西门子、博世与蒂森克虏伯三大企业的研究人员表示，工业4.0的核心是万物互联。无论是机器设备、生产线、产品，还是工厂、供应商、用户，都将被一个庞大的智能网络连接成一体。

这个智能网络由五个部分组成：无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施、CPS。在智能网络的覆盖下，不同的产品与生产设备，甚至是整个“数字世界”与“物理世界”都能互联成一体。人与机器都可以通过智能网络来保持数字信息的持续交流。

其二，全方位集成。

“工业4.0”是信息化产业与工业化产业融会贯通的产物。“集成”也因此成为德国“工业4.0”战略的关键词。前述的由CPS控制的智能网络，可以实现人与人、人与机器、机器与机器、服务与服务四个层次的全方位互联。如此一来，整个工业生产就完成了纵向、横向、端对端三个层次的高度集成。

纵向集成主要指企业内部物流、信息流、资金流、各个部门、各个生产环节、产品生命全周期的集成。企业内部所有因素的无缝连接，是一切智能化转型的基础。

横向集成主要指不同的企业借助工业4.0这一价值链及物联网所完成的全方位资源整合。通俗地说，就是企业与其他企业能够做到全方位无缝合作。例如，实时提供各种产品与服务，联合进行研产供销，从产品研发、生产制造到经营管理，整个流程都实现综合集成。总之，各个企业在工业4.0时代需要信息共享与业务协同。

从某种意义上说，“端到端的集成”是德国专家率先提出的一个新概念。但是社会各界对这个概念的理解有差异。所谓“端到端”，指的是产业链各环节价值体系的重构。“端到端的集成”是围绕产品全生命周期的价值链而展开的。通过工业4.0整合价值链上各个不同企业的资源，如创造集成供应商、制造商、分销商，并让各自的客户信息流、物流和资金流在价值链中集成为一体。

其三，精准的实时大数据分析。

德国不同行业对工业4.0的理解各异。比如，有的人认为工业4.0时代的核心是数据。提出这个观点的是德国机械设备制造业协会与全球第二大云公司——德国SAP公司的专家。在SAP高级副总裁柯曼看来，企业对实时大数据的精准好比汽车的前挡风玻璃。

在第四次工业革命中，呈爆炸式增长的数据对于整个工业体系的价值远远超过之前三个时代的传统工业生产体系。CPS的推广与各种智能终端、智能传感器的普及，会源源不断地产生数据。这些渗透到整个产业链与产品全生命周期的海量数据，正是第四次工业革命的基石。

其四，层出不穷的创新。

从本质上说，第四次工业革命的转型过程，正是制造业全面创新升级的发展过程。制造工艺、产品研发、商业模式、产业形态、组织形式等领域的创新，将会变得层出不穷。

其五，全方位、全纵深的转型。

德国几个行业协会与西门子、博世、蒂森克虏伯等知名企业，在学术探讨中指出，推动制造业服务化转型是第四次工业革命的核心理念。随着工业4.0时代的到来，物联网与服务网络将全面渗透到工业体系的各个角落，将传统的生存方式转变为具有个性化、智能化色彩的产品及服务的生产模式。

传统的大规模定制将让位于多元化的个性化定制。企业此前采用的是生产型制造模式，但在工业4.0时代将逐渐转型为服务型制造模式。而依赖廉价劳动力与资金投入的传统要素驱动模式，将被创新驱动的发展模式所取代。云计算、物联网等新信息技术，为传统的制造业带来崭新的产业链协同开放创新模式，以及用户参与式创新。整个社会的创新激情，将被工业4.0彻底激活。

2.工业4.0具有怎样的发展战略愿景？

2008年的金融海啸让欧美发达国家深刻地意识到虚拟经济的脆弱性。由于制造业长期以来向发展中国家转移（俗称“去工业化”），发达国家都出现了不同程度的“产业空心化”问题。这是欧洲经济持续低迷的一个重要原因。而德国凭借在制造业上的领先优势，成为欧洲经济危机中的一枝独秀。德国政府把工业4.0列入《高技术战略2020》大纲的十大未来发展项目之一，正是为了在第四次工业革命浪潮到来之际，再次占据时代的先机。

德国专家认为，工业4.0的梦想可能在20年内成为现实。由于科技的飞速发展，物理世界与数字世界逐渐融合成了一张无所不包的物联网。这意味着未来的工业生产方式将变得高度灵活，产品与服务的个性化定制能力空前增强，不同企业能在业务上实现无缝合作，制造业从生存型制造转型为服务型制造，从而研发出所谓的混合型产品。

除了提出“工业4.0”概念的德国外，美国也在积极迎接第四次工业革命的到来，提出了“制造业复兴”计划。

美国专家指出，智能制造领导联盟（SMLC）正在改变着美国制造业的明天。SMLC联盟是一个非营利性组织。其成员包括制造工厂、供应商、高科技公司所组成的生产联合体，以及高等院校、政府机关、科学实验室。SMLC联盟致力于将制造产业链上所有的利益相关者整合到一起，共同研发新技术，实施新的工业标准，开放平台并共享基础设施。总而言之，一切变革都围绕制造业智能化转型。

无论是德国人还是美国人，都把打造智能工厂定为工业4.0战略的重要愿景。

据美国《华尔街日报》报道，德国化工强企巴斯夫公司已经使用智能化生产车间来制造高度“定制化”的日用品。

巴斯夫的生产线不同于传统的工业生产线——其每件产品的标签上都安装了智能芯片（这些智能芯片记录了不同的数据）。而该产品的“大脑”可以向流水生产线发出相应的指令——需要向每个瓶内灌装什么颜色与化学成分的液体肥皂。生产线通过读取芯片，可以自动调配比例并选择个性化的包装方式。整个生产过程都是智能化的，只需员工在中央控制系统中监控。

尽管是在同一条流水线上，但“智能工厂”可以生产出千变万化的个性化定制产品。

传统工业是通过大规模标准化生产来降低产品成本、满足消费者需求的。但这种生产模式最大的缺点就是缺乏灵活性，只能提供单一标准的产品，无法满足人们多样化的实际需求。随着互联网经济的发展，业界又出现了个性化定制这一生产模式。个性化定制虽然能最大限度地满足消费者特有的要求，但这种模式难以形成规模效应，从而导致成本居高不下。

可以说，在工业3.0时代，无法让个性化定制产生规模效应，使企业难以进一步拓展市场，提高用户的体验感与满意度。而工业4.0时代的智能工厂，则让人们再也不必为这个矛盾而感到头痛了。虽然生产流水线依然是沿用了标准化的生产程序，但贴在每个产品的标签上的智能芯片却可以轻松地解决个性化定制问题。工人将不同的个性化需求数据输入到每个芯片当中，再由流水线上的机器设备来读取相关数据，并根据事先设定好的智能程序自动调整设备的工序。

这个巧妙的创新，出色地解决了大规模生产与个性化定制的矛盾。它不仅能让产品的研发更能适应复杂多变的市场，还能大大降低个性化定制的成本，同时也改变了传统制造业依赖大量熟练技术工人的局面，让整个生产流程实现自动化与智能化。可以说，没有这种“智能生产线”，就不可能建立起真正的智能工厂。

德国把建设智能工厂视为工业4.0战略的重中之重。智能工厂的特点是市场适应性极强，资源利用效率十分高，符合人体工程学要求，而且企业还能通过业务流程与价值链来整合所有的合作伙伴与用户。这不仅能带来可观的经济效益与社会效益，还可以继续发扬德国在制造业与工业技术上的传统优势。