工業(yè)4.0項目是全球制造業(yè)最具競爭力的國家之一—德國于2013年4月在漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出的項目，是2010年7月德國政府在《高技術戰(zhàn)略2020》確定的十大未來項目之一，旨在支持工業(yè)領域新一代革命性技術的研發(fā)與創(chuàng)新。中國首套工業(yè)4.0流水線也已經(jīng)亮相第十六屆中國工業(yè)博覽會，工業(yè)4.0業(yè)已進入中德合作新時代，中德雙方簽署的《中德合作行動綱要》中也存在有關工業(yè)4.0合作的內容。
以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命
“工業(yè)4.0”是以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法，包含了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變，目標是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務的生產(chǎn)模式，旨在通過充分利用信息通信技術和網(wǎng)絡空間虛擬系統(tǒng)—信息物理系統(tǒng)（CPS)相結合的手段，將制造業(yè)向智能化轉型。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的活動領域和合作形式。創(chuàng)造新價值的過程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。
“工業(yè)4.0”項目主要分為三大主題，一是“智能工廠”，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡化分布式生產(chǎn)設施的實現(xiàn)。二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及3D技術在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應用等。該計劃將特別注重吸引中小企業(yè)參與，力圖使中小企業(yè)成為新一代智能化生產(chǎn)技術的使用者和受益者，同時也成為先進工業(yè)生產(chǎn)技術的創(chuàng)造者和供應者。三是“智能物流”，主要通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、務聯(lián)網(wǎng)，整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應方的效率，而需求方則能夠快速獲得服務匹配，得到物流支持。
多管齊下解決，“德國制造”危機
德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的要點可以概括為：建設一個網(wǎng)絡、研究兩大主題、實現(xiàn)三項集成、實施八項計劃。
建設一個網(wǎng)絡：信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡。信息物理系統(tǒng)就是將物理設備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協(xié)調和自治等五大功能，從而實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡世界與現(xiàn)實物理世界的融合。CPS可以將資源、信息、物體以及人緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)及相關服務，并將生產(chǎn)工廠轉變?yōu)橐粋€智能環(huán)境。這是實現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎。
研究兩大主題：智能工廠和智能生產(chǎn)。“智能工廠”是未來智能基礎設施的關鍵組成部分，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程以及網(wǎng)絡化分布生產(chǎn)設施的實現(xiàn)。“智能生產(chǎn)”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(yè)生產(chǎn)過程，從而形成高度靈活、個性化、網(wǎng)絡化的產(chǎn)業(yè)鏈。生產(chǎn)流程智能化是實現(xiàn)工業(yè)4.0的關鍵。
實現(xiàn)三項集成：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。工業(yè)4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設施通過CPS形成一個智能網(wǎng)絡，使人與人、人與機器、機器與機器以及服務與服務之間能夠互聯(lián)，從而實現(xiàn)橫向、縱向和端對端的高度集成。
實施八項計劃：工業(yè)4.0得以實現(xiàn)的基本保障。一是標準化和參考架構。需要開發(fā)出一套單一的共同標準，不同公司間的網(wǎng)絡連接和集成才會成為可能。二是管理復雜系統(tǒng)。適當?shù)挠媱澓徒忉屝阅Ｐ涂梢詾楣芾砣遮厪碗s的產(chǎn)品與制造系統(tǒng)提供基礎。三是一套綜合的工業(yè)寬帶基礎設施。可靠、全面、高品質的通信網(wǎng)絡是工業(yè)4.0的一個關鍵要求。四是安全和保障。在確保生產(chǎn)設施和產(chǎn)品本身不能對人與環(huán)境構成威脅的同時，要防止生產(chǎn)設施和產(chǎn)品濫用及未經(jīng)授權的獲取。五是工作的組織和設計。隨著工作內容、流程和環(huán)境的變化，對管理工作提出了新的要求。六是培訓和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展。有必要通過建立終身學習和持續(xù)職業(yè)發(fā)展計劃，幫助工人應對來自工作和技能的新要求。七是監(jiān)管框架。創(chuàng)新帶來的諸如企業(yè)數(shù)據(jù)、責任、個人數(shù)據(jù)以及貿易限制等新問題，需要包括準則、示范合同、協(xié)議、審計等適當手段加以監(jiān)管。八是資源利用效率。需要考慮和權衡在原材料與能源上的大量消耗給環(huán)境及安全供應帶來的諸多風險。
實際上，工業(yè)4.0體現(xiàn)出德國對美國的危機感和極高的競爭意識。CPU、操作系統(tǒng)、軟件以及云計算等網(wǎng)絡平臺幾乎都由美國掌控。近兩年來，谷歌開始進軍機器人領域，研發(fā)自動駕駛汽車；亞馬遜進入手機終端業(yè)務，開始實施無人駕駛飛機配送商品……美國互聯(lián)網(wǎng)巨頭正在從“信息”領域加速進入“物理”業(yè)務領域。顯而易見，這一趨勢對制造業(yè)的破壞性影響只是時間問題，因此，德國產(chǎn)生了前所未有的危機感。
近年來，從中國機械產(chǎn)業(yè)的高速增長中，德國看到的更多是“德國制造”自身的危機。數(shù)據(jù)顯示，德國以16%的份額占據(jù)2013年全球機械出口首位，中國以11%的份額，略低于美國位于全球第三。同時，在全球設備制造業(yè)的32個子行業(yè)中，中國已經(jīng)在7個子行業(yè)中取得了領先地位。更有甚者，美國波士頓咨詢公司的一篇相關分析報告曾提出警告：“歐洲機械制造商必須意識到，競爭環(huán)境已經(jīng)改變，必須對越發(fā)明顯的威脅做出反應，否則他們將被來自中國的咄咄逼人的挑戰(zhàn)者打倒。”由此，德國《世界報》網(wǎng)站在去年3月27日報道稱“中國機械制造業(yè)嚴重威脅德國”！由此看來，德國對中國制造業(yè)的防備之心已顯而易見。
工業(yè)4.0與“兩化深度融合”異曲同工
工業(yè)4.0的核心需求是提升現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡，以提供保證的延遲時間、可靠性、服務質量和通用帶寬。為與國家IT峰會在《2011年的數(shù)字基礎設施年鑒》中提出的建議一致，需要在德國和其制造伙伴國家之間大規(guī)模地擴大寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎設施建設。高運行可靠性和數(shù)據(jù)鏈路可用性是機械工程及自動化工程應用的關鍵。保證的延遲時間和穩(wěn)定的連接是關鍵，因為這直接影響應用程序的性能。網(wǎng)絡運營商應該多做些工作，以滿足企業(yè)的意愿。
德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略與我國提出的兩化深度融合有很多相通之處。在某種程度上，兩化融合可稱為我國工業(yè)的3.0，兩化深度融合可以說是我國工業(yè)的4.0。在新的發(fā)展背景下，只有將信息化的時代特征與我國工業(yè)化歷史進程緊密結合起來，把兩化深度融合作為主線，才能為推動工業(yè)轉型升級注入新的動力，也才能在向工業(yè)化邁進的過程中占得先機。
超前部署建設國家信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡平臺。美、德等世界工業(yè)強國都高度重視信息物理空間構建，加強戰(zhàn)略前瞻部署，并取得積極研究進展。中國要決勝未來的競爭，必須在構建信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡平臺上先行一步。一方面，在國家新的信息化發(fā)展戰(zhàn)略中加強對CPS的總體布局，研究制定CPS建設的戰(zhàn)略目標、重點任務、發(fā)展路徑和政策舉措。同時，在制造業(yè)發(fā)展、智慧城市建設、國家網(wǎng)絡和信息安全等工作中加強前瞻部署與應用推廣。另一方面，可借鑒美國組建“國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡中心”的做法，組建一批國家信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡平臺，負責承擔基礎理論研究，組織力量研發(fā)突破CPS軟件、傳感器、移動終端設備等工具和裝備，推動重點行業(yè)企業(yè)的開發(fā)應用。
用標準引領信息網(wǎng)絡技術與工業(yè)融合。工業(yè)4.0戰(zhàn)略的關鍵是建立一個人、機器、資源互聯(lián)互通的網(wǎng)絡化社會，各種終端設備、應用軟件之間的數(shù)據(jù)信息交換、識別、處理、維護等必須基于一套標準化的體系。為了保障工業(yè)4.0的順利實現(xiàn)，德國把標準化排在八項行動中的第一位，同時建議在工業(yè)4.0平臺下成立一個工作小組，專門處理標準化和參考架構的問題。我們在推進信息網(wǎng)絡技術與工業(yè)企業(yè)深度融合的具體實踐中，也應高度重視發(fā)揮標準化工作在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的引領作用，及時制定出臺“兩化深度融合”標準化路線圖，引導企業(yè)推進信息化建設。同時，還要著力實現(xiàn)標準的國際化，使得中國制定的標準得到國際上的廣泛采用，以奪取未來產(chǎn)業(yè)競爭的制高點和話語權。
