工业4.0

第四次工业革命

工业4.0（Industry 4.0）是基于工业发展的不同阶段作出的划分。按照共识，工业1.0是蒸汽机时代，工业2.0是电气化时代，工业3.0是信息化时代，工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代，也就是智能化时代。

成立背景

“工业4.0” 研究项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成，并已上升为国家级战略。德国联邦政府投入达2亿欧元。

德国政府提出“工业4.0”战略，并在2013年的汉诺威工业博览会上正式推出，其目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。该战略已经得到德国科研机构和产业界的广泛认同，弗劳恩霍夫协会将在其下属6－7个生产领域的研究所引入工业4.0概念，西门子公司已经开始将这一概念引入其工业软件开发和生产控制系统。

自2013年4月在汉诺威工业博览会上正式推出以来，工业4.0迅速成为德国的另一个标签，并在全球范围内引发了新一轮的工业转型竞赛。

2023年4月17日至21日，全球约4000家来自机械工程、电气和数字行业以及能源行业的企业参加了2023年汉诺威工业博览会。

项目内涵

“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，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。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。

“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、生产设备供应商和IT业务解决方案供应商的地位。”德国工程院院长孔翰宁(Henning Kagermann)教授如此评价工业4.0。

德国学术界和产业界认为，“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—信息物理系统（Cyber-Physical System)相结合的手段，将制造业向智能化转型。

“工业4.0”项目主要分为三大主题：

核心特征

“工业4.0”这一名称的含义是人类历史上的第四次工业革命。第一次工业革命是18世纪60年代至19世纪中期掀起的通过水力和蒸汽机实现的工厂机械化；第二次工业革命是19世纪后半期至20世纪初的电力广泛应用；第三次工业革命是20世纪后半期出现的、基于可编程逻辑控制器（PLC）的生产工艺自动化。工业4.0的定位是可与这些工业革命比肩的技术革新。

工业4.0的本质，就是通过数据流动自动化技术，从规模经济转向范围经济，以同质化规模化的成本，构建出异质化定制化的产业。对于产业结构改革，这是至关重要的作用。

工业4.0驱动新一轮工业革命，核心特征是互联。互联网技术降低了产销之间的信息不对称，加速两者之间的相互联系和反馈，因此，催生出消费者驱动的商业模式，而工业4.0是实现这一模式关键环节。工业4.0代表了“互联网+制造业”的智能生产，孕育大量的新型商业模式，真正能够实现“C2B2C”的商业模式。

对于即将到来的数据流动自动化趋势，世界主要制造强国的理解各有千秋。典型的就是通用电气（GE）公司推动的“工业互联网”，它更关注产品本身的智能化。

项目目标

德国制造业是世界上最具竞争力的制造业之一，在全球制造装备领域拥有领头羊的地位。这在很大程度上源于德国专注于创新工业科技产品的科研和开发，以及对复杂工业过程的管理。德国拥有强大的设备和车间制造工业，在世界信息技术领域拥有很高的能力水平，在嵌入式系统和自动化工程方面也有很专业的技术，这些因素共同奠定了德国在制造工程工业上的领军地位。

通过工业4.0战略的实施，德国将成为新一代工业生产技术（即信息物理系统）的供应国和主导市场，会使德国在继续保持国内制造业发展的前提下再次提升它的全球竞争力。在社会根本上，德国完善的民主法制和知识产权保护，是保障德国制造业健康发展的坚实后盾，更是降低社会生产成本、提升效率的真正利器。

面临的挑战

1．缺乏足够的技能来加快第四次工业革命的进程。

2．企业的信息技术部门有冗余的威胁。

3．利益相关者普遍不愿意改变。

关键点

工业4.0有一个关键点，就是“原材料（物质）”=“信息”。具体来讲，就是工厂内采购来的原材料，被“贴上”一个标签：这是给A客户生产的XX产品，XX项工艺中的原材料。准确来说，是智能工厂中使用了含有信息的“原材料”，实现了“原材料（物质）”=“信息”，制造业终将成为信息产业的一部分。

商业模式

商业模式对制造业来说至关重要。那么，在工业4.0时代，未来制造业的商业模式是什么?就是以解决顾客问题为主。所以说，未来制造企业将不仅仅进行硬件的销售，而是通过提供售后服务和其他后续服务，来获取更多的附加价值，这就是软性制造。而带有“信息”功能的系统成为硬件产品新的核心，意味着个性化需求、小批量定制制造将成为潮流。制造业的企业家们要在制造过程中尽可能多的增加产品附加价值，拓展更多、更丰富的服务，提出更好、更完善的解决方案，满足消费者的个性化需求，走软性制造+个性化定制道路。

工业4.0联盟

由德国“工业4.0”研究机构、中国相关院所和中德两国企业组成的青岛中德“工业4.0”推动联盟，2月9日在中国第11个国家级经济新区——青岛西海岸新区成立，成为中国首个“工业4.0”联盟。

2014年11月4日，中国首套工业4.0流水线在第十六届中国国际工业博览会上亮相。

青岛中德生态园管委主任赵士玉介绍说，青岛中德生态园作为中德两国共同建设的生态型、智能型、开放型利益共同体，中德“工业4.0”推动联盟在这里成立十分有意义。“工业4.0”是大数据革命、云计算、移动互联时代背景下，对企业进行智能化、工业化相结合的改进升级，是中国企业更好的提升和发展的一条重要途径。中德“工业4.0”联盟成立后，青岛西海岸新区将投入1亿元人民币对区域内部分企业进行试点，未来将逐步实现企业“工业4.0”升级。

发展现状

工业自动化是德国得以启动工业4.0的重要前提之一，主要是在机械制造和电气工程领域。当前在德国和国际制造业中广泛采用的“嵌入式系统”，正是将机械或电气部件完全嵌入到受控器件内部，是一种特定应用设计的专用计算机系统。数据显示，这种“嵌入式系统”每年获得的市场效益高达200亿欧元，而这个数字到2020年将提升至400亿欧元。

有专家预计，不断推广的工业4.0将为德国的一些机械和电气设备生产商，以及多家中小企业带来大量订单。

工业4.0是德国人提出的概念，认为制造业未来只能通过智能化的生产创造价值，即制造本身是创造价值的。而美国则提出工业互联网，以通用电气（GE）为代表，注重通过机器互联、软件及大数据分析，提升生产效率，创造数字工业的未来。

工业互联网生态系统的持续拓展基于Predix以及Predix.io两大基础。其中Predix是GE面向工业互联网的操作系统，而Predix.io支持第三方软件工程师在Predix上构建、部署并扩展工业互联网应用，并为此提供了安全可靠的开发环境。自从2月份Predix在美国推出以来，全球已有11000多名开发人员采用该平台进行应用开发。GE预计年底Predix在中国推出后会有更多开发者加入。

德国联邦贸易与投资署专家Jerome Hull在接受时代周报记者专访时表示，工业4.0是运用智能去创建更灵活的生产程序、支持制造业的革新以及更好地服务消费者，它代表着集中生产模式的转变。

Jerome Hull介绍：所谓的系统应用、智能生产工艺和工业制造，并不是简单的一种生产过程，而是产品和机器的沟通交流，产品来告诉机器该怎么做。生产智能化在未来是可行的，将工厂、产品和智能服务通联起来，将是全球在新的制造业时代一件非常正常的事情。

工业4.0是涉及诸多不同企业、部门和领域，以不同速度发展的渐进性过程，跨行业、跨部门的协作成为必然。同样是在2013年汉诺威工业博览会上，由德国机械设备制造业联合会（VDMA）、德国电气和电子工业联合会（ZVEI）以及德国信息技术、通讯、新媒体协会（BITKOM）三个专业协会共同建立的工业4.0平台正式成立。

2018年9月11日至13日，2018世界经济论坛东盟会议在越南首都河内举行。东盟及其他一些国家和地区官员、商业领袖等各界代表千余人出席。会议主题是“东盟4.0：企业家精神和第四次工业革命”，围绕这一主题，与会代表探讨了“工业4.0”为东盟国家带来的影响和机遇，激发企业和民众在第四次工业革命中的潜力和活力，以推进东盟共同体建设，促进东盟经济发展。

2021年5月，“十四五”开局之年，紧扣台州市提出建设“六个城市”新目标，路桥区组织实施“一区四城”战略，奋力争创社会主义现代化先行区。其中一“城”，就是打造工业4.0示范城。

2024年4月23日，中国国际经济交流中心副理事长、商务部原副部长魏建国表示，未来十年，全球第四次工业革命将会在中国发生，第四次工业革命的作用和影响力将远远超过前三次工业革命。

标准制定

根据德国DE杂志对该问题的解释，“安全”在这里有两层含义：一方面，人们所获取的数据必须可信的，另一方面他们必须具有安全防盗功能，可以免遭外部的窃取或损害，如黑客攻击、间谍。

“谁来保证安全的数据转换，这是主要的问题。包括政府、研究人员和企业在内的所有人员都同意，我们需要有新的标准来实际有效地执行新的解决方案。”Jerome Hull对时代周报记者说。

标准化的缺失实际上是德国工业4.0项目推行过程中所遭遇的另一个困难。设备不仅必须会说话，而且必须讲同一种语言，即通向数据终端的“接口”。

德国正致力成为这个标准的制定者和推广者。德国总理默克尔认为，德国可成为工业4.0标准的推动者，并在欧洲甚至全球推行这些标准。

德国官方并没有透露这些标准的相关内容，但据悉，标准的制定工作正在紧锣密鼓地进行当中。近日，工业4.0平台刚刚发布了一个工业数据空间，访问者可以通过该空间获取世界上所有工业的信息。这个空间有着统一的“接口”标准，并且允许所有人对其进行访问。

探索标准化的还有他人。事实是，为了应对去工业化、将物联网和智能服务引入制造业的国家并不止德国一个。尽管提法不同，但内容却类似，如美国的“先进制造业国家战略计划”、日本的“科技工业联盟”、英国的“工业2050战略”等。而中国制造业顶层设计—“中国制造2025”也已经在上半年推出。

2014年11月李克强总理访问德国期间，中德双方发表了《中德合作行动纲要：共塑创新》，宣布两国将开展工业4.0合作，该领域的合作有望成为中德未来产业合作的新方向。而借鉴德国工业4.0计划，是“中国制造2025”的既定方略。

德国联邦贸易与投资署中国事务专家Christina Otte在接受时代周报记者书面采访时认为，中国工业转型在中国转变经济增长模式的过程中扮演着重要角色。中国政府试图重新去平衡经济发展，即减少以投资和出口为基础的增长，寻求更多的来自内需驱动的增长。为了实现这一目标，中国需要实现工业现代化。

为了保持GDP在一个稳定的增长水平上，它需要从劳动密集型生产模式切换至高效的高科技生产模式。劳动力成本急剧上涨，并且在将来仍会继续扩大。中国将在不久的将来面临合格人才的短缺。从长期来看，只有那些进入高端制造业的企业才有机会留在市场里。这种由现代化所带来的压力将影响到中国几乎所有的行业，而工业自动化和新一代信息技术的集成是关键。

“德国的工业4.0可以为中国提供一种未来工业发展的模式，帮助中国解决眼下所面临的一些挑战，如资源和能源效益、城市生产和人口变化等。”Christina Otte说。

随着中国的加入，德国对工业4.0标准的制定或将加速。

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