德國 “工業(yè)4．0”、信息化紅利及中國制造業(yè)的機(jī)遇

趙新平 黃春元 趙凱悅

“工業(yè)4．0”是德國工業(yè)和科研聯(lián)盟對其所提出的以智能制造為主要內(nèi)容戰(zhàn)略計劃的簡稱，它是指以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和服聯(lián)網(wǎng) （服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)，以下簡稱服聯(lián)網(wǎng)）為基礎(chǔ)組成網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng) （Cyber－Physical Systems，簡稱CPS，也有人稱之為信息物理系統(tǒng)），通過工業(yè)制造業(yè)與信息技術(shù)深度融合、生產(chǎn)制造全業(yè)務(wù)流程、產(chǎn)品全生命周期數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，實現(xiàn)制造業(yè)全價值鏈設(shè)備、設(shè)施、資源和人員之間的無縫網(wǎng)絡(luò)連接、動態(tài)實時信息交互、全業(yè)務(wù)流程與整個生產(chǎn)過程的自適應(yīng)管理。“工業(yè)4．0”可以有效提高資源生產(chǎn)力與使用效率，快速滿足客戶的個性化需求，同時為創(chuàng)造價值與創(chuàng)新商業(yè)模式提供新的途徑。研究德國 “工業(yè)4．0”，可以為中國制造業(yè)提供發(fā)展經(jīng)驗，有助于推進(jìn)中國制造業(yè)升級轉(zhuǎn)型。

一、德國 “工業(yè)4．0”戰(zhàn)略的主要內(nèi)容

為了搶占新一輪工業(yè)革命的先機(jī)，經(jīng)德國政府部門、學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動，德國工業(yè)和科研聯(lián)盟在2011年初發(fā)起 “工業(yè)4．0”戰(zhàn)略方案，在2012年10月2日向德國政府提出建議報告，并在2013年4月漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出 “工業(yè)4．0”項目研究成果。此項目是德國政府 《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來項目之一，旨在通過實施 “工業(yè)4．0”戰(zhàn)略，支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、服聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)制造中的深度融合及應(yīng)用，發(fā)揮德國制造業(yè)傳統(tǒng)優(yōu)勢，進(jìn)一步提高德國制造業(yè)核心競爭力，在新一代科技革命中實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級和蛻變，以期在與美、日、中等國家的競爭中保持優(yōu)勢地位。根據(jù) “工業(yè)4．0”工作組提交的最終報告 《保衛(wèi)德國制造產(chǎn)業(yè)的未來——關(guān)于實施戰(zhàn)略性創(chuàng)新 “工業(yè)4．0”的建議》，德國 “工業(yè)4．0”戰(zhàn)略的主要內(nèi)容可概括為，實現(xiàn)雙重戰(zhàn)略目標(biāo)、建設(shè)一個系統(tǒng)、聚焦兩大主題、實現(xiàn)三項集成、實施八項計劃。

（一）實現(xiàn)雙重戰(zhàn)略目標(biāo)

第一個目標(biāo)是通過制造業(yè)發(fā)展，創(chuàng)造一個全球領(lǐng)先的制造設(shè)備市場 （領(lǐng)先市場戰(zhàn)略）；第二個目標(biāo)是使德國制造設(shè)備產(chǎn)業(yè)成為全球領(lǐng)先的供應(yīng)商 （領(lǐng)先供應(yīng)商戰(zhàn)略）。通過推進(jìn) “領(lǐng)先市場戰(zhàn)略＋領(lǐng)先供應(yīng)商戰(zhàn)略”這一雙重戰(zhàn)略，“工業(yè)4．0”戰(zhàn)略的實施將為德國制造業(yè)發(fā)展提供巨大機(jī)遇。一方面通過在德國制造業(yè)工廠中全面推進(jìn)部署網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng)，為制造業(yè)創(chuàng)造出巨大的國內(nèi)市場需求，且通過該系統(tǒng)的部署大大提高生產(chǎn)效率，進(jìn)一步強(qiáng)化德國制造業(yè)；另一方面，通過持續(xù)不斷的網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)，為德國制造業(yè)設(shè)備技術(shù)和產(chǎn)品走向國際市場、擴(kuò)大出口，提供巨大機(jī)會。

（二）建設(shè)一個系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng) （也有人稱之為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)），是指在工廠制造設(shè)施、機(jī)器設(shè)備、儀器儀表、部件器件等各種物體中嵌入傳感器、微處理芯片，使之具有對物理方位、運動狀態(tài)、壓力、速度、溫度、電壓、振動等各種性狀的感知能力和信息收發(fā)能力，通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、服聯(lián)網(wǎng)所組成的統(tǒng)一集成的綜合網(wǎng)絡(luò)，工廠所有設(shè)備、資源、人員和管理系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接、相互通信，最終實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)空間與現(xiàn)實物理世界的無縫銜接與深度融合。網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng)可以將資源、信息、物體與人緊密聯(lián)系在一起，在人與人之間通信的同時，實現(xiàn)物與物、物與人、人與物、服務(wù)與服務(wù)、人與服務(wù)、服務(wù)與人、服務(wù)與物、物與服務(wù)之間實時通信，在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，創(chuàng)造出物聯(lián)網(wǎng)和服聯(lián)網(wǎng)，使生產(chǎn)工廠成為一個泛在、互聯(lián)的智能網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng)，是承載 “工業(yè)4．0”運行的重要基礎(chǔ)，它將為智能工廠及其業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)操作提供智能化網(wǎng)絡(luò)平臺支撐。平臺所提供的服務(wù)和應(yīng)用，將與人、物和系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)：基于系統(tǒng)軟件，通過快速和簡單的服務(wù)和應(yīng)用業(yè)務(wù)流程，實現(xiàn)靈活、快速響應(yīng)；通過業(yè)務(wù)應(yīng)用模型庫，使業(yè)務(wù)配置和流程部署簡單方便；可對整個業(yè)務(wù)流程進(jìn)行全面、安全和可信的實時數(shù)據(jù)傳輸；從傳感器一直到用戶界面，整個系統(tǒng)都具有可靠性、安全性和可信性；可支持移動終端設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)；在系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)互聯(lián)的機(jī)器，每臺機(jī)器的操作經(jīng)驗可以聚合，使得整個機(jī)器組合可以加速學(xué)習(xí)，機(jī)器之間在網(wǎng)絡(luò)上相互協(xié)作以提高運營效率，自動達(dá)到網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、運維優(yōu)化；支持企業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造、服務(wù)、分析和預(yù)測流程，實現(xiàn)跨越整個機(jī)組和網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器儀表的協(xié)同效應(yīng)。

（三）聚焦兩大主題：智能工廠和智能生產(chǎn)

第一，智能工廠是未來智能基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分，其重點是生產(chǎn)設(shè)備、制造系統(tǒng)及經(jīng)營決策智能化。智能工廠是 “工業(yè)4．0”的關(guān)鍵特征之一，具有管理日益增長的復(fù)雜性的能力、生產(chǎn)不易中斷、產(chǎn)品生產(chǎn)更具效率等重要特點。

智能工廠通過網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對工廠的人、財、物、信息等所有資源進(jìn)行信息化、可視化、智能化綜合集成管理，市場用戶各種創(chuàng)新性需求及創(chuàng)意將實時地傳送到企業(yè)研發(fā)設(shè)計部門，建立從市場需求、研發(fā)設(shè)計、采購供應(yīng)、生產(chǎn)制造、物流運輸?shù)接脩糁g的無縫實時信息集成，從而有效提高企業(yè)的市場反應(yīng)速度和產(chǎn)品開發(fā)速度。建立工廠總體設(shè)計、工程設(shè)計、工藝流程及布局系統(tǒng)模型，并可模擬仿真，實現(xiàn)各系統(tǒng)資源空間、時間、流程、投入及產(chǎn)出的最優(yōu)配置。建立智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)，機(jī)器設(shè)備、生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動采集，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)基于模型的智能控制和在線優(yōu)化。建立實時數(shù)據(jù)庫云平臺，并與制造控制系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通、綜合集成、信息共享及優(yōu)化管理。生產(chǎn)制造系統(tǒng)與企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)實現(xiàn)集成，生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)調(diào)度均建立數(shù)學(xué)模型，生產(chǎn)過程量化管理，成本、質(zhì)量動態(tài)跟蹤，生產(chǎn)制造模型化分析決策，原材料和產(chǎn)成品配送管理優(yōu)化，實現(xiàn)工廠經(jīng)營、管理和決策智能化。

在智能工廠，人、機(jī)器設(shè)備和資源能夠?qū)崿F(xiàn)實時互相交流。智能產(chǎn)品知道它們是如何制造的、將被如何使用等詳細(xì)情況，能夠主動支持制造流程，回答諸如 “我是什么時候生產(chǎn)的？”“加工我要用到哪些參數(shù)？”“我會被運送到哪里去？”等問題。在未來的智能工廠，可以應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界系統(tǒng)創(chuàng)造靈活和可重新配置的制造系統(tǒng)，制造系統(tǒng)將不固定也不會事先定義。取而代之的是應(yīng)用一套包括模型、數(shù)據(jù)、通信和算法等配置的可自定義的信息規(guī)則，在個案處理的基礎(chǔ)上，自動地為每一種情形建立特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使制造系統(tǒng)具備自組織、柔性、可重新配置功能，包括模塊化和可復(fù)用，實現(xiàn)個性化定制生產(chǎn)，替代傳統(tǒng)的固定式生產(chǎn)流程 （如生產(chǎn)流水線）。智能工廠需要三大關(guān)鍵要素，即智能設(shè)備、智能系統(tǒng)與智能決策。當(dāng)這三大關(guān)鍵要素與機(jī)器、設(shè)備、機(jī)組和系統(tǒng)集成在一起的時候，智能工廠的全部潛能就會噴發(fā)出來，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)價值鏈的轉(zhuǎn)型和新商業(yè)模式的涌現(xiàn)，生產(chǎn)效率提高、成本消耗降低和廢物排放減少所帶來的巨大潛力和效益將推動整個工業(yè)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)變革與躍升發(fā)展。

第二，智能生產(chǎn)，是指將人機(jī)互動、3D打印、工業(yè)機(jī)器人、智能物流配送等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于整個工業(yè)生產(chǎn)制造過程，從而進(jìn)行高度靈活、個性化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的生產(chǎn)制造。智能生產(chǎn)體現(xiàn)為以下幾個方面。

一是產(chǎn)品設(shè)計智能化。采用面向產(chǎn)品全生命周期、具有創(chuàng)意設(shè)計知識庫和模擬仿真技術(shù)支持的智能化設(shè)計系統(tǒng)，在圖形學(xué)、圖像學(xué)、數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)建模和優(yōu)化計算等技術(shù)支持下，在虛擬的數(shù)字環(huán)境里并行、協(xié)同地實現(xiàn)產(chǎn)品全數(shù)字化智能設(shè)計，結(jié)構(gòu)、性能、功能計算優(yōu)化與仿真，極大提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量和一次研發(fā)成功率。用戶可在線實時參與產(chǎn)品設(shè)計全過程，產(chǎn)品設(shè)計源源不斷地匯集全球用戶創(chuàng)意和智慧，實現(xiàn)實時雙向互動，極大地豐富創(chuàng)意創(chuàng)新理念，加快產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計創(chuàng)新進(jìn)程。二是加工制造智能化。采用計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)對設(shè)備運動和工作過程進(jìn)行控制，通過傳感、控制、信息處理、人工智能，實現(xiàn)智能編程、自適應(yīng)控制、機(jī)械幾何誤差補(bǔ)償、運動參數(shù)動態(tài)補(bǔ)償、故障監(jiān)控與診斷等，加工過程全面應(yīng)用仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實時檢測與自適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)、自我決策等智能化技術(shù)，大大提高各種制造工藝的精度和效率，大幅度提升整個制造業(yè)的工藝水平。三是流程管理智能化。在新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、生產(chǎn)計劃、制造、運營和物流等流程全面實現(xiàn)自動化智能化管理，在成本、可用性和資源消耗等最優(yōu)化基礎(chǔ)上，全產(chǎn)業(yè)價值鏈實現(xiàn)動態(tài)、實時自組織管理。

（四）實現(xiàn)三項集成：橫向集成、縱向集成與端對端集成

第一，貫穿價值網(wǎng)絡(luò)的橫向集成，是指覆蓋整個產(chǎn)業(yè)價值鏈 （包括企業(yè)內(nèi)部價值鏈＋企業(yè)間價值鏈）各環(huán)節(jié)的信息系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接、互聯(lián)互通、實時交互和管理控制。

在工廠內(nèi)，從進(jìn)廠物流、生產(chǎn)制造、出廠物流，到市場營銷等不同階段所涉及到的供、產(chǎn)、銷、人、財、物及業(yè)務(wù)計劃、生產(chǎn)操作流程、經(jīng)營管理決策等各種不同信息系統(tǒng)綜合集成，實現(xiàn)全價值鏈信息資源共享、資源配置調(diào)度調(diào)整、可交互操作、基于實時信息數(shù)據(jù)智能分析決策，大大提高工作效能和工作效率。組成整個產(chǎn)業(yè)鏈價值網(wǎng)絡(luò)的配套采購供應(yīng)、協(xié)作生產(chǎn)制造、市場銷售網(wǎng)絡(luò)、售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等各企業(yè)之間，基于商業(yè)發(fā)展和長期合作戰(zhàn)略，通過網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng)，實現(xiàn)信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)集成，建立互聯(lián)互通和信息共享機(jī)制，相關(guān)各企業(yè)間實現(xiàn)商業(yè)模式結(jié)合、資源整合和業(yè)務(wù)合作的無縫對接，業(yè)務(wù)流程、信息、人員、物料、資源等通過網(wǎng)絡(luò)實時交互，以促進(jìn)各關(guān)聯(lián)企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。通過橫向集成，提供跨企業(yè)價值鏈的端到端整體解決方案，發(fā)展企業(yè)間產(chǎn)業(yè)鏈和價值網(wǎng)絡(luò)。

第二，縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)，是指在技術(shù)架構(gòu)中的感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、應(yīng)用層等處于不同縱向?qū)哟蔚脑O(shè)備及系統(tǒng)，如致動器、傳感器、通信控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫云平臺、制造操作系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)及公司規(guī)劃決策系統(tǒng)等，通過網(wǎng)絡(luò)間端到端集成，實現(xiàn)互聯(lián)互通、交互操作和管理控制。

第三，跨越整個價值鏈的端到端工程化數(shù)字集成，是指通過部署網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng)，實現(xiàn)從消費者產(chǎn)品需求，到完成生產(chǎn)制造最終產(chǎn)品并交付的全流程各個環(huán)節(jié)全覆蓋，應(yīng)用數(shù)字化、建模方法，使得用戶的所有需求信息和各程序之間的相互依存關(guān)系在一個端到端工程工具鏈中得到標(biāo)準(zhǔn)化、準(zhǔn)確、清晰、數(shù)字化高效地描述、確認(rèn)和傳遞，使得最終完成制造并輸出的結(jié)果，和最初輸入的需求完全吻合，而不發(fā)生任何偏差或誤解。制造系統(tǒng)基于相同的范式實現(xiàn)并行開發(fā)，與產(chǎn)品開發(fā)同步開展，使得生產(chǎn)個性化定制成為可行。顧客不再從由制造商事先定義好的特殊商品中去選擇，取而代之的是顧客能夠通過混合和匹配不同的個性化功能和部件來滿足他們的特殊需求。由此產(chǎn)生的潛在的益處是，更大的市場和更高的客戶滿意度會產(chǎn)生更大的銷售規(guī)模；價值鏈數(shù)字化端到端集成可以大幅度降低內(nèi)部運營成本。

（五）實施八項計劃

“工業(yè)4．0”是一項復(fù)雜的包含若干個有部分重疊區(qū)域的創(chuàng)新性計劃，共包含以下八個方面的實施計劃。

第一，開發(fā)共同的標(biāo)準(zhǔn)和公開標(biāo)準(zhǔn)參考架構(gòu)。要實現(xiàn) “工業(yè)4．0”，需要就工業(yè)控制、人、物、服務(wù)及其相互間通信、工程、建模、信息安全、設(shè)備集成、數(shù)字工廠等，開發(fā)出一套統(tǒng)一、共同承認(rèn)并使用的標(biāo)準(zhǔn)，不同公司間的網(wǎng)絡(luò)連接和集成才會成為可能。標(biāo)準(zhǔn)必須聚焦于保證合作機(jī)制和信息交換。參考結(jié)構(gòu)應(yīng)用于所有合作伙伴企業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)的通用模型，它以軟件應(yīng)用和軟件服務(wù)的形式，為與 “工業(yè)4．0”有關(guān)的技術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化、開發(fā)、集成和運營提供框架。相互合作的各伙伴之間，需要從創(chuàng)造相互信任的角度采取共同措施，建立相互理解，確定共同分享的目標(biāo)、利益、風(fēng)險和實施策略，就基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)規(guī)則、接口和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成一致，并逐步發(fā)展成為國際標(biāo)準(zhǔn)。

第二，開發(fā)管理復(fù)雜性的系統(tǒng)。不斷增加的功能、產(chǎn)品客戶化定制、動態(tài)化交付需求、不同技術(shù)學(xué)科和不同組織間的集成，以及不同企業(yè)間不斷變化的合作方式，使得產(chǎn)品和它們相關(guān)的制造系統(tǒng)正變得越來越復(fù)雜。適當(dāng)?shù)挠媱澬阅Ｐ秃徒忉屝阅Ｐ涂梢詾楣芾砣遮厪?fù)雜的產(chǎn)品和制造系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。模型是管理復(fù)雜性系統(tǒng)的重要手段，在 “工業(yè)4．0”背景下具有極端重要性。虛擬數(shù)字世界通過模型對現(xiàn)實物理世界的設(shè)計發(fā)揮著重要影響，同時現(xiàn)實世界也通過解釋性模型影響著虛擬世界應(yīng)用的模型。模型可通過計算機(jī)執(zhí)行，允許計算機(jī)接管日常的工程任務(wù)，如執(zhí)行計算或其它重復(fù)性工作。模型允許體力活動自動化，使虛擬世界能夠執(zhí)行以前由現(xiàn)實世界操作的活動?？梢栽谙到y(tǒng)上通過仿真，實現(xiàn)早期的差錯檢測或早期需求驗證，減少項目風(fēng)險，并提供解決方案，以滿足需求。描述現(xiàn)實世界相互作用和行為的解釋性模型，不僅在開發(fā)和設(shè)計階段用作驗證目的，在未來，它們將主要部署在生產(chǎn)階段，用作檢查生產(chǎn)是否順利運行，檢測磨損，而不用中斷生產(chǎn)，或預(yù)告部件故障和其它中斷。

第三，建設(shè)一套綜合的工業(yè)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施?？煽俊⑷?、高品質(zhì)的通信網(wǎng)絡(luò)是 “工業(yè)4．0”的一個關(guān)鍵要求。需要大規(guī)模建設(shè)寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，使它能夠提供超高容量、更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)交換。高運營可靠性和數(shù)據(jù)連接穩(wěn)定性對機(jī)械工程和自動化工程應(yīng)用至關(guān)重要。對大量用戶來說，寬帶網(wǎng)絡(luò)設(shè)施要具有簡單性、可擴(kuò)展性、實時性、安全性、可用性和用戶可支付得起。

第四，安全和安保是 “工業(yè)4．0”成功的關(guān)鍵要素。在確保生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品本身不能對人和環(huán)境構(gòu)成威脅 （安全）的同時，對生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品，特別是數(shù)據(jù)和它們包含的知識產(chǎn)權(quán)，要防止濫用及未經(jīng)授權(quán)的接入 （安保）。“工業(yè)4．0”基于網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的制造系統(tǒng)涉及高網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，承載著大量人員、信息系統(tǒng)、自組織部件和設(shè)備，還涉及大量跨價值鏈操作者。技術(shù)系統(tǒng)、元件具有自組織能力和自主操作性，它們之間的數(shù)據(jù)和信息交換，通常具有高容量的特點，對時間要求非常嚴(yán)格。安保設(shè)計是最為關(guān)鍵的設(shè)計準(zhǔn)則，需要設(shè)計和實施真實可信、可靠安全的信息技術(shù) （IT）安保策略、架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)，以便在這些高度網(wǎng)絡(luò)化、相互開放的各種各樣的元件、系統(tǒng)、資源和人員之間相互聯(lián)通、相互通信時，具有高度的可信性、集成性和穩(wěn)定可靠的接口。同時也需要提供一個適當(dāng)?shù)?、可信的和用戶支付得起的解決方案，在面對外部世界或不同制造商、不同操作者時，可以保護(hù)每一個制造商和操作者的數(shù)字化流程專有技術(shù)、知識產(chǎn)權(quán)和數(shù)據(jù)信息。需要采用集成安全和安保策略、結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)。采用從 “工業(yè)3．0”到 “工業(yè)4．0”遷移策略，使用可信的安全和安保解決方案，采用獨特的具有安全標(biāo)識的產(chǎn)品、流程和設(shè)備，加強(qiáng)安全和安保教育培訓(xùn)，在業(yè)務(wù)管理過程中確保安全和安保，保護(hù)產(chǎn)品，防止盜版。

第五，數(shù)字工業(yè)時代的工作組織和工作設(shè)計。隨著工作內(nèi)容、流程和環(huán)境的變化，由于開放性的增加，虛擬工作平臺和人—機(jī)、人—系統(tǒng)相互作用的不斷增加，員工的作用發(fā)生了巨大變化，員工在執(zhí)行和消化吸收技術(shù)創(chuàng)新方面扮演著重要角色，需要創(chuàng)新并擴(kuò)展智能化工作組織和員工技能，同時對管理工作也提出了新要求。人員工作內(nèi)容、流程和環(huán)境將發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變，為了實現(xiàn)對未來技術(shù)的成功集成，他們需要被智能化地嵌入進(jìn)創(chuàng)新性的社會組織 （在工作場所），對人的靈活性、工作時間管理、保健、人口變化和人的私生活將有巨大影響。因此，必須采用社會—技術(shù)方法，聚焦于在員工和覆蓋整個價值鏈的技術(shù)操作系統(tǒng)之間推進(jìn)智能化、自組織及相互合作，發(fā)展創(chuàng)新性工作組織、專業(yè)措施技術(shù)、軟件結(jié)構(gòu)，提供簡單、持續(xù)的方案。

第六，推進(jìn)專業(yè)培訓(xùn)和持續(xù)職業(yè)發(fā)展計劃?！肮I(yè)4．0”的實現(xiàn)，會產(chǎn)生勞動導(dǎo)向的社會—技術(shù)工廠和勞動系統(tǒng)。這反過來對職業(yè)化、技術(shù)培訓(xùn)和持續(xù)職業(yè)發(fā)展 （CPD）提出了新的挑戰(zhàn)。由于兩大趨勢的結(jié)果，“工業(yè)4．0”會顯著地改變工作和技能要求：首先，傳統(tǒng)制造流程以明確的勞動分工為特征，而未來將被嵌入到一個新的組織化、運營性結(jié)構(gòu)當(dāng)中，工人會賦予決策、合作、控制和服務(wù)支持功能；其次，他們必須在虛擬網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)實機(jī)器、工廠控制系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)之間進(jìn)行組織和相互協(xié)同。信息通信技術(shù)的匯聚，制造和自組織技術(shù)和軟件的發(fā)展，導(dǎo)致很多工作將具有更強(qiáng)技術(shù)性、組織化和社會性內(nèi)容。發(fā)展專業(yè)性成人教育將非常重要，有必要通過建立終身學(xué)習(xí)和持續(xù)職業(yè)發(fā)展計劃，幫助工人應(yīng)對來自工作和技能的新要求。

第七，建立新的監(jiān)管框架?！肮I(yè)4．0”的眾多創(chuàng)新將帶來諸如企業(yè)數(shù)據(jù)、個人隱私、權(quán)力責(zé)任、安全要求以及貿(mào)易限制等一系列新問題，因此需要建立規(guī)范的準(zhǔn)則、示范合同、接口協(xié)議、安全審計等監(jiān)管框架并采用適當(dāng)?shù)氖侄渭右员O(jiān)管。智能工廠企業(yè)數(shù)據(jù)顆粒度大大細(xì)化，數(shù)據(jù)量大幅度增加。商業(yè)模型不僅僅涉及單個企業(yè)，而是由數(shù)個企業(yè)的高度動態(tài)化的網(wǎng)絡(luò)和全新價值鏈所組成。數(shù)據(jù)由智能設(shè)備自主產(chǎn)生和傳輸，這些數(shù)據(jù)不可避免地會跨越企業(yè)邊界。這樣就會產(chǎn)生特定風(fēng)險，不同企業(yè)間最初為合作制造和物流活動，如果與其它數(shù)據(jù)一起閱讀，為第三方提供合作伙伴的敏感信息，就會讓他們了解其他企業(yè)的商業(yè)策略?，F(xiàn)行公司數(shù)據(jù)的保護(hù)管理并能不防范這些危險，需要將數(shù)據(jù)區(qū)分為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)或商業(yè)機(jī)密。員工和網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng)之間大量增加的交互通信，使系統(tǒng)會記錄下員工的位置、生命體征或工作質(zhì)量等大量信息。需要采用包括監(jiān)管、技術(shù)和政策措施在內(nèi)等綜合監(jiān)管方式。必須建立監(jiān)管規(guī)則，可信的信息只能通過合法方式取得，如得到所有者的許可才可用于其它用途。加強(qiáng)保密技術(shù)管理，確?？蛻艉途W(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng)通信的可信度和完整性，是十分必要的。使用、銷售、進(jìn)口和出品加密產(chǎn)品，必須得到合法授權(quán)許可。

第八，提高資源生產(chǎn)力及利用效率。制造業(yè)是工業(yè)化國家最大的原材料消耗產(chǎn)業(yè)，同時也是主要的能源和電力消耗產(chǎn)業(yè)。因此，需要考慮和評估原材料、能源和資源的大量消耗給環(huán)境和安全所帶來的諸多風(fēng)險。需要將綠色生產(chǎn)國內(nèi)生產(chǎn)總值 （GDP）作為關(guān)鍵績效指標(biāo) （KPI）納入考核，計算和平衡使用網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng)需要增加和可能節(jié)約的資源。“工業(yè)4．0”提供了在個案優(yōu)化的基礎(chǔ)上促進(jìn)總體最優(yōu)化交付的機(jī)會，從而達(dá)到提高資源生產(chǎn)力和效率的目標(biāo)?；诩庸ぁ⒅圃?、生產(chǎn)控制、公司內(nèi)部物流、采購和分銷物流等消耗的所有資源，重點是通過智能化，防止不穩(wěn)定流程導(dǎo)致的需要修理或重新生產(chǎn)等質(zhì)量問題，提高資源生產(chǎn)力，同時通過人、機(jī)器設(shè)備、控制系統(tǒng)之間的有機(jī)銜接、實時配合，減少等待、閑置和操作中斷，提高資源使用效率。

上述八項計劃，是 “工業(yè)4．0”得以實現(xiàn)的基本保障。在 “工業(yè)4．0”模式下，未來工業(yè)將具有以下顯著特點：生產(chǎn)由集中向分散轉(zhuǎn)變，規(guī)模效應(yīng)不再是工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素；產(chǎn)品由趨同向個性化轉(zhuǎn)變，未來產(chǎn)品都將完全按照消費者個人意愿進(jìn)行自動化、個性化的單件制造；用戶由部分參與向全程參與生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，用戶不僅出現(xiàn)在生產(chǎn)流程的兩端，而且廣泛、實時參與生產(chǎn)和價值創(chuàng)造的全過程。

（六）推進(jìn)實施 “工業(yè)4．0”的路徑

要實現(xiàn) “工業(yè)4．0”的目標(biāo)，成功的關(guān)鍵是要建立可操作的參考架構(gòu)。需要采用跨學(xué)科的方式，由工程師、IT專家、心理學(xué)家、人體工程學(xué)家、社會學(xué)家和職業(yè)科學(xué)家、醫(yī)生和設(shè)計師等組建專家小組。未來研究的重點是調(diào)查和開發(fā)可充分描述的、可管理的、對內(nèi)容敏感的、可控制的或自我管理的制造系統(tǒng)。從長期來說，需要研究開發(fā)模塊化的網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng)和相應(yīng)種類的部件，成為每個典型智能工廠的關(guān)鍵特征。這些技術(shù)驅(qū)動的研究，聚焦于制造系統(tǒng)應(yīng)用，需要開展企業(yè)間、部門間跨學(xué)科合作，特別是需要中小機(jī)械設(shè)備廠商廣泛參與，并使之成為戰(zhàn)略性的推動者，使產(chǎn)業(yè)能夠更加快捷地對市場需求作出反應(yīng)，同時創(chuàng)立作為廣泛領(lǐng)域新產(chǎn)品、服務(wù)和業(yè)務(wù)模型的領(lǐng)先供應(yīng)商的地位。

“工業(yè)4．0”這一理念已得到了積極反饋，其目標(biāo)已十分明確。但要真正實現(xiàn)這一目標(biāo)，還有很長的路要走。德國政府對 “工業(yè)4．0”高度重視，對相關(guān)科技專項給予資金資助，政府出面組織推進(jìn)大學(xué)、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)協(xié)作，政府根據(jù)研發(fā)進(jìn)度撥付資金，政府出面在全社會推廣應(yīng)用 “工業(yè)4．0”相關(guān)技術(shù)研發(fā)成果，最大限度發(fā)揮公共效應(yīng)，促進(jìn)全社會技術(shù)進(jìn)步。為了進(jìn)一步加大對 “工業(yè)4．0”的推進(jìn)力度，德國政府已于最近決定，由聯(lián)邦政府出面強(qiáng)力組織牽頭推進(jìn) “工業(yè)4．0”的相關(guān)工作。德國企業(yè)對 “工業(yè)4．0”也非常重視，預(yù)計2015年德國各行業(yè)企業(yè)對 “工業(yè)4．0”中信息通信技術(shù)的投資將達(dá)到6．5億歐元，比2014年增加54%，2020年此項投入預(yù)計將達(dá)100多億歐元。

二、“工業(yè)4．0”的特征、實質(zhì)與信息化紅利

（一）“工業(yè)4．0”的基本特征

從 “工業(yè)4．0”的基本內(nèi)容可以看出，它具有以下幾個顯著特點：

第一，數(shù)字化。數(shù)字化是 “工業(yè)4．0”的基礎(chǔ)。通過信息、軟件技術(shù)，將客戶、供應(yīng)商、物料、產(chǎn)品、設(shè)備、人員的各種特征，工廠研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理等各種行為、過程、結(jié)果，以及生產(chǎn)設(shè)施、機(jī)器設(shè)備、儀器儀表、部件組件等的空間位置、溫度、電壓、運動狀態(tài)、力度、角度、方向、路徑等特征變量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢宰R別、度量、運算的電子化、標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)信息，輸入計算機(jī)后，通過應(yīng)用軟件進(jìn)行統(tǒng)一記錄、存儲、管理、應(yīng)用，為規(guī)劃設(shè)計、加工生產(chǎn)、經(jīng)營決策等提供依據(jù)，并可根據(jù)所授權(quán)限進(jìn)行處理、傳輸，發(fā)出、接受、操作指令，進(jìn)行加工生產(chǎn)、操作應(yīng)用。數(shù)字化是信息化的起點和關(guān)鍵，通過數(shù)字化，將各種行為、狀態(tài)、特征等轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔ⅲ怪子谧R別、可以記錄、方便傳輸、存儲、運算、模擬、仿真，為后續(xù)的各種信息化操作提供基礎(chǔ)和依據(jù)，而且可根據(jù)需要選擇細(xì)化信息的顆粒度及其量級，為精細(xì)化操作、運營管理提供依據(jù)，大大提高加工工藝和產(chǎn)品的精度、質(zhì)量和工作效率。

第二，自動化。自動化是 “工業(yè)4．0”的基本特征。通過信息、數(shù)字化、軟件、模型等技術(shù)，可以將研發(fā)設(shè)計、加工生產(chǎn)、檢測檢驗、經(jīng)營管理流程等各種操作實現(xiàn)數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化，使機(jī)器設(shè)備、生產(chǎn)制造系統(tǒng)或操作管理過程可以在沒有人或較少人直接參與下，按照人的要求、指令，進(jìn)行自動化運作、檢測、相互通訊、信息處理、分析判斷，資源自動化配置、調(diào)整和自組織，從而實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。將完善的感知系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和管理控制系統(tǒng)與機(jī)器設(shè)備結(jié)合起來，組成高效可靠的自動化柔性生產(chǎn)線，將實現(xiàn)自動化柔性、敏捷制造。由信息化支撐的自動化技術(shù)，把人從繁重、簡單重復(fù)的體力勞動、普通腦力勞動以及惡劣、危險、單調(diào)的工作環(huán)境中解放出來，使人可以從事更有價值的創(chuàng)造性勞動，大大提高工作的可靠性、安全性、價值含量和勞動生產(chǎn)率。

第三，網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)化是 “工業(yè)4．0”得以運行的重要依托。利用信息通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把分布在不同地點的計算機(jī)、生產(chǎn)設(shè)備、電子終端、人員等各類主體，按照一定的協(xié)議，實現(xiàn)任何時間、任何地點、任何主體間的相互通信，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和服聯(lián)網(wǎng)疊加的一體化網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)造出與現(xiàn)實物理世界相對應(yīng)的虛擬網(wǎng)絡(luò)空間，實現(xiàn)整個社會人員、設(shè)備、設(shè)施、物料、產(chǎn)品、服務(wù)等全面泛在、互聯(lián)互通，能夠按照權(quán)限分享軟件、硬件、功能、數(shù)據(jù)信息、資源、能源，進(jìn)行信息交流、業(yè)務(wù)操作和管理控制。通過網(wǎng)絡(luò)化，可以克服空間、時間、個體能力等局限，實現(xiàn)社會結(jié)構(gòu)的徹底扁平化、組織的無邊界、時空的一體化，利用網(wǎng)絡(luò)方便地進(jìn)行信息交流、知識管理、業(yè)務(wù)操作、經(jīng)營管理和電子商務(wù)等各種活動，使網(wǎng)絡(luò)成為聯(lián)結(jié)彼此的全球性社會神經(jīng)系統(tǒng)和創(chuàng)新的虛擬社會載體，大大降低信息交流、知識傳播、市場拓展、業(yè)務(wù)操作等成本，大大提高操作效率。

第四，集成化。前文已提到，橫向集成、縱向集成和端到端工程化數(shù)字集成是 “工業(yè)4．0”的重要內(nèi)容。利用信息技術(shù)、軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)對管理、控制不同生產(chǎn)設(shè)施、機(jī)器設(shè)備、部件組件、生產(chǎn)物料、能源、資源、人員等信息系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間無縫聯(lián)接、集成整合，使組成產(chǎn)業(yè)價值鏈的采購供應(yīng)、研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、銷售服務(wù)等不同企業(yè)實現(xiàn)集成整合，從而實現(xiàn)信息互通、資源共享、綜合應(yīng)用，將信息轉(zhuǎn)變成知識，將信息轉(zhuǎn)化成資源，利用信息創(chuàng)造價值，通過標(biāo)準(zhǔn)化、互聯(lián)互通，實現(xiàn)集成共享、綜合應(yīng)用，大大提高信息的獲取效率、綜合利用率、業(yè)務(wù)操作效率和經(jīng)營決策效率，降低業(yè)務(wù)成本。

第五，智能化。智能化是 “工業(yè)4．0”與其它幾次產(chǎn)業(yè)革命相比最突出的、獨有的本質(zhì)特征。機(jī)器設(shè)備、儀器儀表、制造系統(tǒng)、生產(chǎn)線、物流倉儲、工廠設(shè)施，以現(xiàn)代信息通信、傳感、定位、生物、人工智能、軟件等技術(shù)為基礎(chǔ)實現(xiàn)智能化，通過數(shù)學(xué)建模等方法模擬人類智慧，實現(xiàn)人類各種操作行為、管理和控制行為，對業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)進(jìn)行自動智能分析，挖掘出有價值的信息、知識，通過自我學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗，同時將專家的知識不斷融入制造過程以實現(xiàn)制造裝備智能化、設(shè)計過程智能化和制造過程智能化，使制造過程具有更完善的科學(xué)判斷與自適應(yīng)能力，成為具有價值創(chuàng)造力的智慧，使得功能模擬、網(wǎng)絡(luò)仿真、同步工程、虛擬現(xiàn)實成為可能，從而大大提高研發(fā)設(shè)計、加工制造、物流操作、售后運維等自動化程度及智能化水平，大大減少差錯、失誤和質(zhì)量問題，大大提高工作的精度、速度、成效和效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，顯著減少制造過程物耗、能耗和排放。

從以上 “工業(yè)4．0”的特征可以看出，數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化，都是以信息技術(shù)為基礎(chǔ)、都是信息技術(shù)的深度融合應(yīng)用、都是信息技術(shù)的重要內(nèi)容和表現(xiàn)形式、都推動著信息技術(shù)進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展。

（二）“工業(yè)4．0”的實質(zhì)

18世紀(jì)蒸汽機(jī)的發(fā)明引發(fā)了第一次產(chǎn)業(yè)革命，推動實現(xiàn)從手工勞動向動力機(jī)器生產(chǎn)轉(zhuǎn)變的重大飛躍，使人類進(jìn)入到機(jī)械化時代。19世紀(jì)末至20世紀(jì)上半葉，電機(jī)的發(fā)明引發(fā)了第二次產(chǎn)業(yè)革命，使人類進(jìn)入了電氣化時代。20世紀(jì)下半葉，計算機(jī)的發(fā)明引發(fā)了第三次產(chǎn)業(yè)革命，使社會生產(chǎn)進(jìn)入到自動化時代?！肮I(yè)4．0”，以網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)制造業(yè)全產(chǎn)業(yè)價值鏈的數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化，實質(zhì)上是數(shù)字、自動化、信息網(wǎng)絡(luò)、智能等技術(shù)的革命性進(jìn)步及其與工業(yè)生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)的深度融合與廣泛應(yīng)用，從而推動工業(yè)迎來新的一次歷史性技術(shù)革命。因此，“工業(yè)4．0”，實際上是以工業(yè)制造產(chǎn)業(yè)全面深度信息化為基礎(chǔ)、以智能制造為主要內(nèi)容的第四次工業(yè)革命，人類將從此進(jìn)入智能化時代。

智能制造通過智能化感知、人機(jī)交互、決策和執(zhí)行，實現(xiàn)制造裝備、設(shè)計過程、制造過程智能化，因此，智能制造實際上是制造產(chǎn)業(yè)深度信息化的具體表現(xiàn)形式。制造業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化是新一輪工業(yè)革命的核心，也是工業(yè)化和信息化深度融合的必然結(jié)果，它將對優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、提高產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)力產(chǎn)生重要而積極的影響。

（三）信息化紅利

隨著計算機(jī)、信息通信、網(wǎng)絡(luò)和智能技術(shù)的飛速發(fā)展，人類社會邁入了深度信息化時代。信息與物質(zhì)、能源一樣，成為推動人類社會向前發(fā)展的三大資源之一。信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以其高度創(chuàng)新性、快速普及性、深入滲透性、強(qiáng)大的智能性和廣泛的外部經(jīng)濟(jì)性，是自第一次工業(yè)革命以來人類社會發(fā)展最強(qiáng)大的引擎，它已成為推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、加速技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)步的主導(dǎo)力量，并以前所未有的速度、廣度和深度向全社會全方位滲透，在世界范圍內(nèi)推進(jìn)人類生產(chǎn)方式、生活方式和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展格局發(fā)生深刻變革。

從社會進(jìn)化的角度看，信息化是工業(yè)社會向信息社會發(fā)展進(jìn)步的過程。通過信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在社會各領(lǐng)域的深入融合應(yīng)用和信息資源開發(fā)利用，大大提高社會經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的生產(chǎn)效率和服務(wù)質(zhì)量。從生產(chǎn)力的角度看，信息資源 （信息、知識、智慧）是繼勞動力、資本、自然資源、技術(shù)之后，內(nèi)生為新的基本生產(chǎn)要素。信息通信、傳感、網(wǎng)絡(luò)、智能化等技術(shù)成為新的生產(chǎn)手段和工具，通過信息化，形成一種全新的生產(chǎn)函數(shù)。信息化，通過信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)深入應(yīng)用，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)的自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化，實現(xiàn)信息資源的深度挖掘生產(chǎn)、實時高度共享和全面集成應(yīng)用，大大提高經(jīng)營管理活動信息采集、傳輸和應(yīng)用的能力和效率，大大提高產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營管理效率，創(chuàng)造出一種全新的生產(chǎn)力。因此，信息化的實質(zhì)是由信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其衍生形態(tài)所引發(fā)的社會生產(chǎn)力變革。由于信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深入應(yīng)用，社會經(jīng)濟(jì)中產(chǎn)生了信息這一全新的生產(chǎn)要素、網(wǎng)絡(luò)這一革命性的連接方式、智能化這一智慧工具，通過綜合集成，推進(jìn)各生產(chǎn)要素組合方式發(fā)生創(chuàng)新變革，創(chuàng)造出全新的生產(chǎn)函數(shù)，引發(fā)新一輪產(chǎn)業(yè)革命，并帶動整個經(jīng)濟(jì)社會管理方式發(fā)生變革。

通過網(wǎng)絡(luò)，信息具有低成本快速傳播、無限制快速復(fù)制、無損失廣泛共享等特點，具有很強(qiáng)的外部經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。集成了數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等特點的各種信息化技術(shù)及信息資源作為新的生產(chǎn)要素，從價值傳遞環(huán)節(jié)迅速向產(chǎn)業(yè)價值創(chuàng)造環(huán)節(jié)全方位深入滲透、快速擴(kuò)展，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)商業(yè)模式創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)價值鏈重構(gòu)，促進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)生產(chǎn)效率大大提高，制造成本、管理成本和交易成本大大降低，資源能源大大節(jié)約，產(chǎn)生替代勞動力、資源、能源、資本等效應(yīng)，改變了邊際成本遞增和邊際效益遞減的傳統(tǒng)增長方式，具有顯著的邊際成本遞減和邊際效益遞增效應(yīng)，匯聚成全新的信息化增長效應(yīng)，有力地推進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長方式的革命性變化，從而對相關(guān)企業(yè)、產(chǎn)業(yè)、乃至整個社會經(jīng)濟(jì)帶來的加速增長效應(yīng)，我們把深度信息化所帶來的這種增長效應(yīng)稱之為信息化紅利?？梢?，信息化紅利，是由于信息化對經(jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來的加速增長效應(yīng)。而 “工業(yè)4．0”，則是信息化在工業(yè)制造領(lǐng)域的深度融合和應(yīng)用，它將通過激發(fā)信息化紅利，推動工業(yè)新一輪產(chǎn)業(yè)革命，并將帶來工業(yè)制造業(yè)的加速增長。信息化紅利，將是繼人口紅利、改革紅利之后，推動社會經(jīng)濟(jì)增長的重要力量。如果引導(dǎo)、推動得當(dāng)，將有效緩解人口紅利消失之后勞動力短缺問題，通過推進(jìn)自動化、智能化，替代勞動力，減少勞動力使用量。信息化紅利，將推動包括工業(yè)制造業(yè)在內(nèi)的全社會各產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級、商業(yè)模式和管理方式創(chuàng)新，大大減少資源能源消耗，推進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)綠色節(jié)能、低碳發(fā)展。可以通過工業(yè)產(chǎn)業(yè)信息化程度超過全社會平均信息化程度而帶來的增加值增長速度，超過全社會平均增長速度的程度，來衡量信息化紅利對經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)。

三、“工業(yè)4．0”給中國制造業(yè)帶來的機(jī)遇及推進(jìn)智能制造的建議

（一）中國在智能制造方面存在的主要問題

中國裝備制造業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值已位居世界首位，但在技術(shù)水平上與先進(jìn)國家相比還有較大差距，制造業(yè)大而不強(qiáng)。中國智能制造還存在不少需要改進(jìn)的問題：創(chuàng)新體系不完善，技術(shù)研發(fā)投入占營業(yè)收入比例低，自主創(chuàng)新能力弱，基礎(chǔ)支撐技術(shù)薄弱，新型傳感器、工業(yè)控制系統(tǒng)、高性能液壓元件與氣動元件、高速精密軸承等關(guān)鍵技術(shù)和核心裝備對外依存度高，“空心化”問題突出；設(shè)備檔次不高，缺乏世界知名品牌；資源、能源消耗巨大，利用效率低，環(huán)境污染問題非常嚴(yán)重；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)品附加值低，高端裝備制造業(yè)和生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后，智能化高端系統(tǒng)軟件產(chǎn)品缺失；信息化水平不高且與工業(yè)化融合深度不夠；協(xié)同推進(jìn)國家智能制造進(jìn)程的體制機(jī)制還很不完善，還未形成良性互動、可持續(xù)發(fā)展的工作推進(jìn)機(jī)制。要推進(jìn)中國從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變，必須著力解決以上問題。

（二）“工業(yè)4．0”給中國制造業(yè)帶來的機(jī)遇

“工業(yè)4．0”，對中國來說是，既是挑戰(zhàn)，也是機(jī)遇。中國的現(xiàn)代化與西方發(fā)達(dá)國家有很大不同。西方國家的現(xiàn)代化是一個 “串聯(lián)式”的發(fā)展過程，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、信息化順序發(fā)展，比如德國已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)1．0、2．0、3．0，正在向 “工業(yè)4．0”邁進(jìn)。而中國作為新興發(fā)展中國家，各區(qū)域間發(fā)展很不平衡，存在著工業(yè)1．0、工業(yè)2．0、工業(yè)3．0同時 “并聯(lián)式”發(fā)展的狀況，工業(yè)正在進(jìn)行著由工業(yè)1．0到2．0、工業(yè)2．0到3．0的跨越?！肮I(yè)4．0”給中國制造業(yè)帶來良好發(fā)展機(jī)遇。中國可以發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、工業(yè)化、信息化同步發(fā)展，也就是工業(yè)2．0、3．0、4．0“并聯(lián)式”同步發(fā)展，從而實現(xiàn)跨越式發(fā)展，同時可以利用 “工業(yè)4．0”中的新方法、新技術(shù)更好地解決在發(fā)展工業(yè)2．0、3．0中遇到的問題，在比較短的時間內(nèi)追趕發(fā)達(dá)國家，這將大大加快中國工業(yè)現(xiàn)代化、信息化的進(jìn)程?！肮I(yè)4．0”將給中國制造業(yè)發(fā)展帶來幾大機(jī)遇。

第一，推進(jìn)傳統(tǒng)工業(yè)制造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的機(jī)遇。目前，中國的鋼鐵、家電、水泥等眾多傳統(tǒng)工業(yè)制造業(yè)處于全球產(chǎn)業(yè)鏈低端、產(chǎn)能嚴(yán)重過剩、資源消耗巨大、環(huán)境污染嚴(yán)重、產(chǎn)業(yè)增加值低。利用 “工業(yè)4．0”的機(jī)會，加快推進(jìn)制造智能化，將促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新和經(jīng)營管理創(chuàng)新，實現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的自動化信息化網(wǎng)絡(luò)化智能化，大大降低資源能源消耗和生產(chǎn)制造成本，大大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)業(yè)增加值，推進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)從價值鏈低端向價值鏈高端的躍升，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新發(fā)展。

第二，發(fā)展智能設(shè)備、智能控制系統(tǒng)、智能管理系統(tǒng)等先進(jìn)智能制造業(yè)的機(jī)遇。目前，中國房地產(chǎn)、傳統(tǒng)制造業(yè)等支柱產(chǎn)業(yè)增長泛力，大眾消費等內(nèi)需嚴(yán)重不足，經(jīng)濟(jì)增長下行壓力巨大，急需培育新的經(jīng)濟(jì)增長點。以智能制造為主要內(nèi)容的 “工業(yè)4．0”的發(fā)展，為智能傳感器、智能芯片、智能化制造設(shè)備、智能制造工業(yè)控制系統(tǒng)、智能管理信息系統(tǒng)等先進(jìn)智能產(chǎn)品提供了廣闊市場，為中國發(fā)展智能制造產(chǎn)業(yè)提供了難得的機(jī)遇。中國可以充分發(fā)揮國內(nèi)市場容量巨大的天然優(yōu)勢，在加大力度推進(jìn)智能產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新、滿足國內(nèi)制造產(chǎn)業(yè)需要的同時，積極推進(jìn)智能制造產(chǎn)品向國際市場出口，使中國成為全球領(lǐng)先的、具有比較優(yōu)勢的全產(chǎn)業(yè)鏈智能制造產(chǎn)品供應(yīng)商。

第三，發(fā)展網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、服聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)安全和安保等新一代信息通信制造業(yè)的機(jī)遇?！肮I(yè)4．0”以制造業(yè)的深度信息化應(yīng)用為主要內(nèi)容，需要大量高質(zhì)量、高穩(wěn)定性、高安全性的自主可控、可信安全的具有核心技術(shù)的寬帶信息基礎(chǔ)設(shè)施、信息傳輸設(shè)備、云計算存儲設(shè)備、大數(shù)據(jù)分析軟件、智能分析軟件、網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)、容災(zāi)應(yīng)急設(shè)備等信息通信產(chǎn)品，為中國發(fā)展新一代信息通信制造業(yè)提供了良好發(fā)展機(jī)遇。

第四，推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)中心、設(shè)計中心、制造中心、運維服務(wù)中心等生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)發(fā)展的機(jī)遇。隨著 “工業(yè)4．0”的推進(jìn)、網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng)的廣泛覆蓋，可以推進(jìn)建設(shè)一批區(qū)域性國家智能制造研發(fā)中心、設(shè)計中心、制造中心、工程中心、運維服務(wù)中心、職業(yè)操作培訓(xùn)中心等生產(chǎn)性服務(wù)公共平臺，為包括廣大中小企業(yè)在內(nèi)的全社會各類主體提供研發(fā)、設(shè)計、制造、售后運維等資源的共享服務(wù)，既促進(jìn)智能制造業(yè)的發(fā)展，也推進(jìn)生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)的發(fā)展，還可通過泛在網(wǎng)絡(luò)，讓社會大眾參與創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)，發(fā)揮社會大眾的創(chuàng)新潛能，形成大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的生動局面。

（三）對中國推進(jìn)智能制造的建議

為了推進(jìn)工業(yè)化和信息化融全，促進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)智能化，中國先后制訂了一系列政策文件，并推出了中國版 “工業(yè)4．0”：《中國制造2025》，明確了發(fā)展智能制造的重點任務(wù)及路線圖，中國智能制造已然起步。為了加快中國制造業(yè)的智能化進(jìn)程，實現(xiàn)中國制造向中國 “智造”、由制造大國向制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，使中國制造業(yè)企業(yè)成為全球領(lǐng)先、具有核心競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力的智能裝備供應(yīng)商，特提出如下建議。

第一，加大政府在資金、稅收等方面對智能制造的政策支持力度。加大對智能制造國家科技重大專項研發(fā)創(chuàng)新的財政補(bǔ)貼資金規(guī)模；同時，可采用政府與社會資本合作（PPP）等方式，由政府每年投入一定量專項引導(dǎo)資金，并吸引全社會資本市場資金廣泛參與，組建國家級智能制造專項產(chǎn)業(yè)支持基金，支持智能制造各領(lǐng)域全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計、新產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化、企業(yè)孵化和產(chǎn)業(yè)培育；對智能制造業(yè)，給予稅收優(yōu)惠、政府采購等政策支持。

第二，匯集組織國家優(yōu)質(zhì)研發(fā)資源，對智能制造領(lǐng)域重大基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵器件、核心芯片、關(guān)鍵控制系統(tǒng)和共性核心技術(shù)等進(jìn)行聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)。由政府部門出面或委托行業(yè)協(xié)會牽頭，組織國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)、大學(xué)、企業(yè)等研發(fā)力量，組成若干個專業(yè)聯(lián)合團(tuán)隊，集中力量，分工合作，對智能傳感器、嵌入式工業(yè)控制芯片、智能儀器儀表、工業(yè)機(jī)器人、自動控制系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)、制造過程安全與安防技術(shù)等核心基礎(chǔ)產(chǎn)品、共性關(guān)鍵技術(shù)和重大技術(shù)裝備進(jìn)行聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，組織對國外已有技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合引進(jìn)、吸收、消化和創(chuàng)新，在一定范圍內(nèi)、通過一定的市場化機(jī)制，實現(xiàn)資源共用、成果共享，由政府出面組織在全社會推廣應(yīng)用，加快推動國內(nèi)智能制造重大關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展突破和產(chǎn)業(yè)成長進(jìn)步。在智能制造各相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，設(shè)立若干個區(qū)域性智能制造國家級研發(fā)中心、設(shè)計中心、制造中心，分別負(fù)責(zé)智能制造產(chǎn)品的研究開發(fā)、技術(shù)設(shè)計、機(jī)器裝備和模具的生產(chǎn)制造，并作為共享平臺，可吸引廣大中小企業(yè)廣泛參與，推進(jìn)全社會智能制造發(fā)展進(jìn)程。

第三，建立智能制造最佳實踐示范工程，努力與國際接軌。組織推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)空間—物理世界融合系統(tǒng)、智能制造等相關(guān)技術(shù)、接口國家標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作，建立智能制造最佳實踐示范工程，并向相關(guān)企業(yè)推廣應(yīng)用；積極參與智能制造相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)制訂進(jìn)程，增強(qiáng)國際話語權(quán)。

第四，組織智能制造業(yè)聯(lián)盟及專項工作組，具體組織推進(jìn)實施智能制造相關(guān)工作計劃。圍繞智能制造專項產(chǎn)業(yè)鏈，組織國內(nèi)重點支撐企業(yè)進(jìn)行研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)合作，支持中小企業(yè)積極參與智能制造業(yè)創(chuàng)新進(jìn)程，培育具有比較優(yōu)勢的國內(nèi)智能制造業(yè)生態(tài)鏈。

第五，積極推進(jìn)與德國、美國、日本等智能制造先進(jìn)國家國際交流合作。積極組織專項小組，以最小的代價有針對性地引進(jìn)消化吸收國外智能制造關(guān)鍵技術(shù)，在國內(nèi)推廣應(yīng)用促進(jìn)國內(nèi)智能制造技術(shù)進(jìn)步；組織收購兼并具有核心技術(shù)的國外智能制造中小企業(yè)，補(bǔ)充國內(nèi)智能制造產(chǎn)業(yè)鏈，加快中國智能制造業(yè)發(fā)展進(jìn)程。

1．P．K．Wright，D．A．Bourne：Manufacturing Intelligence，Addison－Wesley，1988．

2．Communication promoters group of the industry－science research alliance：Securing the future of German manufacturing industry：Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE4．0－Final report of the Industrie 4．0 Working Group，National academy of science and engineering，April 2013．

3．Germany National academy of science and engineering：Cyber－Physical Systems，Dec．2011．

4．美國通用電器公司：《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：突破智慧和機(jī)器的極限》，2012年11月。

5．Experton Group：《德國：預(yù)計109億歐元投入工業(yè)4．0》，中國工具信息網(wǎng)，2014年11月。

6．周濟(jì)：《創(chuàng)新驅(qū)動，轉(zhuǎn)型升級》，2014年7月。

7．邢煒：《信息化發(fā)展模式與推進(jìn)路徑淺析》，《宏觀經(jīng)濟(jì)管理》2014年第6期。

8．溫池洪： 《信息化對企業(yè)競爭能力的影響機(jī)理與信息化戰(zhàn)略選擇》，吉林大學(xué)博士學(xué)位論文2010年。

9．何霞：《新一代信息技術(shù)重構(gòu)傳統(tǒng)制造業(yè)制造鏈》，《人民郵電報》2014年3月3日。

10．張亞坤、向剛：《企業(yè)信息化效應(yīng)的研究文獻(xiàn)綜述》，《中國經(jīng)貿(mào)導(dǎo)刊》2010年第19期。