工業(yè)4.0時(shí)代給中國企業(yè)創(chuàng)新帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

本文從工業(yè)4.0的起源以及工業(yè)4.0戰(zhàn)略實(shí)施入手，研究了工業(yè)4.0的內(nèi)涵及其關(guān)鍵要素?；谏鲜鲅芯窟M(jìn)一步明確其與工業(yè)3.0以及我國政府提出的“互聯(lián)網(wǎng)+”政策之間的差異。同時(shí)，本文調(diào)研了德國企業(yè)在工業(yè)4.0的背景下，有關(guān)企業(yè)的戰(zhàn)略、研發(fā)產(chǎn)品方向、智慧工廠建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)制定、工業(yè)4.0研發(fā)項(xiàng)目參與以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局的最新發(fā)展。根據(jù)上述調(diào)研，本文明確了在工業(yè)4.0背景下參與到工業(yè)4.0的四種主要的企業(yè)類型和發(fā)展方向及重點(diǎn)。同時(shí)，基于對(duì)于國內(nèi)企業(yè)的現(xiàn)狀研究，本文提出了在現(xiàn)狀下參考工業(yè)4.0中國企業(yè)未來的發(fā)展重點(diǎn)和需要開展的工作，以及政府在支撐企業(yè)發(fā)展過程中的角色定位和應(yīng)當(dāng)采取的措施的建議。

第一部分 工業(yè)4.0概況

一、工業(yè)4.0 的由來及要素組成

工業(yè)4.0的概念最早出現(xiàn)在2011年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)，德國人工智能研究中心董事兼行政總裁沃爾夫?qū)ね郀査固貭枺╓olfgang Wahlster）教授在開幕式中提到，要通過物聯(lián)網(wǎng)等媒介來推動(dòng)第四次工業(yè)革命，提高制造業(yè)水平。由此，工業(yè)4.0被譽(yù)為第四次工業(yè)革命。

在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)、西門子公司等學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的大力推動(dòng)下，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部于2013年將“工業(yè)4.0”項(xiàng)目納入了《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》的十大未來項(xiàng)目中，計(jì)劃投入2億歐元資金，支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，其目的在于奠定德國在關(guān)鍵技術(shù)上的國際領(lǐng)先地位，夯實(shí)德國作為技術(shù)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國的核心競(jìng)爭(zhēng)力。隨后，德國機(jī)械及制造商協(xié)會(huì)（VDMA）等設(shè)立了“工業(yè)4.0平臺(tái)”，德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)表了德國首個(gè)工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化路線圖。

2011年的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)的口號(hào)是“一體化工業(yè)”（Integrated Industry）和“智能效率”（Smart Efficiency）。

沃爾夫?qū)ね郀査固貭柼岢龅墓I(yè)4.0的主題是智慧工廠和智慧生產(chǎn)，同時(shí)提出工業(yè)4.0具有以下幾個(gè)要素：

①網(wǎng)絡(luò)安全為基礎(chǔ);

②數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化;

③產(chǎn)品信息存儲(chǔ)裝置（Product Memories）的大容量化;

④通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器、人與機(jī)器間的互聯(lián)互通以及自主智能控制的高級(jí)別需求;

⑤貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的端到端工程數(shù)字化集成。

二、解讀德國工業(yè)4.0 的戰(zhàn)略實(shí)施建議書

（一）德國工業(yè)4.0工作組與戰(zhàn)略實(shí)施建議書7

“工業(yè)4.0工作組”是在2011年底由工業(yè)科學(xué)調(diào)查聯(lián)盟（Industry-Science Research Alliance）的KOMMUNIKATION 促進(jìn)小組（Promoters group）著手組建。

2012年1月，由來自Robert-Bosch GmbH的Dr. Siegfried Dais和來自acatech - German Academy of Science and Engineering的Prof. Henning Kagermann主持的“工業(yè)4.0工作組”成立，其主要任務(wù)是起草關(guān)于工業(yè)4.0實(shí)施的戰(zhàn)略建議書。

2012年10月，該工業(yè)4.0工作組向德國聯(lián)邦政府提交了一份工業(yè)4.0戰(zhàn)略實(shí)施建議書。

2013年4月8日，在“漢諾威工業(yè)博覽會(huì)”上，最終的工業(yè)4.0戰(zhàn)略實(shí)施建議書——《保障德國制造業(yè)的未來——關(guān)于實(shí)施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》（Securing the future of German manufacturing industry——Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0）面世，除了Siegfried Dais和Henning Kagermann，這份報(bào)告的編撰也匯集了包括沃爾夫?qū)ね郀査固貭栐趦?nèi)的眾多專家。

（二）解讀工業(yè)4.0戰(zhàn)略實(shí)施建議書中的工業(yè)4.0的內(nèi)涵

工業(yè)4.0戰(zhàn)略實(shí)施建議書中的關(guān)于工業(yè)4.0的定義為：

由物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）和服務(wù)聯(lián)網(wǎng)（Internet of Services）所引領(lǐng)，最終會(huì)將機(jī)械、倉儲(chǔ)、產(chǎn)品等都納入信息物理系統(tǒng)中（Cyber-Physical Systems，簡(jiǎn)稱CPS），實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置、個(gè)性化生產(chǎn)、高度自動(dòng)化生產(chǎn)等效果。

信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System）就是指連接工業(yè)4.0中的各個(gè)要素，構(gòu)建交互網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界的融合。

工業(yè)4.0戰(zhàn)略實(shí)施建議書中的工業(yè)4.0中的關(guān)鍵要素主要包括：

CPS平臺(tái)：包括智能機(jī)器、儲(chǔ)存系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施，各個(gè)部分能夠相互獨(dú)立地自動(dòng)交換信息、觸發(fā)動(dòng)作和控制。

智慧工廠：主要關(guān)注智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)。

智慧電網(wǎng)等智能基礎(chǔ)設(shè)施：工業(yè)4.0生產(chǎn)的輔助設(shè)施，比如能源控制需求。

用戶端設(shè)施：用戶需求的采集與反饋，用戶的智能互動(dòng)、智能設(shè)計(jì)。

（三）工業(yè)4.0戰(zhàn)略實(shí)施建議書中的工業(yè)4.0的特征

1、信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems）

信息物理系統(tǒng)（CPS）是由工業(yè)生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)節(jié)點(diǎn)互相連接而構(gòu)建出的工業(yè)4.0生產(chǎn)系統(tǒng)，它連接著真實(shí)的物理世界與虛擬的網(wǎng)絡(luò)世界。CPS又可以進(jìn)一步的分為信息物理傳感器系統(tǒng)（CPSS）、信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)（CPPS）等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的相互作用與配合最終構(gòu)建成信息物理系統(tǒng)（CPS）。

2、工業(yè)4.0中的三項(xiàng)集成

工業(yè)4.0中的三項(xiàng)集成包括：橫向集成、縱向集成與端對(duì)端的集成。工業(yè)4.0將傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過CPS形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對(duì)端的高度集成。

①縱向集成：縱向集成就是解決企業(yè)內(nèi)部信息集成，解決信息網(wǎng)絡(luò)與物理設(shè)備之間的聯(lián)通問題。比如傳感器與執(zhí)行器、控制、生產(chǎn)管理等元素間的集成。

②橫向集成：橫向集成主要實(shí)現(xiàn)企業(yè)與企業(yè)之間、企業(yè)與產(chǎn)品之間的信息集成，將企業(yè)內(nèi)部的業(yè)務(wù)信息向企業(yè)以外的供應(yīng)商、經(jīng)銷商、用戶進(jìn)行延伸。

③端到端的集成：端對(duì)端集成是圍繞產(chǎn)品全生命周期，流程從一個(gè)端頭（點(diǎn)）到另外一個(gè)端頭（點(diǎn)），中間是連貫的，沒有斷點(diǎn)。端到端的集成即可以是內(nèi)部的縱向集成，也可以是外部的企業(yè)與企業(yè)之間的橫向集成。

通過以上三種集成方式，在CPS平臺(tái)的整合下，最終搭建出完整的工業(yè)4.0信息集成網(wǎng)絡(luò)。

三、工業(yè)4.0與其它概念的聯(lián)系與區(qū)別

（一）工業(yè)4.0與工業(yè)3.0 、工業(yè)2.0

工業(yè)4.0是繼工業(yè)1.0機(jī)器代替人工時(shí)代、工業(yè)2.0的流水線時(shí)代、工業(yè)3.0高度自動(dòng)化時(shí)代后的又一個(gè)新紀(jì)元的開始。

工業(yè)4.0與工業(yè)3.0 以及工業(yè)2.0 存在著聯(lián)系，但是也存在著本質(zhì)性區(qū)別，上述區(qū)別在不同層級(jí)和不同角度看有不同解讀。以下為通常的工業(yè)4.0與工業(yè)3.0 、工業(yè)2.0在上層、本層以及底層等各個(gè)層級(jí)方面的差異。

同時(shí)，不同企業(yè)在解讀工業(yè)4.0與工業(yè)3.0、工業(yè)2.0的差異時(shí)通常也會(huì)有不同。以下為西門子公司的解讀：

（二）工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”及中國制造

工業(yè)4.0是德國提出的對(duì)于未來工業(yè)發(fā)展方向的新的探索?？傮w上來講，工業(yè)4.0是基于物聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)一步基于物聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)的融合（CPS），實(shí)現(xiàn)集中式控制生產(chǎn)向分散式的自組織生產(chǎn)的智能生產(chǎn)的一種模式。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是由美國提出的對(duì)于未來工業(yè)發(fā)展方向的新的探索?？傮w來講，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更加注重軟件、網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)的融合，目的是實(shí)現(xiàn)通信控制和計(jì)算的集合。

從推動(dòng)力量上看，工業(yè)4.0是由德國工程院和德國西門子公司等自發(fā)聯(lián)合發(fā)起的。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是由美國通用電氣發(fā)起，并由ATT、思科、IBM以及英特爾成立的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟共同推廣的。二者均由企業(yè)層面主導(dǎo)和推動(dòng)，因此，企業(yè)對(duì)其具有一定的主動(dòng)性。

從實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)方法而言，工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)均基于互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，以打造智能化的體系為目標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)化和智能化是未來發(fā)展的主要方向。工業(yè)4.0提出利用信息化打造工廠和智能生產(chǎn)，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提出將工業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)階段進(jìn)行充分融合。

然而，二者的不同之處在于，德國企業(yè)提出的工業(yè)4.0偏重于生產(chǎn)制造的硬環(huán)節(jié)，而美國企業(yè)發(fā)起的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)偏重于軟環(huán)節(jié)，旨在形成開放的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，偏重于設(shè)計(jì)服務(wù)環(huán)節(jié)，注重物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備管理與服務(wù)性能的改善。在發(fā)展重點(diǎn)上，德國提出的工業(yè)4.0強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)過程的智能化，而美國倡導(dǎo)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)設(shè)備的智能化。

我國的“互聯(lián)網(wǎng)+”是2015年3月份的中國政府工作報(bào)告中提出的一種概念。其含義為“利用互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)，利用信息通信技術(shù)，把互聯(lián)網(wǎng)和包括傳統(tǒng)行業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)結(jié)合起來，在新的領(lǐng)域創(chuàng)造一種新的生態(tài)?！迸c工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不同的是，“互聯(lián)網(wǎng)+”本身并沒有強(qiáng)調(diào)對(duì)于工業(yè)發(fā)展方向的新探索?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”本身強(qiáng)調(diào)的是傳統(tǒng)行業(yè)（不限于工業(yè)，例如零售行業(yè)、交通行業(yè)等）如何利用互聯(lián)網(wǎng)工具實(shí)現(xiàn)高效率，其基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng)而非工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。“互聯(lián)網(wǎng)+”本身與生產(chǎn)過程的智能化和生產(chǎn)設(shè)備的智能化以及個(gè)性化定制的目標(biāo)達(dá)成之間尚且沒有直接的實(shí)現(xiàn)路徑。

《中國制造2025》則代表“中國版的工業(yè)4.0”的正式提出?！爸袊娴墓I(yè)4.0”既著眼于未來的智能化生產(chǎn)，同時(shí)考慮到中國工業(yè)的現(xiàn)狀，立足于工業(yè)2.0補(bǔ)課、工業(yè)3.0普及以及工業(yè)4.0的目標(biāo)。目標(biāo)是提升整體制造業(yè)水平，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化普及，以及智能化生產(chǎn)?；诖?，在《中國制造2025》中提出十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。比較德國工業(yè)4.0和“中國版的工業(yè)4.0”可知，二者之間還是存在顯著差異。首先，德國工業(yè)4.0是基于高度發(fā)達(dá)的自動(dòng)化生產(chǎn)而提出的以智能工廠和智能生產(chǎn)作為目標(biāo)的戰(zhàn)略，而“中國版的工業(yè)4.0”是在低端制造業(yè)和工業(yè)2.0的基礎(chǔ)上提出的力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化普及的戰(zhàn)略，其主要強(qiáng)調(diào)的是工業(yè)3.0的普及，而工業(yè)4.0屬于其中初步探索部分。其次，德國工業(yè)4.0 所謀劃的是在工業(yè)3.0的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出的一種新型的工業(yè)生產(chǎn)方式，而“中國版的工業(yè)4.0”則是寄希望于通過著力發(fā)展重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)（例如十個(gè)重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)領(lǐng)域）解決制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的問題，從而達(dá)到提高整個(gè)中國制造水平的目的。

四、工業(yè)4.0所面臨的難題

德國工業(yè)4.0工作組的最終報(bào)告中認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0尚存在標(biāo)準(zhǔn)化、工廠組織架構(gòu)問題、通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)安全保障等7大難題。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化：工業(yè)4.0融合了各種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，但這些網(wǎng)絡(luò)之間往往具有完全不同的通信協(xié)議，而不同網(wǎng)絡(luò)之間的標(biāo)準(zhǔn)化問題就成為制約工業(yè)4.0發(fā)展的一個(gè)重要問題。

（2）工廠組織架構(gòu)問題：工業(yè)4.0下，工人直接進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)越來越少，而更多轉(zhuǎn)向生產(chǎn)的管理和流程的控制。這將對(duì)工廠內(nèi)部的組織架構(gòu)造成一定的影響，目前還缺少構(gòu)建工業(yè)4.0下工廠組織架構(gòu)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（3）通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)：信息流和數(shù)據(jù)流的交互對(duì)于通信基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)要求提高。

（4）網(wǎng)絡(luò)安全保障：工業(yè)4.0的龐大數(shù)據(jù)流的控制對(duì)于工廠的生產(chǎn)等具有重大的影響，信息系統(tǒng)的控制權(quán)會(huì)引發(fā)數(shù)據(jù)安全問題，目前針對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)還并不完善，因此系統(tǒng)安全難以保證。

（5）產(chǎn)品可用性：分布式加工對(duì)于進(jìn)程的要求或者某些部件要求不斷提高，因此若出現(xiàn)上述問題，可能導(dǎo)致產(chǎn)品可用性下降。

（6）人才：工業(yè)4.0中，人才仍然是非常重要的，同時(shí)，工業(yè)4.0新的生產(chǎn)模式對(duì)于人員的要求也提高了。

（7）商業(yè)模式：多個(gè)企業(yè)的聯(lián)合可能引發(fā)商業(yè)模式的變更。

第二部分 工業(yè)4.0 對(duì)于德國企業(yè)的影響

2010年7月14日，德國內(nèi)閣提出“高科技戰(zhàn)略2020”。 2012年德國政府通過“高科技戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃”，其中包括十大“未來項(xiàng)目（future project）”，并將在2012-2015年投資84億歐元。工業(yè)4.0也是十大“未來項(xiàng)目”之一。 該計(jì)劃預(yù)計(jì)在2020年將德國打造成領(lǐng)先的CPS供應(yīng)方。

工業(yè)4.0是德國產(chǎn)業(yè)界、學(xué)界、研究機(jī)構(gòu)等共同提出并推動(dòng)的，企業(yè)尤其是最為重要的推動(dòng)力量之一，典型的企業(yè)包括西門子和SAP等，研究機(jī)構(gòu)包括德國弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)和德國國際科學(xué)與工程院等。由于工業(yè)4.0的智能化很大程度上依賴于傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、IT技術(shù)、和普通制造型企業(yè)，因此，本部分選取在傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、IT技術(shù)、以及普通制造型德國企業(yè)，研究其在工業(yè)4.0的背景下的企業(yè)戰(zhàn)略、研發(fā)產(chǎn)品方向、智慧工廠建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)制定、工業(yè)4.0研發(fā)項(xiàng)目參與、知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局的最新發(fā)展。根據(jù)研究，展示這些企業(yè)未來在工業(yè)4.0背景下發(fā)展重點(diǎn)。

五、工業(yè)4.0下德國各類企業(yè)的行動(dòng)

在很多企業(yè)看來，工業(yè)4.0 是IT驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化（或IT+OT）。IT與OT的融合是工業(yè)4.0 一個(gè)顯著的特點(diǎn);例如Beckhoff、 Phoenix Contact均持有類似觀點(diǎn)，其他跨國公司同樣持有類似觀點(diǎn)，例如Schneider等。

工業(yè)4.0本質(zhì)上就是將傳統(tǒng)的生產(chǎn)要素彼此連接，構(gòu)建成巨大的網(wǎng)絡(luò)，并基于該網(wǎng)絡(luò)連接虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界，實(shí)現(xiàn)更高層次的自動(dòng)化控制。因此，在很多企業(yè)看來，互連是工業(yè)4.0的要素之一，包括人、機(jī)器和虛擬世界等互連。SIEMENS認(rèn)為互連實(shí)現(xiàn)自組織生產(chǎn)、自適應(yīng)生產(chǎn)以及虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的融合是工業(yè)4.0的應(yīng)有之意。同樣，另一跨國公司Rockwell（一家美國公司）提出“互聯(lián)”企業(yè)這樣的概念。

以下從工控/自動(dòng)化企業(yè)、傳感器企業(yè)、通信/IT企業(yè)以及普通制造企業(yè)四個(gè)方面進(jìn)行研究。

（一）工控/自動(dòng)化企業(yè)

工業(yè)4.0下，工控/自動(dòng)化企業(yè)承擔(dān)著自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)建的重要任務(wù)，是工業(yè)4.0實(shí)現(xiàn)的重要推動(dòng)力以及可行性實(shí)施方案的主要提出者。因此，工控/自動(dòng)化企業(yè)在工業(yè)4.0中占有較大的主動(dòng)權(quán)，但同時(shí)也面臨較大的挑戰(zhàn)。通過對(duì)于德國工控/自動(dòng)化企業(yè)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)4.0的背景下，工控/自動(dòng)化企業(yè)的主要行動(dòng)包括：

① 積極參與工業(yè)4.0相關(guān)項(xiàng)目的研究

德國政府為了推進(jìn)工業(yè)4.0，積極資助企業(yè)項(xiàng)目，比如it's OWL聯(lián)盟，其中匯集了大量的德國優(yōu)秀企業(yè)（Hüttenh?lscher Maschinenbau GmbH & Co. KG、IMA Klessmann GmbH timber processing systems、Schirmer Maschinen GmbH等）的ScAut項(xiàng)目、efa項(xiàng)目等，這些項(xiàng)目主要以進(jìn)行智能化系統(tǒng)的開發(fā)為主要目標(biāo)。由于目前工業(yè)4.0的控制系統(tǒng)構(gòu)建還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)可以通過參與項(xiàng)目研究積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，拓寬研發(fā)思路。

②強(qiáng)化工控軟件的性能

工業(yè)4.0對(duì)工控軟件也提出了新的挑戰(zhàn)，工業(yè)4.0的到來，大大增加了需要處理的數(shù)據(jù)量，多系統(tǒng)整合對(duì)于系統(tǒng)的管理控制能力也提出了新的挑戰(zhàn)。同時(shí)為了保證操作人員的操作順暢與便捷，數(shù)據(jù)的可視化程度也需要進(jìn)一步提高，而像產(chǎn)品生命周期管理等新的管理需求，更是以前很少涉及的，因此傳統(tǒng)的工控軟件難以滿足這些需求。強(qiáng)化工控軟件的需求就顯得格外迫切。在這方面，西門子公司表現(xiàn)積極，目前已經(jīng)可以提供產(chǎn)品生命周期管理PLM和管理自動(dòng)化任務(wù)框架的TIA PORTAL。

③進(jìn)一步提升工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性

工業(yè)4.0對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性有著很高的要求，因此，提升工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性是目前一個(gè)十分重要的任務(wù)。德國企業(yè)提升工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性主要從兩方面入手。一是通過標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)備及技術(shù)，避免數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)過多的數(shù)據(jù)變化，影響了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。另一方面是提升工業(yè)以太網(wǎng)本身的性能，通過推出新的以太網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化傳輸性能，如Beckhoff就推出了新的以太網(wǎng)系統(tǒng)。

④強(qiáng)化機(jī)器人技術(shù)

工業(yè)4.0需要實(shí)現(xiàn)更高度的自動(dòng)化，機(jī)器人技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的重要技術(shù)，在工業(yè)4.0的背景下，機(jī)器人技術(shù)包括生產(chǎn)機(jī)器人和輸送機(jī)器人兩類。生產(chǎn)機(jī)器人主要用來直接完成生產(chǎn)任務(wù)，對(duì)于機(jī)器人的精確控制和安全性有更高的要求。工控企業(yè)對(duì)生產(chǎn)機(jī)器人的研發(fā)都比較活躍，如Beckhoff和西門子等公司都在機(jī)器人方面表現(xiàn)的十分積極。

由于生產(chǎn)自動(dòng)化的提高，除了生產(chǎn)機(jī)器人外，輸送機(jī)器人系統(tǒng)也越來越受到企業(yè)的重視。輸送機(jī)器人系統(tǒng)主要要求其可以實(shí)現(xiàn)高精度、高速度運(yùn)動(dòng)，同時(shí)配合以高精度的識(shí)別系統(tǒng)，使運(yùn)輸、生產(chǎn)和諧統(tǒng)一。目前主要的識(shí)別技術(shù)是RFID技術(shù)。在這方面Beckhoff已經(jīng)推出了新的XTS系統(tǒng)，[ WWW.BECKHOFF.COM]西門子公司則推出了RFID識(shí)別系統(tǒng)。

⑤構(gòu)建設(shè)備間的通信網(wǎng)絡(luò)

工業(yè)4.0不再是某一生產(chǎn)步驟的自動(dòng)化，而是整個(gè)生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)的全面自動(dòng)化。這就要求不同功能的生產(chǎn)設(shè)備之間必須能夠彼此協(xié)作配合，因此設(shè)備之間的通信互聯(lián)就顯得尤其重要，相關(guān)的技術(shù)也是各大企業(yè)目前研發(fā)的重點(diǎn)之一。

此外，工業(yè)4.0將極大地減少人的介入，機(jī)器必須能夠自行處理一些簡(jiǎn)單問題。這就要求機(jī)器可以實(shí)現(xiàn)自我管理、配置。隨著工業(yè)4.0系統(tǒng)的擴(kuò)大，生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)機(jī)器自我管理的能力要求也越來越高。在這方面，西門子和Beckhoff等公司都已經(jīng)展開行動(dòng)。

⑥尋求與IT企業(yè)的合作

某些大型企業(yè)例如Schneider認(rèn)為，如果傳統(tǒng)的自動(dòng)化解決方案企業(yè)例如西門子、Schneider，、Alston等無法整合IT企業(yè)優(yōu)勢(shì)的話，將很難在工業(yè)4.0背景下占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。與Schneider持有類似觀點(diǎn)的還有Rockwell，該公司與美國思科公司結(jié)成了戰(zhàn)略聯(lián)盟，以在工業(yè)4.0的背景上實(shí)現(xiàn)AT+IT的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)地位。同樣，IFM在戰(zhàn)略上加強(qiáng)了與軟件供應(yīng)商SAP的合作，打造“從傳感器到ERP”的戰(zhàn)略。

（二）傳感器企業(yè)

傳感器是工業(yè)4.0的基礎(chǔ)，正確的信息是包括機(jī)器互聯(lián)、人機(jī)互聯(lián)在內(nèi)的CPS系統(tǒng)的作出正確決策的基礎(chǔ)和依據(jù)。因此，傳感器企業(yè)可以說是工業(yè)4.0背景下除了工控/自動(dòng)化企業(yè)之外的核心企業(yè)。傳感器企業(yè)在整個(gè)工業(yè)4.0中的層級(jí)屬于最底層（層級(jí)劃分有多種，其中一種為傳感器層級(jí)、自動(dòng)化層級(jí)、SCADA層級(jí)、 MES層級(jí)和 ERP層級(jí)），但同時(shí)卻是最基礎(chǔ)的層。

傳感器作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要信息采集裝置，早已在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用。但隨著工業(yè)4.0的發(fā)展，普通的傳感器技術(shù)已經(jīng)不能滿足工業(yè)4.0的需求。

工業(yè)4.0具有很高的實(shí)時(shí)化要求，因此傳感器必須保證具有很高的采集速度，同時(shí)傳感器系統(tǒng)與上層系統(tǒng)之間必須保證無縫連接，這其中既包括硬件接口的無縫連接，也包括通信協(xié)議的兼容。針對(duì)這些問題和需求，傳感器企業(yè)的行動(dòng)包括：

①推出智能傳感器

在解決實(shí)時(shí)傳輸?shù)膯栴}上，目前傳感器企業(yè)基本已經(jīng)達(dá)成一致，即最有效解決無縫傳輸問題的手段是使用智能傳感器，在傳感器上安裝處理器或者加裝處理器模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理和儲(chǔ)存，在數(shù)據(jù)采集的同時(shí)就已經(jīng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理，增強(qiáng)了信號(hào)的兼容性。目前SICK、IFM、PILZ都已經(jīng)推出了自己的智能傳感器。

②智能傳感器帶來的系統(tǒng)布置升級(jí)

由于使用了智能傳感器，使數(shù)據(jù)處理任務(wù)分散到各個(gè)小型處理器中，中央處理器的作用和地位大大降低，因此有的企業(yè)推出了去中心化的傳感器系統(tǒng)，從而降低了對(duì)中央處理器的需求，也增加了系統(tǒng)的可靠性。這方面，PILZ就提出了分布式的數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)。

③安全傳感器系統(tǒng)升級(jí)

工業(yè)4.0并不是完全使用機(jī)器代替人工，而是讓機(jī)器與人在生產(chǎn)上達(dá)到統(tǒng)一并相互協(xié)作，那么對(duì)于生產(chǎn)安全的要求將更高。在這方面，傳統(tǒng)的安全傳感器系統(tǒng)依舊可以發(fā)揮其作為，比如光幕傳感器、光柵傳感器等。但在此基礎(chǔ)之上，也需要更高防護(hù)的安全傳感器系統(tǒng)，目前德國傳感器企業(yè)比較看重的是3D相機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以全方位的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控，更加可靠地保證操作者的安全。比如Pilz就推出了新的3D相機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

④積極參與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定

隨著工業(yè)4.0的深入，現(xiàn)有的安全標(biāo)準(zhǔn)可能難以滿足未來的需要，這對(duì)傳感器企業(yè)有很大的影響，因此有實(shí)力的傳感器企業(yè)都已經(jīng)積極參與到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定中。如PILZ就積極參與到工業(yè)4.0安全標(biāo)準(zhǔn)的制定中。

（三）通信/IT企業(yè)

在工業(yè)4.0中，IT企業(yè)主要提供軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩方面的支持。

在軟件方面，為了更好地向企業(yè)提供服務(wù)，IT企業(yè)一般需要與工控類企業(yè)合作，借助工控類企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，從實(shí)際的需求出發(fā)，為企業(yè)提供諸如企業(yè)資源規(guī)劃軟件、生產(chǎn)進(jìn)程管理軟件等管理類軟件。

在通信方面，主要是依托于自身過硬的通信技術(shù)以及云服務(wù)器資源，為企業(yè)或生產(chǎn)單元之間的互聯(lián)搭建橋梁，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及傳輸。比如西門子公司就積極從事云服務(wù)器性能提升方面的工作。

①網(wǎng)絡(luò)安全

工業(yè)4.0的一大特征是網(wǎng)絡(luò)化程度的提高，尤其是云計(jì)算技術(shù)的使用，極大地提升了生產(chǎn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化程度。此外，設(shè)備自動(dòng)化程度的提高，使得設(shè)備擁有了越來越多的決策權(quán)，那么工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)一旦遭受攻擊，將導(dǎo)致傳統(tǒng)工業(yè)時(shí)代難以比擬的損失和危險(xiǎn)。所以在工業(yè)4.0時(shí)代，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)安全的要求也明顯提高。但目前針對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)還并不完善。但相關(guān)需求已經(jīng)引起了業(yè)內(nèi)企業(yè)的重視，如PILZ等企業(yè)已經(jīng)在這方面展開了行動(dòng)。

②設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信

設(shè)備間的通信是工業(yè)4.0中的重要技術(shù)之一。目前分為有線通信和無線通信兩種。相比于有線通信，無線通信技術(shù)不需要進(jìn)行額外的線路布置工作，因此簡(jiǎn)化了設(shè)備裝配工作，而且也可以使設(shè)備布置更加靈活。盡管目前無線通信在傳輸距離等方面還有問題沒有解決，但總體上相比于有線通信，無線通信更適合工業(yè)4.0的需求。所以無線傳輸技術(shù)將更多地應(yīng)用于設(shè)備間的交互，如Rockwell等公司已經(jīng)開始行動(dòng)。

③管理軟件升級(jí)

工業(yè)4.0使得生產(chǎn)系統(tǒng)中的軟件和硬件數(shù)量及種類都有很大的增長(zhǎng)，因此相應(yīng)的管理軟件也需要進(jìn)行一定的升級(jí)，以滿足工業(yè)4.0的需求。除了傳統(tǒng)的監(jiān)控、管理功能外，新的管理軟件也將具有設(shè)備集中配置與生產(chǎn)流程規(guī)劃管理等更高層次的管理能力。如西門子等企業(yè)已經(jīng)在這方面加強(qiáng)了研發(fā)。SAP開發(fā)其ERP系統(tǒng)時(shí)將管理軟件的層級(jí)盡量下沉。

④云技術(shù)的應(yīng)用與提升

大數(shù)據(jù)的使用是工業(yè)4.0的又一大技術(shù)特征。工業(yè)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)包含生產(chǎn)、研發(fā)、實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)等各類數(shù)據(jù)，隨著云端數(shù)據(jù)庫的建立與完善，云服務(wù)器將根據(jù)生產(chǎn)需求向企業(yè)傳遞所需的各類數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用將極大地降低企業(yè)的研發(fā)成本，加快研發(fā)進(jìn)度。因此云端大數(shù)據(jù)的應(yīng)用將成為未來工業(yè)4.0的重要特點(diǎn)之一。這方面如Rockwell等企業(yè)都已經(jīng)開始進(jìn)行相關(guān)的研究。

目前的云技術(shù)還不能全面地滿足工業(yè)4.0的需求，比如云存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、流程規(guī)劃、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等技術(shù)都是云技術(shù)在工業(yè)4.0中應(yīng)用所必須解決的重要技術(shù)。這主要是由于工業(yè)4.0要求高度的實(shí)時(shí)化，這就導(dǎo)致向云端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大增，那么無論是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理還是傳輸都將面臨極大的挑戰(zhàn)，傳輸信道一旦發(fā)生擁堵，將極大地影響數(shù)據(jù)的質(zhì)量和效率，甚至影響生產(chǎn)系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。因此云技術(shù)下的各個(gè)技術(shù)分支在未來都需要進(jìn)一步的提升。

⑤輔助構(gòu)建完整的生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)

工業(yè)4.0是一個(gè)完整的生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)，因此工業(yè)4.0不僅包括基于CPS平臺(tái)連接智慧工廠，還包括配套的物流系統(tǒng)、倉儲(chǔ)系統(tǒng)、智能建筑、智能電網(wǎng)等，因此除了工廠相關(guān)的直接生產(chǎn)類技術(shù)大發(fā)展外，相關(guān)的物流系統(tǒng)、倉儲(chǔ)系統(tǒng)、智能建筑、智能電網(wǎng)等都需要進(jìn)行相應(yīng)的提升與改進(jìn)，尤其是網(wǎng)絡(luò)化改造的進(jìn)程將大大加速，多系統(tǒng)融合將加快腳步。而這些系統(tǒng)的融合與數(shù)據(jù)交互離不開IT企業(yè)的支持。

（四）普通制造企業(yè)

普通制造企業(yè)是工業(yè)4.0應(yīng)用的前沿陣地，也是工業(yè)4.0的最大受益者。但實(shí)施工業(yè)4.0并不意味著無限地追逐自動(dòng)化程度，而應(yīng)做到人機(jī)之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而大大簡(jiǎn)化工人的勞動(dòng)，提升工作效率和質(zhì)量。比如寶馬就秉持這樣的理念，推動(dòng)智能科技與傳統(tǒng)制造的融合，推進(jìn)智慧工廠與智能生產(chǎn)的融合，從而提升生產(chǎn)效率與能力。

①打造智能物流系統(tǒng)

與工控企業(yè)不同，普通制造企業(yè)除了需要完成產(chǎn)品的生產(chǎn)以外，還要完成產(chǎn)品上下游產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建，因此不但要完成工廠內(nèi)的智能化系統(tǒng)構(gòu)建，也要完善工廠外的智能物流系統(tǒng)，以保證整條產(chǎn)業(yè)鏈的完整與高效。

②基礎(chǔ)生產(chǎn)設(shè)備的智能化改造

基礎(chǔ)生產(chǎn)設(shè)備如果不能實(shí)現(xiàn)智能化，整個(gè)生產(chǎn)的智能化也就無從談起，因此普通制造企業(yè)對(duì)于機(jī)器人系統(tǒng)和傳輸帶系統(tǒng)等保證基本生產(chǎn)工作的系統(tǒng)都十分重視，各制造商業(yè)在積極開展相關(guān)工作，建設(shè)示范工廠，主動(dòng)推進(jìn)自己的智能化進(jìn)程。

③開發(fā)適合自己的管理系統(tǒng)

由于不同制造企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈中的位置不同，需要完成的生產(chǎn)任務(wù)也大有不同，與上下游的關(guān)系和合作方式也因企業(yè)而異，因此不同類型的制造企業(yè)對(duì)于生產(chǎn)管理有不同的需求。所以制造企業(yè)在管理系統(tǒng)的研發(fā)方面也都十分積極。比如寶馬就開發(fā)出數(shù)據(jù)矩陣碼（data matrix code）為新的BMW 7系記錄了整個(gè)碳生產(chǎn)過程。

（五）德國企業(yè)在工業(yè)4.0背景下的知識(shí)產(chǎn)權(quán)動(dòng)向

1、重點(diǎn)布局細(xì)分技術(shù)

知識(shí)產(chǎn)權(quán)作為技術(shù)的延伸，在某種程度上與技術(shù)的重點(diǎn)和發(fā)展等呈現(xiàn)一定的吻合性，總體上，工業(yè)4.0下德國企業(yè)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）機(jī)器互聯(lián)

機(jī)器互聯(lián)是工業(yè)4.0的重要內(nèi)容之一，因此機(jī)器之間的交互均為重點(diǎn)。Beckhoff布局了關(guān)于傳感器之間相互進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶＠?，同樣，其它德國企業(yè)也布局了機(jī)器互聯(lián)的專利。

（2）工業(yè)通信

①數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)化

使用傳感器采集數(shù)據(jù)以及基于采集的信號(hào)控制相關(guān)進(jìn)程都屬于傳統(tǒng)技術(shù)，但在工業(yè)4.0的環(huán)境下，對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)有更高的要求。其中最重要的要求就是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)化，即數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)處理、及實(shí)時(shí)控制。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或設(shè)備間的無縫連接。

通過對(duì)已公開專利（Beckhoff目前已經(jīng)公開的專利）的初步閱讀均涉及到了工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)傳輸。

②數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｕ?/p>

為了實(shí)現(xiàn)這樣的連接，首先就要從接口和協(xié)議兩方面為數(shù)據(jù)傳輸提供保證。其次，也需要充分考慮到網(wǎng)絡(luò)和機(jī)械兩方面的安全問題。另外，也需要增強(qiáng)設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力，作為整個(gè)系統(tǒng)性能提高的基礎(chǔ)條件。通過對(duì)已公開專利的初步閱讀，至少Beckhoff、Phoenix Contact目前已公開的專利均涉及到了數(shù)據(jù)傳輸通信的安全問題。

③通信技術(shù)本身以及架構(gòu)

隨著系統(tǒng)化程度的提升，設(shè)備間的聯(lián)系將更加密切，相關(guān)的連接設(shè)備也是保證工業(yè)4.0實(shí)現(xiàn)的重要因素，尤其是無線連接技術(shù)有很大的發(fā)展空間。此外，系統(tǒng)化的提高使得系統(tǒng)級(jí)的控制也變得日益重要。

通過對(duì)專利的初步閱讀，Beckhoff和其它德國企業(yè)目前已經(jīng)公開的專利中，均涉及到了通信技術(shù)本身以及架構(gòu)問題。

（3）智能控制

系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)進(jìn)行學(xué)習(xí)決策等

不僅是單純的對(duì)大數(shù)據(jù)庫的數(shù)調(diào)用，而且要求通過全球化的系統(tǒng)使得生產(chǎn)（或其他）系統(tǒng)之間具有自我學(xué)習(xí)、聯(lián)合控制、聯(lián)合決策等能力。

（4）人機(jī)交互

隨著智能設(shè)備的發(fā)展，人機(jī)交互界面的可能性大大提高。從多點(diǎn)觸控面板到智能手機(jī)，再到Google Glass，人機(jī)交互的便捷性日益提高。同時(shí)，相關(guān)的安全問題也逐漸凸顯。這些都是企業(yè)發(fā)展的方向。

2、各企業(yè)重點(diǎn)技術(shù)專利布局比對(duì)表

從專利的布局特點(diǎn)看，生產(chǎn)系統(tǒng)間在網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)交互技術(shù)、從單個(gè)傳感器到云端的各類系統(tǒng)、電氣設(shè)備等領(lǐng)域?qū)＠季州^為密集，反映出了這些技術(shù)的重要性和企業(yè)的掌握程度較高。這些特點(diǎn)也與德國工業(yè)4.0偏“硬”有關(guān)系。

六、工業(yè)4.0 下德國產(chǎn)業(yè)界的智慧工廠的最新進(jìn)展

目前德國產(chǎn)業(yè)界智慧工廠主要包括以下三家：西門子、Bosch以及Wittenstein。

（一）西門子在Amberg的智慧工廠

西門子在Amberg設(shè)立的工廠，主要生產(chǎn)PLC、DCS和隸屬于SIMATIC系列，西門子S7系列控制器，遠(yuǎn)程終端模塊ET200，HMI人機(jī)界面C7系列等產(chǎn)品，其使用自己提供的軟件和PLC自動(dòng)化設(shè)備組建了數(shù)字化化生產(chǎn)系統(tǒng)。西門子在Amberg的智慧工廠目前已經(jīng)達(dá)到了75%的自動(dòng)化程度，另外25%需要人工協(xié)助。該工廠目前作為工業(yè)4.0的雛形工廠，主要實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品與設(shè)備的交互以及所有的過程均通過IT優(yōu)化和控制。

1、產(chǎn)品與設(shè)備的交互

主要是通過大量的掃描儀提取產(chǎn)品的各類信息，追蹤產(chǎn)品的生命周期。車間的產(chǎn)品上都會(huì)有獨(dú)特的RFID碼，會(huì)告訴生產(chǎn)單元它本身需要什么服務(wù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與設(shè)備的交互。為了按期交付，產(chǎn)品和機(jī)器將共同決定應(yīng)當(dāng)首先在哪條生產(chǎn)線上完成哪道工序。

2、IT優(yōu)化和控制的工藝流程

西門子工廠通過Teamcenter實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理。零件列表和生產(chǎn)計(jì)劃將直接傳遞到ERP，且技術(shù)信息傳遞到Simatic IT（MES）。通過不斷收集和補(bǔ)充來自Teamcenter的數(shù)據(jù)，完善各個(gè)軟件的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝的控制和優(yōu)化。

（二）Bosch 在Hombur的智慧工廠

Bosch是工業(yè)4.0中的引領(lǐng)者，其在工業(yè)4.0方面已經(jīng)有100多個(gè)研發(fā)項(xiàng)目。

Bosch與Rexroth合作，在Hombur建立了智慧工廠。Hombur的工廠的一條生產(chǎn)線在2015年獲得了工業(yè)4.0獎(jiǎng)項(xiàng)，被認(rèn)為是實(shí)踐工業(yè)4.0的最佳生產(chǎn)線。

Homburg/Saar生產(chǎn)線特點(diǎn)在于：

該生產(chǎn)線在工件上利用RFID芯片;利用生產(chǎn)線上的9個(gè)智能的站點(diǎn)，來識(shí)別已經(jīng)完成的產(chǎn)品是如何組裝的;哪一個(gè)操作步驟是必須的，顯示器向技術(shù)人員顯示出對(duì)應(yīng)的工作指令。

（三）Wittenstein的智慧工廠

Wittenstein認(rèn)可工業(yè)4.0對(duì)于其戰(zhàn)略發(fā)展的重要意義，其定位自身為工業(yè)4.0的引領(lǐng)者，致力于產(chǎn)品制造的優(yōu)化和開發(fā)用于工業(yè)4.0的產(chǎn)品。Wittenstein希望利用其在Fellbach的工廠建立工業(yè)4.0概念?？傮w上，希望實(shí)現(xiàn)機(jī)床、生產(chǎn)工藝和半成品可在某一點(diǎn)上隨時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行鏈接，人們可以在最后時(shí)刻更改齒輪的規(guī)格。

第三部分 工業(yè)4.0 下的機(jī)遇/挑戰(zhàn)以及啟示

七、工業(yè)4.0下中國制造企業(yè)發(fā)展面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

（一）機(jī)遇

1、從德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略看CPS市場(chǎng)機(jī)遇

2010年7月14日，德國內(nèi)閣提出“高科技戰(zhàn)略2020”。2012年德國政府通過“高科技戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃”，其中包括十大“未來項(xiàng)目（future project）”，并將在2012-2015年投資84億歐元。工業(yè)4.0也是十大“未來項(xiàng)目”之一。并計(jì)劃在2020年，將德國打造成領(lǐng)先的CPS供應(yīng)方。

從德國以及企業(yè)關(guān)于4.0的調(diào)研情況看中國至少存在以下機(jī)會(huì)：

德國的2020定位于CPS輸出國，作為制造大國，在未來智能制造的態(tài)勢(shì)下，中國國內(nèi)存在著巨大的CPS 市場(chǎng)，這也是中國在未來至少巨大的國內(nèi)市場(chǎng)的支撐所在。

2、從德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略看新一輪工業(yè)革命帶來的機(jī)遇

工業(yè)4.0的結(jié)果將是革命性的，在這樣的背景下，工業(yè)4.0對(duì)于德國企業(yè)的定位和技術(shù)發(fā)展都有深遠(yuǎn)的影響。

從目前德國企業(yè)的行動(dòng)戰(zhàn)略看：

①通過和IT業(yè)聯(lián)手，可以彌補(bǔ)在工業(yè)4.0 下的企業(yè)IT能力不足，例如IT與工控/自動(dòng)化企業(yè)合作;

②通過提前參與到工業(yè)4.0 標(biāo)準(zhǔn)制定工作中，有可能會(huì)在未來占得先機(jī);

③通過提前并購某些企業(yè)或者儲(chǔ)備一些相應(yīng)的技術(shù)，有可能會(huì)在未來更好把握新的工業(yè)形勢(shì)下的機(jī)會(huì);

總體上，盡管德國企業(yè)具有先天的3.0 的基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，但是同樣面臨一些需要解決的問題，如果中國企業(yè)在這些問題上（即便僅）有一小部分的改進(jìn)，也有可能在未來的競(jìng)爭(zhēng)中掌握一定的主動(dòng)權(quán)。因此，中國企業(yè)面臨 “后發(fā)效應(yīng)”和“彎道超車”的機(jī)遇。當(dāng)然，中國企業(yè)由于先天基礎(chǔ)的薄弱，某些行業(yè)某些企業(yè)可能能夠有這樣的機(jī)會(huì)，對(duì)于更多企業(yè)，尤其普通制造業(yè)而言，更需要做的是看準(zhǔn)方向，夯實(shí)基礎(chǔ)，堅(jiān)持創(chuàng)新，穩(wěn)步前行。

（二）挑戰(zhàn)

與機(jī)遇相比，中國工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)更多，主要源于中國與智能制造相關(guān)的傳感器、自動(dòng)/控制企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力尚需提高，中國的IT企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力，和作為CPS用戶的普通制造型企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力同樣尚需提高。

1、總體制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力受到約束

①傳統(tǒng)制造業(yè)比重較大，且多處于工業(yè)2.0和工業(yè)3.0階段，不同地域和行業(yè)發(fā)展不平衡。

②制造業(yè)試圖簡(jiǎn)單通過引入先進(jìn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)行業(yè)升級(jí)，造成的結(jié)果往往是“機(jī)器多、人少、問題多”，減少人員未必會(huì)帶來高效，管理機(jī)器的難度可能會(huì)更大。

③制造業(yè)處于全球價(jià)值鏈中低端，落后產(chǎn)能規(guī)模大，壟斷領(lǐng)域進(jìn)入難。

④當(dāng)前許多企業(yè)內(nèi)部的基礎(chǔ)設(shè)施和人力等條件還不具備使用工業(yè)機(jī)器的要求，同時(shí)對(duì)于成本回報(bào)比率和周期的不確定性，許多企業(yè)對(duì)運(yùn)用智能制造設(shè)備等仍有疑慮。

2、工控自動(dòng)化/裝備制造業(yè)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)力薄弱

①與發(fā)達(dá)國家相比，中國智能制造與國外差距很大，只占高端傳感器、智能儀器儀表、高檔數(shù)控系統(tǒng)、和工業(yè)應(yīng)用軟件等不足5%全球市場(chǎng)份額。

工控自動(dòng)化制造領(lǐng)域涉及三個(gè)不同層級(jí)企業(yè)：以西門子、Honeywell、Emerson等公司為代表的國際跨國企業(yè)，國內(nèi)部分合資企業(yè)和大中型國內(nèi)綜合型企業(yè)以及數(shù)量眾多水平較為落后的國內(nèi)中小企業(yè)。

上述企業(yè)中，外資或合資企業(yè)占據(jù)重要位置，如Schneider、ABB、Siemens、Phoenix Contact、Honeywell、Emerson等。

②中國企業(yè)機(jī)器人普及率較低，目前中國每萬名工人機(jī)器人擁有量遠(yuǎn)低于其他發(fā)達(dá)國家，且沒有掌握核心技術(shù)。

③核心零部件依賴進(jìn)口，通過零部件功能設(shè)計(jì)和數(shù)字化來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)化可能會(huì)成為一個(gè)瓶頸66。

在此領(lǐng)域中，縱觀整個(gè)行業(yè)，尚未發(fā)現(xiàn)在工控自動(dòng)化或者是傳感器方面可能有良好基礎(chǔ)的企業(yè)。

3、IT/通信領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)力薄弱

總體上，中國缺少可以與諸如cisco、SAP這樣的工業(yè)管理軟件企業(yè)相提并論的企業(yè)。

IT業(yè)作為工業(yè)4.0的支柱之一，其某種程度上代表著整個(gè)工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型的速度，目前中國很多IT企業(yè)已經(jīng)開始嘗試進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，比如小米通過合作投資進(jìn)軍可穿戴硬件和智能家居產(chǎn)品，阿里巴巴入股海爾、美的等。但是工業(yè)4.0產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)在于智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，中國必須有如AT&T、思科、通用電氣、IBM、SAP等IT基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)軍企業(yè)，才能在標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)中掌握話語權(quán)，也才能在這場(chǎng)工業(yè)改革狂瀾中站穩(wěn)腳步。

4、總體對(duì)于工業(yè)4.0處于概念認(rèn)知階段

總體上，中國企業(yè)對(duì)于工業(yè)4.0尚處于概念認(rèn)知階段，在工業(yè)4.0的部分要素中所涉及行動(dòng)企業(yè)尚且沒有可與專注于4.0深入研究的國際跨國大公司相競(jìng)爭(zhēng)的公司。因此，此處僅對(duì)各公司進(jìn)行寬泛的研究。見諸于報(bào)端的與工業(yè)4.0有關(guān)的報(bào)道可能與工業(yè)4.0的部分要素看似相關(guān)但實(shí)則多數(shù)并不屬于真正意義上的工業(yè)4.0。

5、缺少有足夠科研實(shí)力的科研組織機(jī)構(gòu)介入到工業(yè)4.0的項(xiàng)目發(fā)展研究中

目前見諸報(bào)端的與科研機(jī)構(gòu)相關(guān)的科研組織的活動(dòng)很難有屬于真正意義上的工業(yè)4.0研究。

6、人員

一線產(chǎn)業(yè)工人大部分是沒有受過技能教育和培訓(xùn)的外來務(wù)工人員，這對(duì)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的影響更為直接。

7、標(biāo)準(zhǔn)化問題

數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化是“工業(yè)4.0”所面臨的最大挑戰(zhàn)之一，目前在世界上尚未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，中國也存在標(biāo)準(zhǔn)化的問題。

（三）中國企業(yè)推進(jìn)工業(yè)4.0的有利因素

1、政府重視且重視與德國的政府間合作

①政府于2015年正式出臺(tái)“中國制造2025”;

②2014年10月9日，國務(wù)院總理李克強(qiáng)訪問德國，簽訂了《中德合作行動(dòng)綱要》，并進(jìn)一步于2015年7月簽署了《中德備忘錄》。

2、政策支持和項(xiàng)目資助

政府出臺(tái)多項(xiàng)政策，推動(dòng)工業(yè)4.0的發(fā)展：

①工信部從2015年開始花大約三年時(shí)間，選擇重點(diǎn)領(lǐng)域，選擇一些地區(qū)、行業(yè)做一些試點(diǎn)和示范探索，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，推進(jìn)智能制造發(fā)展。

②2015年將推動(dòng)中國寬帶網(wǎng)絡(luò)能力繼續(xù)躍升，積極支撐和服務(wù)智能制造，促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

③2013年底，工信部發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出到2020年，培育3-5家具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的龍頭企業(yè)和8-10個(gè)配套產(chǎn)業(yè)集群。④2012年政府出臺(tái)了《智能制造裝備產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，總體目標(biāo)是經(jīng)過10年的努力，形成完整的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系，總體技術(shù)水平邁入國際先進(jìn)行列。

⑤2012年，149個(gè)項(xiàng)目分享了5億元物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項(xiàng)資金，應(yīng)用領(lǐng)域包括智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流、智能交通、智能醫(yī)療等。

⑥2011年，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項(xiàng)資金5億元補(bǔ)助了近110個(gè)項(xiàng)目，主要包括智能傳感器、超高頻和微波RFID二維條碼識(shí)讀設(shè)備、和M2M設(shè)備等方面，可以看出，政府更多的是支持關(guān)鍵核心技術(shù)的研發(fā)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)注和要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有形成體系要求。

3、企業(yè)倒逼重視工業(yè)4.0

目前企業(yè)在升級(jí)轉(zhuǎn)型過程中或者在海外出口過程中遇到了來自歐美市場(chǎng)客戶的倒逼壓力，符合工業(yè)4.0零部件的需要提供使得處于出口最前沿的部分企業(yè)開始體會(huì)到了一些壓力。

4、企業(yè)在開拓國內(nèi)CPS市場(chǎng)時(shí)與中國企業(yè)的合作

由于中國國內(nèi)市場(chǎng)巨大，因此，國外企業(yè)在進(jìn)入中國市場(chǎng)時(shí)，通過與國內(nèi)企業(yè)的合作更便于開拓市場(chǎng)，此過程提供了國內(nèi)外企業(yè)共同學(xué)習(xí)和共同成長(zhǎng)的機(jī)會(huì)。

（四）中國工業(yè)4.0的代表性企業(yè)的分析

為了對(duì)實(shí)施中國工業(yè)4.0的企業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行深入了解分析，我們參考了工信部網(wǎng)站2015年5月19公示的94個(gè)2015年智能制造專項(xiàng)項(xiàng)目，申報(bào)單位涉及十幾家科研院所和上市公司73，我們將上述企業(yè)理解為承擔(dān)中國工業(yè)4.0的相關(guān)單位。同時(shí)，也對(duì)一些雖未承接上述項(xiàng)目，但對(duì)在工業(yè)4.0概念下積極響應(yīng)并且具有一定基礎(chǔ)的代表性企業(yè)進(jìn)行了分析。在篩選確定分析樣本企業(yè)的過程中，我們也同時(shí)參考了2015年中國五百強(qiáng)企業(yè)排行榜，遺憾的是，該排行榜中的企業(yè)多為能源型企業(yè)，鮮見高科技企業(yè)，因此，經(jīng)過綜合篩選，選取了以下企業(yè)進(jìn)行樣本分析。

1、自動(dòng)化企業(yè)

（1）和利時(shí)

和利時(shí)是國內(nèi)企業(yè)中自動(dòng)化與信息技術(shù)解決方案供應(yīng)商，其此次承擔(dān)的工業(yè)4.0的項(xiàng)目名稱為“軌道交通裝備智能制造信息交換以及互操作標(biāo)準(zhǔn)以及試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)”。該公司的主要產(chǎn)品包括PLC、DCS等。該公司為地鐵項(xiàng)目提供PLC，例如PLC的隧道監(jiān)控系統(tǒng)，已經(jīng)在美國納斯達(dá)克上市。該公司目前在DCS方面例如在核電、化工、水泥、熱電等領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢(shì)。

在工業(yè)4.0下，和利時(shí)認(rèn)為未來可能出現(xiàn)一類通用的工業(yè)控制器代替如今的PLC。這類通用的工業(yè)控制器支持邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、調(diào)節(jié)控制、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和先進(jìn)的算法等，進(jìn)一步向物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算邁進(jìn)，這是未來控制器的一個(gè)發(fā)展方向73。

（2）浙江中控

浙江中控集團(tuán)是國內(nèi)裝備自動(dòng)化和工藝自動(dòng)化的國內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)，其在國內(nèi)DCS系統(tǒng)市場(chǎng)份額較為領(lǐng)先。該公司為依托浙江大學(xué)的資源，目前是在國內(nèi)自動(dòng)化企業(yè)中發(fā)展較好的一個(gè)企業(yè)。該公司的產(chǎn)品主要包括流程工業(yè)自動(dòng)化、裝備自動(dòng)化和機(jī)器人等。該公司在DCS方面例如在石化、化工控制等領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢(shì)。

在工業(yè)4.0下的戰(zhàn)略和產(chǎn)品方面的行動(dòng)：浙江中控集團(tuán)與中鴻集團(tuán)簽署了戰(zhàn)略協(xié)議，協(xié)同提升控制自動(dòng)化水平。浙江中控集團(tuán)此次并未申請(qǐng)2015年智能制造專項(xiàng)項(xiàng)目。

（3）重慶川儀

重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“川儀股份”）設(shè)立于1999年11月，其前身是1965年從上海、江蘇、遼寧等地內(nèi)遷重慶的四川熱工儀表總廠，是上世紀(jì)六十年代國家重點(diǎn)布局的三大儀器儀表制造基地之一。經(jīng)過多年建設(shè)與發(fā)展，已經(jīng)成為國內(nèi)比較領(lǐng)先的自動(dòng)化裝置的制造商。 該公司主要產(chǎn)品包括自動(dòng)化控制系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化儀器儀表等。

在工業(yè)4.0下，重慶川儀參加了2015年智能制造專項(xiàng)項(xiàng)目中的工業(yè)傳感器全生命周期數(shù)據(jù)閉環(huán)智能制造新模式的課題。

總體上，由于技術(shù)力量的薄弱，在自動(dòng)化領(lǐng)域，本土企業(yè)的DCS市場(chǎng)主要集中在小型項(xiàng)目上，很難進(jìn)入到大型項(xiàng)目所屬的高端市場(chǎng)中，中高端市場(chǎng)基本為國外企業(yè)所壟斷。上述企業(yè)的技術(shù)力量也和國外企業(yè)有巨大差異，類似如和利時(shí)83和浙江中控等已經(jīng)屬于國內(nèi)企業(yè)中較為領(lǐng)先的企業(yè)，但如和利時(shí)高管所說，“和利時(shí)目前專做國際知名品牌不愿意做或者不能做的地區(qū)和項(xiàng)目”，其總體上屬于低端業(yè)務(wù)，由于工程應(yīng)用能力、質(zhì)量、聲譽(yù)等原因，這些產(chǎn)品的應(yīng)用對(duì)象，除電力外，仍以中小工程項(xiàng)目為主，或用于大型工程項(xiàng)目的非主要部分，用量更大的大型石化工程主控系統(tǒng)尚未能進(jìn)入。這也同時(shí)說明了盡管國內(nèi)企業(yè)在DCS領(lǐng)域有所進(jìn)步，但是總體上和國外的自動(dòng)化企業(yè)的差距仍然較大，國產(chǎn)控制系統(tǒng)難以進(jìn)入重大工程的關(guān)鍵、核心、和主體裝備。同時(shí)如中控高管所說的，我國企業(yè)與國外企業(yè)還有較大差距。同時(shí)，和利時(shí)在2013年福建寧德核電站一期1號(hào)機(jī)組正式投入商運(yùn)，意味著國內(nèi)企業(yè)打破國外企業(yè)壟斷PLC產(chǎn)品，在PLC領(lǐng)域，95%的市場(chǎng)仍然被外國產(chǎn)品占領(lǐng)。

總體上，在DCS和PLC方面的差距均不小，上述公司的技術(shù)先進(jìn)程度從后面的專利布局也有一定的反映。

（4）專利布局

國內(nèi)自動(dòng)化企業(yè)總體水平較國際水平較為落后，同時(shí)這些企業(yè)的專利布局也證實(shí)了這一點(diǎn)，以下針對(duì)上述三家企業(yè)和德國的三家自動(dòng)化企業(yè)的專利做代表性分析，以明確中國企業(yè)的差距。

首先，下表中示出了德國企業(yè)（Beckhoff等三家企業(yè)）在工業(yè)4.0各相關(guān)細(xì)分技術(shù)下的專利布局與中國企業(yè)在該技術(shù)下的比對(duì)表格，從中可以看出中國企業(yè)在相關(guān)技術(shù)下的空白程度。

其次，基于工業(yè)4.0相關(guān)的一些重要的一級(jí)技術(shù)，針對(duì)中國企業(yè)和德國企業(yè)的專利總量進(jìn)行比對(duì)分析，西門子作為工控領(lǐng)先企業(yè)與其它企業(yè)之間存在顯著性的領(lǐng)先差距。為了看清楚除西門子之外的其它企業(yè)與中國工控類企業(yè)的比較，現(xiàn)將西門子的數(shù)據(jù)作限制處理（即超出100件的數(shù)量將不再顯示，僅僅以100件作為示意，同樣，由于西門子的明顯領(lǐng)先位置，將不再對(duì)其作詳細(xì)分析和闡述），進(jìn)一步分析后獲得下圖：

從該圖中可以看出，傳感器屬于Phoenix Contact的布局重點(diǎn)，同樣，領(lǐng)先于beckhoff和重慶川儀。PLC技術(shù)方面中國三家企業(yè)也僅有少量專利布局。RFID技術(shù)中，Phoenix Contact的優(yōu)勢(shì)非常明顯。設(shè)備間互聯(lián)通信技術(shù)中，同樣也是Phonenix Contact和beckhoff具有明顯優(yōu)勢(shì)?？傮w上，在各個(gè)技術(shù)分支下，中國企業(yè)具有明顯的劣勢(shì)。

2、制造型企業(yè)

三一集團(tuán)是中國工程機(jī)械行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)。該公司入選為中國智能制造的首批示范企業(yè)。該企業(yè)的主要產(chǎn)品包括挖掘機(jī)、鋪路機(jī)、攪拌機(jī)等重型機(jī)械。

2011年，三一在長(zhǎng)沙投入建設(shè)的總裝車間是三一相對(duì)而言自動(dòng)化程度較高的車間。該車間包括大型計(jì)算系統(tǒng)和機(jī)械化的操作工具、大型生產(chǎn)設(shè)備的智慧體，每一次生產(chǎn)過程、每一次質(zhì)量檢測(cè)、每一個(gè)工人的勞動(dòng)量都記錄在案，可以達(dá)到一小時(shí)下線一臺(tái)泵車的速度。

三一通過自主開發(fā)的信息系統(tǒng)——ECC全球企業(yè)控制中心，可以控制設(shè)備、就近派工服務(wù)，同時(shí)采集油耗、安全等信息。ECC（企業(yè)控制中心）通過安裝在設(shè)備上的各類傳感器、控制器，實(shí)時(shí)向ECC回傳數(shù)據(jù)，掌握設(shè)備的工況，并提出設(shè)備的后續(xù)服務(wù)建議。

三一集團(tuán)對(duì)于工業(yè)4.0是比較重視，在總體上比較關(guān)注智能化制造，這可能與三一集團(tuán)之前并購德國企業(yè)Putzmeist相關(guān)，同時(shí)，三一集團(tuán)也在與SAP進(jìn)行合作。從其所描述的95的目前的不同生產(chǎn)線的情況來看，三一集團(tuán)的整體水平處于3.0和2.0并存的階段。

3、通信/IT企業(yè)

華為公司是中國通訊行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)，是中國優(yōu)質(zhì)的民營(yíng)企業(yè)，也是中國企業(yè)國際化的代表性企業(yè)。

華為認(rèn)為工業(yè)4.0需要一個(gè)全新的ICT（（Information Communication Technology，信息和通信技術(shù)）基礎(chǔ)架構(gòu)，其基礎(chǔ)是智能的全聯(lián)接工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

工業(yè)4.0時(shí)代表現(xiàn)特征有三方面：第一是創(chuàng)新的統(tǒng)一平臺(tái)，合作一定是建立在統(tǒng)一的平臺(tái)上;其次是要有實(shí)時(shí)穩(wěn)定的移動(dòng)寬帶敏捷網(wǎng)絡(luò)作為支撐;最后是萬物互聯(lián)96。

1、統(tǒng)一平臺(tái)

華為與恩智浦半導(dǎo)體公司合作，將華為的ICT基礎(chǔ)設(shè)施和連接解決方案與恩智浦半導(dǎo)體的工業(yè)4.0安全連接解決方案充分結(jié)合，打造工業(yè)4.0 ICT平臺(tái)。

云端平臺(tái)，華為與SAP進(jìn)行合作，結(jié)合華為ICT基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)勢(shì)，將華為的ICT基礎(chǔ)設(shè)施和聯(lián)接解決方案與 SAP HANA云平臺(tái)、應(yīng)用和分析工具相互整合，與SAP共同打造物聯(lián)網(wǎng)和云的差異化解決方案98。

2、支撐網(wǎng)絡(luò)

華為認(rèn)為5G網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)4.0實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，并且華為5G技術(shù)處在世界領(lǐng)先地位99。

3、萬物互聯(lián)ICT架構(gòu)

最底層，針對(duì)未來數(shù)量龐大且種類繁雜的智能設(shè)備，打造開放的智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（CN201210349114.8、CN201110258309.7、CN201180001275.1），兼容各類終端設(shè)備的接口協(xié)議;然后依靠5G通信網(wǎng)絡(luò)與敏捷網(wǎng)絡(luò)（CN201380035267.8、CN201310141854.7）組成的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸通道，將數(shù)據(jù)輸送至ICT多應(yīng)用協(xié)同分布式平臺(tái)（CN201280000884.X、CN201110243086.7、CN201410038179.X），實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測(cè)、物流的跨區(qū)域跨行業(yè)的流通協(xié)作。

如前所述，華為公司在工業(yè)4.0時(shí)代具有強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。首先，在通信領(lǐng)域經(jīng)過二十多年的發(fā)展，華為掌握著核心技術(shù)（在骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)等領(lǐng)域都具有強(qiáng)大的技術(shù)積累），由企業(yè)網(wǎng)（ICT業(yè)務(wù)）向“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”延伸，具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。其次，華為作為一家國際化的公司，具有很強(qiáng)的全球資源整合能力，其獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的手機(jī)芯片——海思芯片，就是在這種背景下研發(fā)出來的。再次，華為管理哲學(xué)具有很強(qiáng)的生命力，其“以客戶為中心”的指導(dǎo)思想，以“項(xiàng)目+組織平臺(tái)支持”的組織能力，為華為向若干重點(diǎn)行業(yè)的智能化升級(jí)提供了組織保障。最后，華為通過與SAP共同打造物聯(lián)網(wǎng)和云的差異化解決方案，為全球行業(yè)客戶快速和簡(jiǎn)易地進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)和云部署提供保證，通過與SAP的合作，華為有可能脫穎而出。綜上，華為極有可能成為國內(nèi)大中型企業(yè)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”建設(shè)的最大受益者。

八、工業(yè)4.0的啟示

（一）企業(yè)相關(guān)的建議

工業(yè)4.0帶給了中國企業(yè)新一輪的機(jī)遇和調(diào)整，在發(fā)展過程中，中國企業(yè)應(yīng)當(dāng)正視自己面臨的問題，向德國企業(yè)認(rèn)真學(xué)習(xí)，以在工業(yè)4.0的過程中，能夠和德國企業(yè)共同成長(zhǎng)。以下是德國工業(yè)4.0以及德國企業(yè)給出的關(guān)于工業(yè)4.0的啟示：

1、專業(yè)務(wù)實(shí)的科研、產(chǎn)品精神

工業(yè)4.0是一次工業(yè)革命，但在一些德國企業(yè)看來，其更是德國工廠高度自動(dòng)化的必然結(jié)果，這也是德國能夠提出工業(yè)4.0的原因。智能制造和智慧工廠要求一定的工業(yè)基礎(chǔ)并且是由眾多技術(shù)支撐才有可能實(shí)現(xiàn)的，在此基礎(chǔ)上的技術(shù)仍然需要進(jìn)一步研究與發(fā)展。如第七部分中詳細(xì)指出的，目前中國制造型企業(yè)大部分尚且處于工業(yè)2.0的階段，差距很大，存在著諸多的諸如缺少核心傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、IT技術(shù)等問題。

在這樣的背景下，企業(yè)在提升的過程中，需要了解清楚本行業(yè)在工業(yè)4.0的背景下哪些方面需要做提升和改進(jìn)，譬如務(wù)實(shí)的專業(yè)、科研和產(chǎn)品精神，加強(qiáng)向德國企業(yè)的學(xué)習(xí)，掌握技術(shù)，積累一定的研發(fā)能力，通過與先進(jìn)企業(yè)合作以及自我研發(fā)，逐步縮小與先進(jìn)企業(yè)的差距。

需要指出的是，工業(yè)4.0不等于“互聯(lián)網(wǎng)+”，工業(yè)4.0也不是互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算這些概念的簡(jiǎn)單集合，同樣也不是所謂的“互聯(lián)網(wǎng)思維”。它需要按照工業(yè)4.0的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)和自動(dòng)/控制技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，并將這些傳統(tǒng)技術(shù)和IT企業(yè)等各方面的先進(jìn)技術(shù)融合，尤其重要的是基于對(duì)上述技術(shù)的深刻理解，從而對(duì)于上述技術(shù)進(jìn)行有目的地整合和創(chuàng)新。在解決工業(yè)基礎(chǔ)薄弱和工業(yè)技術(shù)升級(jí)的問題中，需重視基礎(chǔ)和傳統(tǒng)技術(shù)，專業(yè)務(wù)實(shí)地開展工作，不斷積累企業(yè)的研發(fā)實(shí)力和提升獲得先進(jìn)技術(shù)的能力，避免工業(yè)4.0 成為又一次的噱頭勝宴。

2、戰(zhàn)略層面的考慮

在企業(yè)的戰(zhàn)略層面，每一家企業(yè)都會(huì)有不同的戰(zhàn)略，但是需要注意在工業(yè)4.0 下面的一些戰(zhàn)略的共性問題：

（1）標(biāo)準(zhǔn)問題

工業(yè)4.0融合了傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)、IT云網(wǎng)絡(luò)、傳感器系統(tǒng)等多種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，但這些網(wǎng)絡(luò)之間往往具有完全不同的通信協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)化問題就成為工業(yè)4.0發(fā)展的一個(gè)重要問題。這也是為什么每一個(gè)家企業(yè)都需要考慮的標(biāo)準(zhǔn)問題。

（2）企業(yè)的信息化問題

由于工業(yè)4.0最終實(shí)現(xiàn)各個(gè)生產(chǎn)要素之間的互聯(lián)，通過數(shù)據(jù)傳輸和信息交換來實(shí)現(xiàn)智能制造，因此，未來的企業(yè)需要較高的信息化能力。針對(duì)自動(dòng)化企業(yè)這方面的戰(zhàn)略考慮尤其突出。同時(shí)，對(duì)于普通制造型企業(yè)而言，即便作為信息化系統(tǒng)的用戶，由于系統(tǒng)本身的高度信息化，其實(shí)質(zhì)上對(duì)用戶的信息化能力也有一定的提高要求。

（3）產(chǎn)品增加符合工業(yè)4.0的設(shè)計(jì)

由于工業(yè)4.0在未來的主導(dǎo)地位，必須要考慮產(chǎn)品在近期未來和遠(yuǎn)期未來需要作出哪些適應(yīng)修改。

（4）技術(shù)和人員儲(chǔ)備

由于工業(yè)4.0在未來的主導(dǎo)地位，必須要提前做好技術(shù)儲(chǔ)備和人員的培養(yǎng)，以適應(yīng)未來的發(fā)展。在工業(yè)4.0的發(fā)展過程中，人是利用工具的主體，只有人強(qiáng)大了，才能夠更好地發(fā)揮工具的長(zhǎng)處。

（5）加強(qiáng)與德國企業(yè)的合作

中國企業(yè)總體上存在技術(shù)水平較低的情況，在大部分企業(yè)處于工業(yè)2.0以及少數(shù)企業(yè)處于工業(yè)3.0的背景下，如果要想在工業(yè)4.0的背景下有所作為，外部資源的引進(jìn)可能是非常重要的，僅僅從內(nèi)部突破可能對(duì)于國內(nèi)企業(yè)存在一定的難度。

3.聚焦與4.0相關(guān)的各種細(xì)分技術(shù)

工業(yè)4.0的相關(guān)企業(yè)主要涉及傳感器企業(yè)、工控/自動(dòng)化企業(yè)、IT企業(yè)以及普通制造型企業(yè)。由于不同企業(yè)提供的服務(wù)在工業(yè)4.0的框架下不同，因此，各類型企業(yè)應(yīng)當(dāng)聚焦于本領(lǐng)域的細(xì)分技術(shù)。以下所給出的是基于工業(yè)3.0的基礎(chǔ)上開展的重點(diǎn)細(xì)分技術(shù)的方向總結(jié)，基于工業(yè)2.0基礎(chǔ)之上的需要同時(shí)注意工業(yè)2.0與工業(yè)3.0的差異。

（1）傳感器類企業(yè)/普通制造型企業(yè)

為了滿足工業(yè)4.0高度自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、高準(zhǔn)確性等需求，圍繞傳感器展開的研究也相對(duì)較多，從先進(jìn)的德國傳感器企業(yè)可以學(xué)習(xí)到的是需要重視以下細(xì)分技術(shù)：

①通過植入數(shù)據(jù)處理電路或微處理器，增強(qiáng)傳感器階段的數(shù)據(jù)處理能力，從而大大提高所采集的數(shù)據(jù)在后續(xù)階段的兼容性。同時(shí)還能增強(qiáng)傳感器的抗干擾能力和實(shí)時(shí)采集能力。

②由于人機(jī)協(xié)作增多，對(duì)于安全傳感器的要求也隨之升高。光柵、光幕等技術(shù)基本可以滿足要求，目前主要3D相機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是研發(fā)重點(diǎn)。

③RFID傳感器是產(chǎn)品追蹤的重要技術(shù)，因此是目前最重要的傳感器技術(shù)之一。針對(duì)RFID傳感器的主要要求是速度和精度，尤其是在高速傳輸帶上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行掃描識(shí)別。

④為了滿足網(wǎng)絡(luò)化的需求，傳感器接口都采用I/O Link技術(shù)。

普通制造型企業(yè)應(yīng)當(dāng)評(píng)估在未來發(fā)展戰(zhàn)略中上述技術(shù)的使用對(duì)于企業(yè)的意義。

（2）機(jī)器人企業(yè)/普通制造型企業(yè)

機(jī)器人是工業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)，需要重視機(jī)器人的以下技術(shù)：

①機(jī)器人需要具有自我管理、配置的能力，機(jī)器人之間可以進(jìn)行相互合作：目前實(shí)現(xiàn)這種構(gòu)想的較少。

②機(jī)器人系統(tǒng)與安全系統(tǒng)的整合度增高：人機(jī)交互增加，對(duì)于機(jī)器人安全也愈發(fā)重要。

③機(jī)器人與傳輸帶的協(xié)調(diào)控制問題：普通制造型企業(yè)應(yīng)當(dāng)評(píng)估在未來發(fā)展戰(zhàn)略中上述技術(shù)的使用對(duì)于企業(yè)的意義。

（3）傳輸帶企業(yè)/普通制造型企業(yè)

傳輸帶是工業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)，其中綜合了傳輸技術(shù)和各類傳感控制技術(shù)，需要加強(qiáng)不同技術(shù)綜合的研究。普通制造型企業(yè)應(yīng)當(dāng)評(píng)估在未來發(fā)展戰(zhàn)略中上述技術(shù)的使用對(duì)于企業(yè)的意義。

（4）網(wǎng)絡(luò)企業(yè)/普通制造企業(yè)

網(wǎng)絡(luò)層主要是連接現(xiàn)場(chǎng)層與上層或者現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備之間的紐帶，是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)化傳輸?shù)闹匾ＷC，其主要涉及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、接口技術(shù)、協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)安全等問題。

① 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)：加大基礎(chǔ)設(shè)施的研發(fā)力度，使自身擁有基本的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)能力。

② 接口技術(shù)：接口技術(shù)屬于工業(yè)4.0中最通用的技術(shù)，哪怕是現(xiàn)場(chǎng)層的企業(yè)，也需要掌握優(yōu)良的接口技術(shù)。

③ 網(wǎng)絡(luò)安全：網(wǎng)絡(luò)安全問題是工業(yè)4.0所面臨的重要挑戰(zhàn)，而目前的相關(guān)技術(shù)還沒有成熟。其難度在于如何將IT的安全技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)控制向結(jié)合。普通制造型企業(yè)應(yīng)當(dāng)評(píng)估在未來發(fā)展戰(zhàn)略中使用上述技術(shù)對(duì)企業(yè)的意義。

（5）工控/自動(dòng)化企業(yè)/普通制造企業(yè)

①工業(yè)控制器/分布式控制系統(tǒng)

對(duì)于控制器的研發(fā)應(yīng)當(dāng)是工控/自動(dòng)化企業(yè)的重點(diǎn)，各種優(yōu)良的控制器層出不窮。在工業(yè)4.0背景下的主要改進(jìn)在于控制理念，首先在于設(shè)備的自動(dòng)配置，更有便捷的對(duì)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一配置的相關(guān)軟件及設(shè)備。隨著控制功能的下移，越來越多的底層設(shè)備將獲得控制能力，而中央控制將弱化，因此分布式控制系統(tǒng)將成為重點(diǎn)。

②硬件

a.多點(diǎn)觸控面板：傳統(tǒng)的觸控面板已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛使用，使用多點(diǎn)觸控面板則可以使工人在操作中進(jìn)行更多的操作動(dòng)作，為更高層次的控制打下基礎(chǔ)。

b.移動(dòng)終端：移動(dòng)終端包括智能手機(jī)、平板電腦、Googleglass等智能設(shè)備，目前相關(guān)技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。

總體上來說，實(shí)現(xiàn)上述控制技術(shù)并沒有很大的技術(shù)難題，目前的主要挑戰(zhàn)還是來自于安全問題。

③軟件

軟件操作的重點(diǎn)在于可視化問題，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互，并針對(duì)傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行配置。普通制造型企業(yè)應(yīng)當(dāng)評(píng)估在未來發(fā)展戰(zhàn)略中使用上述技術(shù)對(duì)企業(yè)的意義。

（6）IT企業(yè)/普通制造企業(yè)

在工業(yè)4.0中，云端依舊執(zhí)行存儲(chǔ)和計(jì)算工作，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)互聯(lián)、企業(yè)數(shù)據(jù)交互分析的保證，因此是工業(yè)4.0的核心要素之一。云技術(shù)領(lǐng)域也是企業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域之一，例如將工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與云結(jié)合以及結(jié)合云的安全控制技術(shù)等。普通制造型企業(yè)應(yīng)當(dāng)評(píng)估在未來發(fā)展戰(zhàn)略中上述技術(shù)的使用對(duì)于企業(yè)的意義。

在上述技術(shù)中，我們認(rèn)為，德國和日本企業(yè)在傳感器技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)尤其是PLC等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到一定的程度，因此我國企業(yè)應(yīng)當(dāng)通過許可或者買賣的方式引入。同時(shí)，我國民用市場(chǎng)已經(jīng)具備一定競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)，例如移動(dòng)終端等，則可以考慮通過改進(jìn)型創(chuàng)興方式將其運(yùn)用于在工業(yè)領(lǐng)域中。在以工業(yè)高度自動(dòng)化為基礎(chǔ)的工業(yè)4.0的技術(shù)發(fā)展中，獨(dú)立創(chuàng)新技術(shù)雖然存在困難，但從目前調(diào)研的情況來看，在工業(yè)4.0的各個(gè)相關(guān)要素中，我國的一些企業(yè)已經(jīng)開始了相關(guān)的研究與研發(fā)，在針對(duì)工廠自身個(gè)性化的技術(shù)（例如以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)置等技術(shù)）中，可以考慮獨(dú)創(chuàng)性研究并通過專利對(duì)各自具有獨(dú)特應(yīng)用特點(diǎn)的創(chuàng)新進(jìn)行保護(hù)。

4、重視與工業(yè)4.0相關(guān)的各種技術(shù)的專利布局

專利作為技術(shù)的自然延伸，其重要性對(duì)于以高科技為特點(diǎn)的工業(yè)4.0來說不言而喻。

在開展專利布局的時(shí)候，要考慮到工業(yè)4.0下專利布局的特點(diǎn)：

（1）考慮到標(biāo)準(zhǔn)的專利布局

工業(yè)4.0融合了傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)、IT云網(wǎng)絡(luò)、傳感器系統(tǒng)等多種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，但這些網(wǎng)絡(luò)之間往往具有完全不同的通信協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)化問題就成為工業(yè)4.0發(fā)展的一個(gè)重要問題。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)遇到專利的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生一系列的問題，因此，工業(yè)4.0中的標(biāo)準(zhǔn)專利應(yīng)是重中之重。

標(biāo)準(zhǔn)與專利的結(jié)合在通信領(lǐng)域中的顯得尤為突出，標(biāo)準(zhǔn)專利的權(quán)利擁有量也成為通信企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。在工業(yè)4.0的大背景下，相關(guān)的企業(yè)將都可能受到標(biāo)準(zhǔn)的約束，因此，標(biāo)準(zhǔn)專利的布局也是在專利布局層面上的一個(gè)前瞻性考慮。

（2）考慮到最新技術(shù)前沿的專利布局

如前所述，工業(yè)4.0的技術(shù)前沿在不同的技術(shù)層面是不同的，因此，需要考慮到最新技術(shù)前沿進(jìn)行專利布局。

（二）政府相關(guān)的建議

1、政府角色定位

如前所述，政府在工業(yè)4.0中的重視程度對(duì)于中國工業(yè)4.0具有非常大的推動(dòng)作用。同時(shí)，通過加強(qiáng)中德政府間對(duì)話，使得中國企業(yè)能夠參與到德國的工業(yè)4.0中，對(duì)于企業(yè)的發(fā)展的有利作用是顯然的。

除了扮演促進(jìn)中德合作的政府角色以外，需要指出的是，政府在推動(dòng)中國工業(yè)4.0的過程中，需要更多側(cè)重于將推動(dòng)力量轉(zhuǎn)換為企業(yè)的內(nèi)力，將進(jìn)行工業(yè)升級(jí)作為企業(yè)的自發(fā)推動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)這場(chǎng)工業(yè)革命的推動(dòng)力度真正強(qiáng)大。如德國的工業(yè)4.0，本質(zhì)上的推動(dòng)力量是來源于企業(yè)的，因此，推動(dòng)的力度也是非常之大。因此，政府應(yīng)當(dāng)在給予支持的前提下，承擔(dān)一個(gè)輔助的角色，而非主導(dǎo)的角色。

基于以上所述，政府應(yīng)在企業(yè)在工業(yè)4.0的中德企業(yè)的合作和人才引進(jìn)中發(fā)揮促進(jìn)作用。

此外，在工業(yè)4.0的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，建議由政府給予適當(dāng)引導(dǎo)和政策支持，促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的中國企業(yè)能夠積極介入涉及工業(yè)4.0的創(chuàng)新活動(dòng)甚至標(biāo)準(zhǔn)建立，使得企業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展方向明確，發(fā)展少走彎路，最終形成一批可以在國際上與國外先進(jìn)企業(yè)具備競(jìng)爭(zhēng)能力的骨干力量。

2.創(chuàng)新文化的制度保障

工業(yè)4.0本身需要?jiǎng)?chuàng)新文化的制度保障。整體的知識(shí)產(chǎn)權(quán)司法環(huán)境的改善會(huì)對(duì)于創(chuàng)新文化的營(yíng)造起到積極作用。目前國內(nèi)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)侵權(quán)執(zhí)法的制度和執(zhí)行需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

3、工業(yè)4.0試點(diǎn)項(xiàng)目與中國制造2025的總體定位的一致性

中國制造2025的總體定位于工業(yè)2.0補(bǔ)課，工業(yè)3.0普及以及工業(yè)4.0的目標(biāo)，這在一定程度上與中國目前的工業(yè)實(shí)際情況是符合的。在工業(yè)4.0的項(xiàng)目試點(diǎn)實(shí)施中，建議以一些重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域的工業(yè)3.0普及以及工業(yè)4.0的目標(biāo)相關(guān)的項(xiàng)目開展活動(dòng)，尤其是分別針對(duì)與工業(yè)4.0相關(guān)的不同類型企業(yè)均進(jìn)行相關(guān)資助，例如傳感器類企業(yè)、自動(dòng)化類企業(yè)、IT類企業(yè)等。譬如IT類企業(yè)，其實(shí)質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的過程中的重要的一種類型的企業(yè)，也需要在這些項(xiàng)目試點(diǎn)中進(jìn)行考慮。同樣， 在上述項(xiàng)目試點(diǎn)實(shí)施中，也應(yīng)當(dāng)考慮到針對(duì)工業(yè)4.0和工業(yè)3.0的項(xiàng)目進(jìn)行區(qū)分，從而對(duì)上述項(xiàng)目目標(biāo)實(shí)現(xiàn)針對(duì)性地考核。

4、關(guān)于專利相關(guān)法律的前瞻性法律的修訂

工業(yè)4.0是信息驅(qū)動(dòng)的又一次工業(yè)革命，由于各個(gè)要素的互聯(lián)，信息傳輸和交換成為各個(gè)要素互聯(lián)的基礎(chǔ)，而實(shí)現(xiàn)信息傳輸和交換的一些技術(shù)中，有一些是偏向硬件的技術(shù)，而另外一些則是偏向軟件的技術(shù)。這些偏向軟件的技術(shù)是否能夠成為專利法的保護(hù)客體，需要進(jìn)一步進(jìn)行考慮?？紤]到我國目前并不允許軟件相關(guān)技術(shù)方案作為專利保護(hù)的客體，因此，政府需要提前考慮對(duì)于相關(guān)法律的修訂，以適應(yīng)于未來的發(fā)展。特別是，建議關(guān)注國內(nèi)外涉及工業(yè)4.0的產(chǎn)業(yè)專利發(fā)展趨勢(shì)，并適時(shí)對(duì)有關(guān)法律法規(guī)進(jìn)行修改調(diào)整，為企業(yè)在工業(yè)4.0的發(fā)展過程中提供助力，為國家工業(yè)4.0的創(chuàng)新發(fā)展保駕護(hù)航。

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