工業4.0時代給中國企業創新帶來的機遇和挑戰

本文從工業4.0的起源以及工業4.0戰略實施入手，研究了工業4.0的內涵及其關鍵要素?；谏鲜鲅芯窟M一步明確其與工業3.0以及我國政府提出的“互聯網+”政策之間的差異。同時，本文調研了德國企業在工業4.0的背景下，有關企業的戰略、研發產品方向、智慧工廠建設、標準制定、工業4.0研發項目參與以及知識產權布局的最新發展。根據上述調研，本文明確了在工業4.0背景下參與到工業4.0的四種主要的企業類型和發展方向及重點。同時，基于對于國內企業的現狀研究，本文提出了在現狀下參考工業4.0中國企業未來的發展重點和需要開展的工作，以及政府在支撐企業發展過程中的角色定位和應當采取的措施的建議。

第一部分 工業4.0概況

一、工業4.0 的由來及要素組成

工業4.0的概念最早出現在2011年漢諾威工業博覽會，德國人工智能研究中心董事兼行政總裁沃爾夫岡·瓦爾斯特爾（Wolfgang Wahlster）教授在開幕式中提到，要通過物聯網等媒介來推動第四次工業革命，提高制造業水平。由此，工業4.0被譽為第四次工業革命。

在德國工程院、弗勞恩霍夫協會、西門子公司等學術界和產業界的大力推動下，德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部于2013年將“工業4.0”項目納入了《高技術戰略2020》的十大未來項目中，計劃投入2億歐元資金，支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新，其目的在于奠定德國在關鍵技術上的國際領先地位，夯實德國作為技術經濟強國的核心競爭力。隨后，德國機械及制造商協會（VDMA）等設立了“工業4.0平臺”，德國電氣電子和信息技術協會發表了德國首個工業4.0標準化路線圖。

2011年的漢諾威工業博覽會的口號是“一體化工業”（Integrated Industry）和“智能效率”（Smart Efficiency）。

沃爾夫岡·瓦爾斯特爾提出的工業4.0的主題是智慧工廠和智慧生產，同時提出工業4.0具有以下幾個要素：

①網絡安全為基礎;

②數據傳輸的標準化;

③產品信息存儲裝置（Product Memories）的大容量化;

④通過物聯網實現機器與機器、人與機器間的互聯互通以及自主智能控制的高級別需求;

⑤貫穿整個價值鏈的端到端工程數字化集成。

二、解讀德國工業4.0 的戰略實施建議書

（一）德國工業4.0工作組與戰略實施建議書7

“工業4.0工作組”是在2011年底由工業科學調查聯盟（Industry-Science Research Alliance）的KOMMUNIKATION 促進小組（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4.0工作組”成立，其主要任務是起草關于工業4.0實施的戰略建議書。

2012年10月，該工業4.0工作組向德國聯邦政府提交了一份工業4.0戰略實施建議書。

2013年4月8日，在“漢諾威工業博覽會”上，最終的工業4.0戰略實施建議書——《保障德國制造業的未來——關于實施工業4.0戰略的建議》（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，這份報告的編撰也匯集了包括沃爾夫岡·瓦爾斯特爾在內的眾多專家。

（二）解讀工業4.0戰略實施建議書中的工業4.0的內涵

工業4.0戰略實施建議書中的關于工業4.0的定義為：

由物聯網（Internet of Things）和服務聯網（Internet of Services）所引領，最終會將機械、倉儲、產品等都納入信息物理系統中（Cyber-Physical Systems，簡稱CPS），實現資源的優化配置、個性化生產、高度自動化生產等效果。

信息物理系統（Cyber Physical System）就是指連接工業4.0中的各個要素，構建交互網絡，從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的融合。

工業4.0戰略實施建議書中的工業4.0中的關鍵要素主要包括：

CPS平臺：包括智能機器、儲存系統和生產設施，各個部分能夠相互獨立地自動交換信息、觸發動作和控制。

智慧工廠：主要關注智能化生產系統及過程，以及網絡分布式生產設施的實現。

智慧電網等智能基礎設施：工業4.0生產的輔助設施，比如能源控制需求。

用戶端設施：用戶需求的采集與反饋，用戶的智能互動、智能設計。

（三）工業4.0戰略實施建議書中的工業4.0的特征

1、信息物理系統（Cyber-Physical Systems）

信息物理系統（CPS）是由工業生產中的各個環節節點互相連接而構建出的工業4.0生產系統，它連接著真實的物理世界與虛擬的網絡世界。CPS又可以進一步的分為信息物理傳感器系統（CPSS）、信息物理生產系統（CPPS）等系統，這些系統的相互作用與配合最終構建成信息物理系統（CPS）。

2、工業4.0中的三項集成

工業4.0中的三項集成包括：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。工業4.0將傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通信設施通過CPS形成一個網絡，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，從而實現橫向、縱向和端對端的高度集成。

①縱向集成：縱向集成就是解決企業內部信息集成，解決信息網絡與物理設備之間的聯通問題。比如傳感器與執行器、控制、生產管理等元素間的集成。

②橫向集成：橫向集成主要實現企業與企業之間、企業與產品之間的信息集成，將企業內部的業務信息向企業以外的供應商、經銷商、用戶進行延伸。

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

通過以上三種集成方式，在CPS平臺的整合下，最終搭建出完整的工業4.0信息集成網絡。

三、工業4.0與其它概念的聯系與區別

（一）工業4.0與工業3.0 、工業2.0

工業4.0是繼工業1.0機器代替人工時代、工業2.0的流水線時代、工業3.0高度自動化時代后的又一個新紀元的開始。

工業4.0與工業3.0 以及工業2.0 存在著聯系，但是也存在著本質性區別，上述區別在不同層級和不同角度看有不同解讀。以下為通常的工業4.0與工業3.0 、工業2.0在上層、本層以及底層等各個層級方面的差異。

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

（二）工業4.0、工業互聯網、“互聯網+”及中國制造

工業4.0是德國提出的對于未來工業發展方向的新的探索。總體上來講，工業4.0是基于物聯網，進一步基于物聯網與服務互聯網的融合（CPS），實現集中式控制生產向分散式的自組織生產的智能生產的一種模式。

工業互聯網是由美國提出的對于未來工業發展方向的新的探索。總體來講，工業互聯網更加注重軟件、網絡和大數據的融合，目的是實現通信控制和計算的集合。

從推動力量上看，工業4.0是由德國工程院和德國西門子公司等自發聯合發起的。而工業互聯網是由美國通用電氣發起，并由ATT、思科、IBM以及英特爾成立的工業互聯網聯盟共同推廣的。二者均由企業層面主導和推動，因此，企業對其具有一定的主動性。

從實現基礎和實現方法而言，工業4.0和工業互聯網均基于互聯網和物聯網，以打造智能化的體系為目標，網絡化和智能化是未來發展的主要方向。工業4.0提出利用信息化打造工廠和智能生產，而工業互聯網提出將工業與互聯網在各個階段進行充分融合。

然而，二者的不同之處在于，德國企業提出的工業4.0偏重于生產制造的硬環節，而美國企業發起的工業互聯網偏重于軟環節，旨在形成開放的工業網絡，偏重于設計服務環節，注重物聯網、互聯網和大數據對于生產設備管理與服務性能的改善。在發展重點上，德國提出的工業4.0強調生產過程的智能化，而美國倡導的工業互聯網強調生產設備的智能化。

我國的“互聯網+”是2015年3月份的中國政府工作報告中提出的一種概念。其含義為“利用互聯網的平臺，利用信息通信技術，把互聯網和包括傳統行業在內的各行各業結合起來，在新的領域創造一種新的生態?！迸c工業4.0和工業互聯網不同的是，“互聯網+”本身并沒有強調對于工業發展方向的新探索?！盎ヂ摼W+”本身強調的是傳統行業（不限于工業，例如零售行業、交通行業等）如何利用互聯網工具實現高效率，其基礎是互聯網而非工業物聯網?！盎ヂ摼W+”本身與生產過程的智能化和生產設備的智能化以及個性化定制的目標達成之間尚且沒有直接的實現路徑。

《中國制造2025》則代表“中國版的工業4.0”的正式提出。“中國版的工業4.0”既著眼于未來的智能化生產，同時考慮到中國工業的現狀，立足于工業2.0補課、工業3.0普及以及工業4.0的目標。目標是提升整體制造業水平，力爭實現數字化普及，以及智能化生產。基于此，在《中國制造2025》中提出十大重點發展領域。比較德國工業4.0和“中國版的工業4.0”可知，二者之間還是存在顯著差異。首先，德國工業4.0是基于高度發達的自動化生產而提出的以智能工廠和智能生產作為目標的戰略，而“中國版的工業4.0”是在低端制造業和工業2.0的基礎上提出的力爭實現數字化普及的戰略，其主要強調的是工業3.0的普及，而工業4.0屬于其中初步探索部分。其次，德國工業4.0 所謀劃的是在工業3.0的基礎上進一步提出的一種新型的工業生產方式，而“中國版的工業4.0”則是寄希望于通過著力發展重點產業（例如十個重點發展技術領域）解決制造業轉型升級的問題，從而達到提高整個中國制造水平的目的。

四、工業4.0所面臨的難題

德國工業4.0工作組的最終報告中認為，實現工業4.0尚存在標準化、工廠組織架構問題、通信基礎設施建設、網絡安全保障等7大難題。

（1）標準化：工業4.0融合了各種工業網絡系統，但這些網絡之間往往具有完全不同的通信協議，而不同網絡之間的標準化問題就成為制約工業4.0發展的一個重要問題。

（2）工廠組織架構問題：工業4.0下，工人直接進行生產活動越來越少，而更多轉向生產的管理和流程的控制。這將對工廠內部的組織架構造成一定的影響，目前還缺少構建工業4.0下工廠組織架構的實踐經驗。

（3）通信基礎設施建設：信息流和數據流的交互對于通信基礎設施的建設要求提高。

（4）網絡安全保障：工業4.0的龐大數據流的控制對于工廠的生產等具有重大的影響，信息系統的控制權會引發數據安全問題，目前針對工業網絡的網絡安全技術還并不完善，因此系統安全難以保證。

（5）產品可用性：分布式加工對于進程的要求或者某些部件要求不斷提高，因此若出現上述問題，可能導致產品可用性下降。

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

（7）商業模式：多個企業的聯合可能引發商業模式的變更。

第二部分 工業4.0 對于德國企業的影響

2010年7月14日，德國內閣提出“高科技戰略2020”。 2012年德國政府通過“高科技戰略行動計劃”，其中包括十大“未來項目（future project）”，并將在2012-2015年投資84億歐元。工業4.0也是十大“未來項目”之一。 該計劃預計在2020年將德國打造成領先的CPS供應方。

工業4.0是德國產業界、學界、研究機構等共同提出并推動的，企業尤其是最為重要的推動力量之一，典型的企業包括西門子和SAP等，研究機構包括德國弗勞恩霍夫協會和德國國際科學與工程院等。由于工業4.0的智能化很大程度上依賴于傳感器技術、控制技術、IT技術、和普通制造型企業，因此，本部分選取在傳感器技術、控制技術、IT技術、以及普通制造型德國企業，研究其在工業4.0的背景下的企業戰略、研發產品方向、智慧工廠建設、標準制定、工業4.0研發項目參與、知識產權布局的最新發展。根據研究，展示這些企業未來在工業4.0背景下發展重點。

五、工業4.0下德國各類企業的行動

在很多企業看來，工業4.0 是IT驅動的自動化（或IT+OT）。IT與OT的融合是工業4.0 一個顯著的特點;例如Beckhoff、 Phoenix Contact均持有類似觀點，其他跨國公司同樣持有類似觀點，例如Schneider等。

工業4.0本質上就是將傳統的生產要素彼此連接，構建成巨大的網絡，并基于該網絡連接虛擬世界與現實世界，實現更高層次的自動化控制。因此，在很多企業看來，互連是工業4.0的要素之一，包括人、機器和虛擬世界等互連。SIEMENS認為互連實現自組織生產、自適應生產以及虛擬世界與現實世界的融合是工業4.0的應有之意。同樣，另一跨國公司Rockwell（一家美國公司）提出“互聯”企業這樣的概念。

以下從工控/自動化企業、傳感器企業、通信/IT企業以及普通制造企業四個方面進行研究。

（一）工控/自動化企業

工業4.0下，工控/自動化企業承擔著自動化系統構建的重要任務，是工業4.0實現的重要推動力以及可行性實施方案的主要提出者。因此，工控/自動化企業在工業4.0中占有較大的主動權，但同時也面臨較大的挑戰。通過對于德國工控/自動化企業的調研發現，在工業4.0的背景下，工控/自動化企業的主要行動包括：

① 積極參與工業4.0相關項目的研究

德國政府為了推進工業4.0，積極資助企業項目，比如it's OWL聯盟，其中匯集了大量的德國優秀企業（Hüttenh?lscher Maschinenbau GmbH & Co. KG、IMA Klessmann GmbH timber processing systems、Schirmer Maschinen GmbH等）的ScAut項目、efa項目等，這些項目主要以進行智能化系統的開發為主要目標。由于目前工業4.0的控制系統構建還沒有統一的標準，企業可以通過參與項目研究積累實際經驗，拓寬研發思路。

②強化工控軟件的性能

工業4.0對工控軟件也提出了新的挑戰，工業4.0的到來，大大增加了需要處理的數據量，多系統整合對于系統的管理控制能力也提出了新的挑戰。同時為了保證操作人員的操作順暢與便捷，數據的可視化程度也需要進一步提高，而像產品生命周期管理等新的管理需求，更是以前很少涉及的，因此傳統的工控軟件難以滿足這些需求。強化工控軟件的需求就顯得格外迫切。在這方面，西門子公司表現積極，目前已經可以提供產品生命周期管理PLM和管理自動化任務框架的TIA PORTAL。

③進一步提升工業以太網的實時性

工業4.0對數據的實時性有著很高的要求，因此，提升工業以太網的實時性是目前一個十分重要的任務。德國企業提升工業以太網的實時性主要從兩方面入手。一是通過標準化接口設備及技術，避免數據在傳輸過程中出現過多的數據變化，影響了數據傳輸的實時性。另一方面是提升工業以太網本身的性能，通過推出新的以太網系統優化傳輸性能，如Beckhoff就推出了新的以太網系統。

④強化機器人技術

工業4.0需要實現更高度的自動化，機器人技術是實現自動化生產的重要技術，在工業4.0的背景下，機器人技術包括生產機器人和輸送機器人兩類。生產機器人主要用來直接完成生產任務，對于機器人的精確控制和安全性有更高的要求。工控企業對生產機器人的研發都比較活躍，如Beckhoff和西門子等公司都在機器人方面表現的十分積極。

由于生產自動化的提高，除了生產機器人外，輸送機器人系統也越來越受到企業的重視。輸送機器人系統主要要求其可以實現高精度、高速度運動，同時配合以高精度的識別系統，使運輸、生產和諧統一。目前主要的識別技術是RFID技術。在這方面Beckhoff已經推出了新的XTS系統，[ WWW.BECKHOFF.COM]西門子公司則推出了RFID識別系統。

⑤構建設備間的通信網絡

工業4.0不再是某一生產步驟的自動化，而是整個生產生態系統的全面自動化。這就要求不同功能的生產設備之間必須能夠彼此協作配合，因此設備之間的通信互聯就顯得尤其重要，相關的技術也是各大企業目前研發的重點之一。

此外，工業4.0將極大地減少人的介入，機器必須能夠自行處理一些簡單問題。這就要求機器可以實現自我管理、配置。隨著工業4.0系統的擴大，生產活動對機器自我管理的能力要求也越來越高。在這方面，西門子和Beckhoff等公司都已經展開行動。

⑥尋求與IT企業的合作

某些大型企業例如Schneider認為，如果傳統的自動化解決方案企業例如西門子、Schneider，、Alston等無法整合IT企業優勢的話，將很難在工業4.0背景下占據優勢地位。與Schneider持有類似觀點的還有Rockwell，該公司與美國思科公司結成了戰略聯盟，以在工業4.0的背景上實現AT+IT的戰略優勢地位。同樣，IFM在戰略上加強了與軟件供應商SAP的合作，打造“從傳感器到ERP”的戰略。

（二）傳感器企業

傳感器是工業4.0的基礎，正確的信息是包括機器互聯、人機互聯在內的CPS系統的作出正確決策的基礎和依據。因此，傳感器企業可以說是工業4.0背景下除了工控/自動化企業之外的核心企業。傳感器企業在整個工業4.0中的層級屬于最底層（層級劃分有多種，其中一種為傳感器層級、自動化層級、SCADA層級、 MES層級和 ERP層級），但同時卻是最基礎的層。

傳感器作為工業生產中的重要信息采集裝置，早已在工業生產中得到應用。但隨著工業4.0的發展，普通的傳感器技術已經不能滿足工業4.0的需求。

工業4.0具有很高的實時化要求，因此傳感器必須保證具有很高的采集速度，同時傳感器系統與上層系統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，也包括通信協議的兼容。針對這些問題和需求，傳感器企業的行動包括：

①推出智能傳感器

在解決實時傳輸的問題上，目前傳感器企業基本已經達成一致，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現對數據的處理和儲存，在數據采集的同時就已經對采集到的數據進行了預處理，增強了信號的兼容性。目前SICK、IFM、PILZ都已經推出了自己的智能傳感器。

②智能傳感器帶來的系統布置升級

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

③安全傳感器系統升級

工業4.0并不是完全使用機器代替人工，而是讓機器與人在生產上達到統一并相互協作，那么對于生產安全的要求將更高。在這方面，傳統的安全傳感器系統依舊可以發揮其作為，比如光幕傳感器、光柵傳感器等。但在此基礎之上，也需要更高防護的安全傳感器系統，目前德國傳感器企業比較看重的是3D相機監控系統，該系統可以全方位的實現生產監控，更加可靠地保證操作者的安全。比如Pilz就推出了新的3D相機監控系統。

④積極參與相關標準的制定

隨著工業4.0的深入，現有的安全標準可能難以滿足未來的需要，這對傳感器企業有很大的影響，因此有實力的傳感器企業都已經積極參與到相關標準的制定中。如PILZ就積極參與到工業4.0安全標準的制定中。

（三）通信/IT企業

在工業4.0中，IT企業主要提供軟件和網絡技術兩方面的支持。

在軟件方面，為了更好地向企業提供服務，IT企業一般需要與工控類企業合作，借助工控類企業的經驗，從實際的需求出發，為企業提供諸如企業資源規劃軟件、生產進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以及云服務器資源，為企業或生產單元之間的互聯搭建橋梁，幫助企業實現數據的存儲以及傳輸。比如西門子公司就積極從事云服務器性能提升方面的工作。

①網絡安全

工業4.0的一大特征是網絡化程度的提高，尤其是云計算技術的使用，極大地提升了生產系統的網絡化程度。此外，設備自動化程度的提高，使得設備擁有了越來越多的決策權，那么工業4.0網絡一旦遭受攻擊，將導致傳統工業時代難以比擬的損失和危險。所以在工業4.0時代，對于網絡安全的要求也明顯提高。但目前針對工業網絡的網絡安全技術還并不完善。但相關需求已經引起了業內企業的重視，如PILZ等企業已經在這方面展開了行動。

②設備間的數據通信

設備間的通信是工業4.0中的重要技術之一。目前分為有線通信和無線通信兩種。相比于有線通信，無線通信技術不需要進行額外的線路布置工作，因此簡化了設備裝配工作，而且也可以使設備布置更加靈活。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4.0的需求。所以無線傳輸技術將更多地應用于設備間的交互，如Rockwell等公司已經開始行動。

③管理軟件升級

工業4.0使得生產系統中的軟件和硬件數量及種類都有很大的增長，因此相應的管理軟件也需要進行一定的升級，以滿足工業4.0的需求。除了傳統的監控、管理功能外，新的管理軟件也將具有設備集中配置與生產流程規劃管理等更高層次的管理能力。如西門子等企業已經在這方面加強了研發。SAP開發其ERP系統時將管理軟件的層級盡量下沉。

④云技術的應用與提升

大數據的使用是工業4.0的又一大技術特征。工業生產大數據包含生產、研發、實驗、設計等各類數據，隨著云端數據庫的建立與完善，云服務器將根據生產需求向企業傳遞所需的各類數據，這些數據的應用將極大地降低企業的研發成本，加快研發進度。因此云端大數據的應用將成為未來工業4.0的重要特點之一。這方面如Rockwell等企業都已經開始進行相關的研究。

目前的云技術還不能全面地滿足工業4.0的需求，比如云存儲、數據處理、流程規劃、數據通信技術等技術都是云技術在工業4.0中應用所必須解決的重要技術。這主要是由于工業4.0要求高度的實時化，這就導致向云端傳輸的數據量大增，那么無論是數據的存儲、處理還是傳輸都將面臨極大的挑戰，傳輸信道一旦發生擁堵，將極大地影響數據的質量和效率，甚至影響生產系統的正常生產。因此云技術下的各個技術分支在未來都需要進一步的提升。

⑤輔助構建完整的生產生態系統

工業4.0是一個完整的生產生態系統，因此工業4.0不僅包括基于CPS平臺連接智慧工廠，還包括配套的物流系統、倉儲系統、智能建筑、智能電網等，因此除了工廠相關的直接生產類技術大發展外，相關的物流系統、倉儲系統、智能建筑、智能電網等都需要進行相應的提升與改進，尤其是網絡化改造的進程將大大加速，多系統融合將加快腳步。而這些系統的融合與數據交互離不開IT企業的支持。

（四）普通制造企業

普通制造企業是工業4.0應用的前沿陣地，也是工業4.0的最大受益者。但實施工業4.0并不意味著無限地追逐自動化程度，而應做到人機之間的協調統一，從而大大簡化工人的勞動，提升工作效率和質量。比如寶馬就秉持這樣的理念，推動智能科技與傳統制造的融合，推進智慧工廠與智能生產的融合，從而提升生產效率與能力。

①打造智能物流系統

與工控企業不同，普通制造企業除了需要完成產品的生產以外，還要完成產品上下游產業鏈的構建，因此不但要完成工廠內的智能化系統構建，也要完善工廠外的智能物流系統，以保證整條產業鏈的完整與高效。

②基礎生產設備的智能化改造

基礎生產設備如果不能實現智能化，整個生產的智能化也就無從談起，因此普通制造企業對于機器人系統和傳輸帶系統等保證基本生產工作的系統都十分重視，各制造商業在積極開展相關工作，建設示范工廠，主動推進自己的智能化進程。

③開發適合自己的管理系統

由于不同制造企業在產業鏈中的位置不同，需要完成的生產任務也大有不同，與上下游的關系和合作方式也因企業而異，因此不同類型的制造企業對于生產管理有不同的需求。所以制造企業在管理系統的研發方面也都十分積極。比如寶馬就開發出數據矩陣碼（data matrix code）為新的BMW 7系記錄了整個碳生產過程。

（五）德國企業在工業4.0背景下的知識產權動向

1、重點布局細分技術

知識產權作為技術的延伸，在某種程度上與技術的重點和發展等呈現一定的吻合性，總體上，工業4.0下德國企業的知識產權布局體現在以下幾個方面：

（1）機器互聯

機器互聯是工業4.0的重要內容之一，因此機器之間的交互均為重點。Beckhoff布局了關于傳感器之間相互進行數據傳輸的專利，同樣，其它德國企業也布局了機器互聯的專利。

（2）工業通信

①數據的實時化

使用傳感器采集數據以及基于采集的信號控制相關進程都屬于傳統技術，但在工業4.0的環境下，對于這項技術有更高的要求。其中最重要的要求就是數據的實時化，即數據的實時采集、實時處理、及實時控制。進而實現系統或設備間的無縫連接。

通過對已公開專利（Beckhoff目前已經公開的專利）的初步閱讀均涉及到了工業以太網的實時傳輸。

②數據傳輸的保障

為了實現這樣的連接，首先就要從接口和協議兩方面為數據傳輸提供保證。其次，也需要充分考慮到網絡和機械兩方面的安全問題。另外，也需要增強設備的數據處理能力，作為整個系統性能提高的基礎條件。通過對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據傳輸通信的安全問題。

③通信技術本身以及架構

隨著系統化程度的提升，設備間的聯系將更加密切，相關的連接設備也是保證工業4.0實現的重要因素，尤其是無線連接技術有很大的發展空間。此外，系統化的提高使得系統級的控制也變得日益重要。

通過對專利的初步閱讀，Beckhoff和其它德國企業目前已經公開的專利中，均涉及到了通信技術本身以及架構問題。

（3）智能控制

系統間關聯進行學習決策等

不僅是單純的對大數據庫的數調用，而且要求通過全球化的系統使得生產（或其他）系統之間具有自我學習、聯合控制、聯合決策等能力。

（4）人機交互

隨著智能設備的發展，人機交互界面的可能性大大提高。從多點觸控面板到智能手機，再到Google Glass，人機交互的便捷性日益提高。同時，相關的安全問題也逐漸凸顯。這些都是企業發展的方向。

2、各企業重點技術專利布局比對表

從專利的布局特點看，生產系統間在網絡實現交互技術、從單個傳感器到云端的各類系統、電氣設備等領域專利布局較為密集，反映出了這些技術的重要性和企業的掌握程度較高。這些特點也與德國工業4.0偏“硬”有關系。

六、工業4.0 下德國產業界的智慧工廠的最新進展

目前德國產業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設立的工廠，主要生產PLC、DCS和隸屬于SIMATIC系列，西門子S7系列控制器，遠程終端模塊ET200，HMI人機界面C7系列等產品，其使用自己提供的軟件和PLC自動化設備組建了數字化化生產系統。西門子在Amberg的智慧工廠目前已經達到了75%的自動化程度，另外25%需要人工協助。該工廠目前作為工業4.0的雛形工廠，主要實現了產品與設備的交互以及所有的過程均通過IT優化和控制。

1、產品與設備的交互

主要是通過大量的掃描儀提取產品的各類信息，追蹤產品的生命周期。車間的產品上都會有獨特的RFID碼，會告訴生產單元它本身需要什么服務，實現產品與設備的交互。為了按期交付，產品和機器將共同決定應當首先在哪條生產線上完成哪道工序。

2、IT優化和控制的工藝流程

西門子工廠通過Teamcenter實現產品生命周期管理。零件列表和生產計劃將直接傳遞到ERP，且技術信息傳遞到Simatic IT（MES）。通過不斷收集和補充來自Teamcenter的數據，完善各個軟件的信息，實現對工藝的控制和優化。

（二）Bosch 在Hombur的智慧工廠

Bosch是工業4.0中的引領者，其在工業4.0方面已經有100多個研發項目。

Bosch與Rexroth合作，在Hombur建立了智慧工廠。Hombur的工廠的一條生產線在2015年獲得了工業4.0獎項，被認為是實踐工業4.0的最佳生產線。

Homburg/Saar生產線特點在于：

該生產線在工件上利用RFID芯片;利用生產線上的9個智能的站點，來識別已經完成的產品是如何組裝的;哪一個操作步驟是必須的，顯示器向技術人員顯示出對應的工作指令。

（三）Wittenstein的智慧工廠

Wittenstein認可工業4.0對于其戰略發展的重要意義，其定位自身為工業4.0的引領者，致力于產品制造的優化和開發用于工業4.0的產品。Wittenstein希望利用其在Fellbach的工廠建立工業4.0概念?？傮w上，希望實現機床、生產工藝和半成品可在某一點上隨時通過網絡進行鏈接，人們可以在最后時刻更改齒輪的規格。

第三部分 工業4.0 下的機遇/挑戰以及啟示

七、工業4.0下中國制造企業發展面臨的機遇和挑戰

（一）機遇

1、從德國工業4.0戰略看CPS市場機遇

2010年7月14日，德國內閣提出“高科技戰略2020”。2012年德國政府通過“高科技戰略行動計劃”，其中包括十大“未來項目（future project）”，并將在2012-2015年投資84億歐元。工業4.0也是十大“未來項目”之一。并計劃在2020年，將德國打造成領先的CPS供應方。

從德國以及企業關于4.0的調研情況看中國至少存在以下機會：

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勢下，中國國內存在著巨大的CPS 市場，這也是中國在未來至少巨大的國內市場的支撐所在。

2、從德國工業4.0戰略看新一輪工業革命帶來的機遇

工業4.0的結果將是革命性的，在這樣的背景下，工業4.0對于德國企業的定位和技術發展都有深遠的影響。

從目前德國企業的行動戰略看：

①通過和IT業聯手，可以彌補在工業4.0 下的企業IT能力不足，例如IT與工控/自動化企業合作;

②通過提前參與到工業4.0 標準制定工作中，有可能會在未來占得先機;

③通過提前并購某些企業或者儲備一些相應的技術，有可能會在未來更好把握新的工業形勢下的機會;

總體上，盡管德國企業具有先天的3.0 的基礎優勢，但是同樣面臨一些需要解決的問題，如果中國企業在這些問題上（即便僅）有一小部分的改進，也有可能在未來的競爭中掌握一定的主動權。因此，中國企業面臨 “后發效應”和“彎道超車”的機遇。當然，中國企業由于先天基礎的薄弱，某些行業某些企業可能能夠有這樣的機會，對于更多企業，尤其普通制造業而言，更需要做的是看準方向，夯實基礎，堅持創新，穩步前行。

（二）挑戰

與機遇相比，中國工業面臨的挑戰更多，主要源于中國與智能制造相關的傳感器、自動/控制企業的整體競爭力尚需提高，中國的IT企業的整體競爭力，和作為CPS用戶的普通制造型企業的整體競爭力同樣尚需提高。

1、總體制造業的競爭力受到約束

①傳統制造業比重較大，且多處于工業2.0和工業3.0階段，不同地域和行業發展不平衡。

②制造業試圖簡單通過引入先進設備實現行業升級，造成的結果往往是“機器多、人少、問題多”，減少人員未必會帶來高效，管理機器的難度可能會更大。

③制造業處于全球價值鏈中低端，落后產能規模大，壟斷領域進入難。

④當前許多企業內部的基礎設施和人力等條件還不具備使用工業機器的要求，同時對于成本回報比率和周期的不確定性，許多企業對運用智能制造設備等仍有疑慮。

2、工控自動化/裝備制造業領域競爭力薄弱

①與發達國家相比，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、高檔數控系統、和工業應用軟件等不足5%全球市場份額。

工控自動化制造領域涉及三個不同層級企業：以西門子、Honeywell、Emerson等公司為代表的國際跨國企業，國內部分合資企業和大中型國內綜合型企業以及數量眾多水平較為落后的國內中小企業。

上述企業中，外資或合資企業占據重要位置，如Schneider、ABB、Siemens、Phoenix Contact、Honeywell、Emerson等。

②中國企業機器人普及率較低，目前中國每萬名工人機器人擁有量遠低于其他發達國家，且沒有掌握核心技術。

③核心零部件依賴進口，通過零部件功能設計和數字化來實現產品優化可能會成為一個瓶頸66。

在此領域中，縱觀整個行業，尚未發現在工控自動化或者是傳感器方面可能有良好基礎的企業。

3、IT/通信領域競爭力薄弱

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

IT業作為工業4.0的支柱之一，其某種程度上代表著整個工業4.0轉型的速度，目前中國很多IT企業已經開始嘗試進入工業領域，比如小米通過合作投資進軍可穿戴硬件和智能家居產品，阿里巴巴入股海爾、美的等。但是工業4.0產業競爭的制高點在于智能制造標準體系的建立，中國必須有如AT&T、思科、通用電氣、IBM、SAP等IT基礎設施領軍企業，才能在標準體系建設中掌握話語權，也才能在這場工業改革狂瀾中站穩腳步。

4、總體對于工業4.0處于概念認知階段

總體上，中國企業對于工業4.0尚處于概念認知階段，在工業4.0的部分要素中所涉及行動企業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爭的公司。因此，此處僅對各公司進行寬泛的研究。見諸于報端的與工業4.0有關的報道可能與工業4.0的部分要素看似相關但實則多數并不屬于真正意義上的工業4.0。

5、缺少有足夠科研實力的科研組織機構介入到工業4.0的項目發展研究中

目前見諸報端的與科研機構相關的科研組織的活動很難有屬于真正意義上的工業4.0研究。

6、人員

一線產業工人大部分是沒有受過技能教育和培訓的外來務工人員，這對制造業轉型升級的影響更為直接。

7、標準化問題

數據的標準化是“工業4.0”所面臨的最大挑戰之一，目前在世界上尚未有統一的標準，中國也存在標準化的問題。

（三）中國企業推進工業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“中國制造2025”;

②2014年10月9日，國務院總理李克強訪問德國，簽訂了《中德合作行動綱要》，并進一步于2015年7月簽署了《中德備忘錄》。

2、政策支持和項目資助

政府出臺多項政策，推動工業4.0的發展：

①工信部從2015年開始花大約三年時間，選擇重點領域，選擇一些地區、行業做一些試點和示范探索，不斷總結經驗，推進智能制造發展。

②2015年將推動中國寬帶網絡能力繼續躍升，積極支撐和服務智能制造，促進工業互聯網發展。

③2013年底，工信部發布了《關于推進工業機器人產業發展的指導意見》，提出到2020年，培育3-5家具有國際競爭力的龍頭企業和8-10個配套產業集群。④2012年政府出臺了《智能制造裝備產業“十二五”發展規劃》，總體目標是經過10年的努力，形成完整的智能制造裝備產業體系，總體技術水平邁入國際先進行列。

⑤2012年，149個項目分享了5億元物聯網發展專項資金，應用領域包括智能工業、智能農業、智能物流、智能交通、智能醫療等。

⑥2011年，物聯網發展專項資金5億元補助了近110個項目，主要包括智能傳感器、超高頻和微波RFID二維條碼識讀設備、和M2M設備等方面，可以看出，政府更多的是支持關鍵核心技術的研發，對標準的關注和要求遠遠沒有形成體系要求。

3、企業倒逼重視工業4.0

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

4、企業在開拓國內CPS市場時與中國企業的合作

由于中國國內市場巨大，因此，國外企業在進入中國市場時，通過與國內企業的合作更便于開拓市場，此過程提供了國內外企業共同學習和共同成長的機會。

（四）中國工業4.0的代表性企業的分析

為了對實施中國工業4.0的企業現狀進行深入了解分析，我們參考了工信部網站2015年5月19公示的94個2015年智能制造專項項目，申報單位涉及十幾家科研院所和上市公司73，我們將上述企業理解為承擔中國工業4.0的相關單位。同時，也對一些雖未承接上述項目，但對在工業4.0概念下積極響應并且具有一定基礎的代表性企業進行了分析。在篩選確定分析樣本企業的過程中，我們也同時參考了2015年中國五百強企業排行榜，遺憾的是，該排行榜中的企業多為能源型企業，鮮見高科技企業，因此，經過綜合篩選，選取了以下企業進行樣本分析。

1、自動化企業

（1）和利時

和利時是國內企業中自動化與信息技術解決方案供應商，其此次承擔的工業4.0的項目名稱為“軌道交通裝備智能制造信息交換以及互操作標準以及試驗驗證系統”。該公司的主要產品包括PLC、DCS等。該公司為地鐵項目提供PLC，例如PLC的隧道監控系統，已經在美國納斯達克上市。該公司目前在DCS方面例如在核電、化工、水泥、熱電等領域具有一定優勢。

在工業4.0下，和利時認為未來可能出現一類通用的工業控制器代替如今的PLC。這類通用的工業控制器支持邏輯控制、運動控制、調節控制、工業互聯網和先進的算法等，進一步向物聯網、云計算邁進，這是未來控制器的一個發展方向73。

（2）浙江中控

浙江中控集團是國內裝備自動化和工藝自動化的國內領先企業，其在國內DCS系統市場份額較為領先。該公司為依托浙江大學的資源，目前是在國內自動化企業中發展較好的一個企業。該公司的產品主要包括流程工業自動化、裝備自動化和機器人等。該公司在DCS方面例如在石化、化工控制等領域具有一定優勢。

在工業4.0下的戰略和產品方面的行動：浙江中控集團與中鴻集團簽署了戰略協議，協同提升控制自動化水平。浙江中控集團此次并未申請2015年智能制造專項項目。

（3）重慶川儀

重慶川儀自動化股份有限公司（以下簡稱“川儀股份”）設立于1999年11月，其前身是1965年從上海、江蘇、遼寧等地內遷重慶的四川熱工儀表總廠，是上世紀六十年代國家重點布局的三大儀器儀表制造基地之一。經過多年建設與發展，已經成為國內比較領先的自動化裝置的制造商。 該公司主要產品包括自動化控制系統、工業自動化儀器儀表等。

在工業4.0下，重慶川儀參加了2015年智能制造專項項目中的工業傳感器全生命周期數據閉環智能制造新模式的課題。

總體上，由于技術力量的薄弱，在自動化領域，本土企業的DCS市場主要集中在小型項目上，很難進入到大型項目所屬的高端市場中，中高端市場基本為國外企業所壟斷。上述企業的技術力量也和國外企業有巨大差異，類似如和利時83和浙江中控等已經屬于國內企業中較為領先的企業，但如和利時高管所說，“和利時目前專做國際知名品牌不愿意做或者不能做的地區和項目”，其總體上屬于低端業務，由于工程應用能力、質量、聲譽等原因，這些產品的應用對象，除電力外，仍以中小工程項目為主，或用于大型工程項目的非主要部分，用量更大的大型石化工程主控系統尚未能進入。這也同時說明了盡管國內企業在DCS領域有所進步，但是總體上和國外的自動化企業的差距仍然較大，國產控制系統難以進入重大工程的關鍵、核心、和主體裝備。同時如中控高管所說的，我國企業與國外企業還有較大差距。同時，和利時在2013年福建寧德核電站一期1號機組正式投入商運，意味著國內企業打破國外企業壟斷PLC產品，在PLC領域，95%的市場仍然被外國產品占領。

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

（4）專利布局

國內自動化企業總體水平較國際水平較為落后，同時這些企業的專利布局也證實了這一點，以下針對上述三家企業和德國的三家自動化企業的專利做代表性分析，以明確中國企業的差距。

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

其次，基于工業4.0相關的一些重要的一級技術，針對中國企業和德國企業的專利總量進行比對分析，西門子作為工控領先企業與其它企業之間存在顯著性的領先差距。為了看清楚除西門子之外的其它企業與中國工控類企業的比較，現將西門子的數據作限制處理（即超出100件的數量將不再顯示，僅僅以100件作為示意，同樣，由于西門子的明顯領先位置，將不再對其作詳細分析和闡述），進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，同樣，領先于beckhoff和重慶川儀。PLC技術方面中國三家企業也僅有少量專利布局。RFID技術中，Phoenix Contact的優勢非常明顯。設備間互聯通信技術中，同樣也是Phonenix Contact和beckhoff具有明顯優勢?？傮w上，在各個技術分支下，中國企業具有明顯的劣勢。

2、制造型企業

三一集團是中國工程機械行業的領先企業。該公司入選為中國智能制造的首批示范企業。該企業的主要產品包括挖掘機、鋪路機、攪拌機等重型機械。

2011年，三一在長沙投入建設的總裝車間是三一相對而言自動化程度較高的車間。該車間包括大型計算系統和機械化的操作工具、大型生產設備的智慧體，每一次生產過程、每一次質量檢測、每一個工人的勞動量都記錄在案，可以達到一小時下線一臺泵車的速度。

三一通過自主開發的信息系統——ECC全球企業控制中心，可以控制設備、就近派工服務，同時采集油耗、安全等信息。ECC（企業控制中心）通過安裝在設備上的各類傳感器、控制器，實時向ECC回傳數據，掌握設備的工況，并提出設備的后續服務建議。

三一集團對于工業4.0是比較重視，在總體上比較關注智能化制造，這可能與三一集團之前并購德國企業Putzmeist相關，同時，三一集團也在與SAP進行合作。從其所描述的95的目前的不同生產線的情況來看，三一集團的整體水平處于3.0和2.0并存的階段。

3、通信/IT企業

華為公司是中國通訊行業的領先企業，是中國優質的民營企業，也是中國企業國際化的代表性企業。

華為認為工業4.0需要一個全新的ICT（（Information Communication Technology，信息和通信技術）基礎架構，其基礎是智能的全聯接工業互聯網。

工業4.0時代表現特征有三方面：第一是創新的統一平臺，合作一定是建立在統一的平臺上;其次是要有實時穩定的移動寬帶敏捷網絡作為支撐;最后是萬物互聯96。

1、統一平臺

華為與恩智浦半導體公司合作，將華為的ICT基礎設施和連接解決方案與恩智浦半導體的工業4.0安全連接解決方案充分結合，打造工業4.0 ICT平臺。

云端平臺，華為與SAP進行合作，結合華為ICT基礎設施的優勢，將華為的ICT基礎設施和聯接解決方案與 SAP HANA云平臺、應用和分析工具相互整合，與SAP共同打造物聯網和云的差異化解決方案98。

2、支撐網絡

華為認為5G網絡是工業4.0實現的關鍵基礎設施，并且華為5G技術處在世界領先地位99。

3、萬物互聯ICT架構

最底層，針對未來數量龐大且種類繁雜的智能設備，打造開放的智能物聯網網關（CN201210349114.8、CN201110258309.7、CN201180001275.1），兼容各類終端設備的接口協議;然后依靠5G通信網絡與敏捷網絡（CN201380035267.8、CN201310141854.7）組成的高質量數據傳輸通道，將數據輸送至ICT多應用協同分布式平臺（CN201280000884.X、CN201110243086.7、CN201410038179.X），實現設計、生產、檢測、物流的跨區域跨行業的流通協作。

如前所述，華為公司在工業4.0時代具有強大優勢。首先，在通信領域經過二十多年的發展，華為掌握著核心技術（在骨干網、城域網和企業網等領域都具有強大的技術積累），由企業網（ICT業務）向“工業互聯網”延伸，具有先發優勢。其次，華為作為一家國際化的公司，具有很強的全球資源整合能力，其獨立知識產權的手機芯片——海思芯片，就是在這種背景下研發出來的。再次，華為管理哲學具有很強的生命力，其“以客戶為中心”的指導思想，以“項目+組織平臺支持”的組織能力，為華為向若干重點行業的智能化升級提供了組織保障。最后，華為通過與SAP共同打造物聯網和云的差異化解決方案，為全球行業客戶快速和簡易地進入物聯網和云部署提供保證，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大中型企業“工業互聯網”建設的最大受益者。

八、工業4.0的啟示

（一）企業相關的建議

工業4.0帶給了中國企業新一輪的機遇和調整，在發展過程中，中國企業應當正視自己面臨的問題，向德國企業認真學習，以在工業4.0的過程中，能夠和德國企業共同成長。以下是德國工業4.0以及德國企業給出的關于工業4.0的啟示：

1、專業務實的科研、產品精神

工業4.0是一次工業革命，但在一些德國企業看來，其更是德國工廠高度自動化的必然結果，這也是德國能夠提出工業4.0的原因。智能制造和智慧工廠要求一定的工業基礎并且是由眾多技術支撐才有可能實現的，在此基礎上的技術仍然需要進一步研究與發展。如第七部分中詳細指出的，目前中國制造型企業大部分尚且處于工業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、自動控制技術、IT技術等問題。

在這樣的背景下，企業在提升的過程中，需要了解清楚本行業在工業4.0的背景下哪些方面需要做提升和改進，譬如務實的專業、科研和產品精神，加強向德國企業的學習，掌握技術，積累一定的研發能力，通過與先進企業合作以及自我研發，逐步縮小與先進企業的差距。

需要指出的是，工業4.0不等于“互聯網+”，工業4.0也不是互聯網、大數據、云計算這些概念的簡單集合，同樣也不是所謂的“互聯網思維”。它需要按照工業4.0的標準對傳統的傳感器技術和自動/控制技術進行創新，并將這些傳統技術和IT企業等各方面的先進技術融合，尤其重要的是基于對上述技術的深刻理解，從而對于上述技術進行有目的地整合和創新。在解決工業基礎薄弱和工業技術升級的問題中，需重視基礎和傳統技術，專業務實地開展工作，不斷積累企業的研發實力和提升獲得先進技術的能力，避免工業4.0 成為又一次的噱頭勝宴。

2、戰略層面的考慮

在企業的戰略層面，每一家企業都會有不同的戰略，但是需要注意在工業4.0 下面的一些戰略的共性問題：

（1）標準問題

工業4.0融合了傳統生產系統、IT云網絡、傳感器系統等多種工業網絡系統，但這些網絡之間往往具有完全不同的通信協議，標準化問題就成為工業4.0發展的一個重要問題。這也是為什么每一個家企業都需要考慮的標準問題。

（2）企業的信息化問題

由于工業4.0最終實現各個生產要素之間的互聯，通過數據傳輸和信息交換來實現智能制造，因此，未來的企業需要較高的信息化能力。針對自動化企業這方面的戰略考慮尤其突出。同時，對于普通制造型企業而言，即便作為信息化系統的用戶，由于系統本身的高度信息化，其實質上對用戶的信息化能力也有一定的提高要求。

（3）產品增加符合工業4.0的設計

由于工業4.0在未來的主導地位，必須要考慮產品在近期未來和遠期未來需要作出哪些適應修改。

（4）技術和人員儲備

由于工業4.0在未來的主導地位，必須要提前做好技術儲備和人員的培養，以適應未來的發展。在工業4.0的發展過程中，人是利用工具的主體，只有人強大了，才能夠更好地發揮工具的長處。

（5）加強與德國企業的合作

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

3.聚焦與4.0相關的各種細分技術

工業4.0的相關企業主要涉及傳感器企業、工控/自動化企業、IT企業以及普通制造型企業。由于不同企業提供的服務在工業4.0的框架下不同，因此，各類型企業應當聚焦于本領域的細分技術。以下所給出的是基于工業3.0的基礎上開展的重點細分技術的方向總結，基于工業2.0基礎之上的需要同時注意工業2.0與工業3.0的差異。

（1）傳感器類企業/普通制造型企業

為了滿足工業4.0高度自動化、實時化、高準確性等需求，圍繞傳感器展開的研究也相對較多，從先進的德國傳感器企業可以學習到的是需要重視以下細分技術：

①通過植入數據處理電路或微處理器，增強傳感器階段的數據處理能力，從而大大提高所采集的數據在后續階段的兼容性。同時還能增強傳感器的抗干擾能力和實時采集能力。

②由于人機協作增多，對于安全傳感器的要求也隨之升高。光柵、光幕等技術基本可以滿足要求，目前主要3D相機監控系統是研發重點。

③RFID傳感器是產品追蹤的重要技術，因此是目前最重要的傳感器技術之一。針對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產品進行掃描識別。

④為了滿足網絡化的需求，傳感器接口都采用I/O Link技術。

普通制造型企業應當評估在未來發展戰略中上述技術的使用對于企業的意義。

（2）機器人企業/普通制造型企業

機器人是工業生產中的重要一環，需要重視機器人的以下技術：

①機器人需要具有自我管理、配置的能力，機器人之間可以進行相互合作：目前實現這種構想的較少。

②機器人系統與安全系統的整合度增高：人機交互增加，對于機器人安全也愈發重要。

③機器人與傳輸帶的協調控制問題：普通制造型企業應當評估在未來發展戰略中上述技術的使用對于企業的意義。

（3）傳輸帶企業/普通制造型企業

傳輸帶是工業生產中的重要一環，其中綜合了傳輸技術和各類傳感控制技術，需要加強不同技術綜合的研究。普通制造型企業應當評估在未來發展戰略中上述技術的使用對于企業的意義。

（4）網絡企業/普通制造企業

網絡層主要是連接現場層與上層或者現場層設備之間的紐帶，是實現實時化傳輸的重要保證，其主要涉及網絡建設、接口技術、協議以及網絡安全等問題。

① 網絡建設：加大基礎設施的研發力度，使自身擁有基本的網絡建設能力。

② 接口技術：接口技術屬于工業4.0中最通用的技術，哪怕是現場層的企業，也需要掌握優良的接口技術。

③ 網絡安全：網絡安全問題是工業4.0所面臨的重要挑戰，而目前的相關技術還沒有成熟。其難度在于如何將IT的安全技術與工業生產控制向結合。普通制造型企業應當評估在未來發展戰略中使用上述技術對企業的意義。

（5）工控/自動化企業/普通制造企業

①工業控制器/分布式控制系統

對于控制器的研發應當是工控/自動化企業的重點，各種優良的控制器層出不窮。在工業4.0背景下的主要改進在于控制理念，首先在于設備的自動配置，更有便捷的對傳感器系統進行統一配置的相關軟件及設備。隨著控制功能的下移，越來越多的底層設備將獲得控制能力，而中央控制將弱化，因此分布式控制系統將成為重點。

②硬件

a.多點觸控面板：傳統的觸控面板已經在工業生產中得到廣泛使用，使用多點觸控面板則可以使工人在操作中進行更多的操作動作，為更高層次的控制打下基礎。

b.移動終端：移動終端包括智能手機、平板電腦、Googleglass等智能設備，目前相關技術已經可以實現。

總體上來說，實現上述控制技術并沒有很大的技術難題，目前的主要挑戰還是來自于安全問題。

③軟件

軟件操作的重點在于可視化問題，同時能夠實現人機交互，并針對傳感器和執行器進行配置。普通制造型企業應當評估在未來發展戰略中使用上述技術對企業的意義。

（6）IT企業/普通制造企業

在工業4.0中，云端依舊執行存儲和計算工作，是實現企業互聯、企業數據交互分析的保證，因此是工業4.0的核心要素之一。云技術領域也是企業重點發展的技術領域之一，例如將工業網絡與云結合以及結合云的安全控制技術等。普通制造型企業應當評估在未來發展戰略中上述技術的使用對于企業的意義。

在上述技術中，我們認為，德國和日本企業在傳感器技術、自動化控制技術尤其是PLC等相關技術領域已經達到一定的程度，因此我國企業應當通過許可或者買賣的方式引入。同時，我國民用市場已經具備一定競爭力的技術，例如移動終端等，則可以考慮通過改進型創興方式將其運用于在工業領域中。在以工業高度自動化為基礎的工業4.0的技術發展中，獨立創新技術雖然存在困難，但從目前調研的情況來看，在工業4.0的各個相關要素中，我國的一些企業已經開始了相關的研究與研發，在針對工廠自身個性化的技術（例如以太網的網絡拓撲設置等技術）中，可以考慮獨創性研究并通過專利對各自具有獨特應用特點的創新進行保護。

4、重視與工業4.0相關的各種技術的專利布局

專利作為技術的自然延伸，其重要性對于以高科技為特點的工業4.0來說不言而喻。

在開展專利布局的時候，要考慮到工業4.0下專利布局的特點：

（1）考慮到標準的專利布局

工業4.0融合了傳統生產系統、IT云網絡、傳感器系統等多種工業網絡系統，但這些網絡之間往往具有完全不同的通信協議，標準化問題就成為工業4.0發展的一個重要問題。當標準遇到專利的時候，就會產生一系列的問題，因此，工業4.0中的標準專利應是重中之重。

標準與專利的結合在通信領域中的顯得尤為突出，標準專利的權利擁有量也成為通信企業在市場競爭中的核心競爭力之一。在工業4.0的大背景下，相關的企業將都可能受到標準的約束，因此，標準專利的布局也是在專利布局層面上的一個前瞻性考慮。

（2）考慮到最新技術前沿的專利布局

如前所述，工業4.0的技術前沿在不同的技術層面是不同的，因此，需要考慮到最新技術前沿進行專利布局。

（二）政府相關的建議

1、政府角色定位

如前所述，政府在工業4.0中的重視程度對于中國工業4.0具有非常大的推動作用。同時，通過加強中德政府間對話，使得中國企業能夠參與到德國的工業4.0中，對于企業的發展的有利作用是顯然的。

除了扮演促進中德合作的政府角色以外，需要指出的是，政府在推動中國工業4.0的過程中，需要更多側重于將推動力量轉換為企業的內力，將進行工業升級作為企業的自發推動，從而實現這場工業革命的推動力度真正強大。如德國的工業4.0，本質上的推動力量是來源于企業的，因此，推動的力度也是非常之大。因此，政府應當在給予支持的前提下，承擔一個輔助的角色，而非主導的角色。

基于以上所述，政府應在企業在工業4.0的中德企業的合作和人才引進中發揮促進作用。

此外，在工業4.0的相關技術領域，建議由政府給予適當引導和政策支持，促進相關行業的中國企業能夠積極介入涉及工業4.0的創新活動甚至標準建立，使得企業的創新和發展方向明確，發展少走彎路，最終形成一批可以在國際上與國外先進企業具備競爭能力的骨干力量。

2.創新文化的制度保障

工業4.0本身需要創新文化的制度保障。整體的知識產權司法環境的改善會對于創新文化的營造起到積極作用。目前國內的知識產權侵權執法的制度和執行需要進一步加強。

3、工業4.0試點項目與中國制造2025的總體定位的一致性

中國制造2025的總體定位于工業2.0補課，工業3.0普及以及工業4.0的目標，這在一定程度上與中國目前的工業實際情況是符合的。在工業4.0的項目試點實施中，建議以一些重點技術領域的工業3.0普及以及工業4.0的目標相關的項目開展活動，尤其是分別針對與工業4.0相關的不同類型企業均進行相關資助，例如傳感器類企業、自動化類企業、IT類企業等。譬如IT類企業，其實質上是實現工業4.0的過程中的重要的一種類型的企業，也需要在這些項目試點中進行考慮。同樣， 在上述項目試點實施中，也應當考慮到針對工業4.0和工業3.0的項目進行區分，從而對上述項目目標實現針對性地考核。

4、關于專利相關法律的前瞻性法律的修訂

工業4.0是信息驅動的又一次工業革命，由于各個要素的互聯，信息傳輸和交換成為各個要素互聯的基礎，而實現信息傳輸和交換的一些技術中，有一些是偏向硬件的技術，而另外一些則是偏向軟件的技術。這些偏向軟件的技術是否能夠成為專利法的保護客體，需要進一步進行考慮。考慮到我國目前并不允許軟件相關技術方案作為專利保護的客體，因此，政府需要提前考慮對于相關法律的修訂，以適應于未來的發展。特別是，建議關注國內外涉及工業4.0的產業專利發展趨勢，并適時對有關法律法規進行修改調整，為企業在工業4.0的發展過程中提供助力，為國家工業4.0的創新發展保駕護航。

版權聲明：本文參考資料因版面所限，不能全部體現，完整索引信息請詳見：

http：//www.chinaipmagazine.com/news-show.asp？18495.html