工業4.0與制造業的未來

安筱鵬

工業4.0與制造業的未來

安筱鵬

近年來，德國將工業4.0上升為國家戰略，美國提出重返制造業，在這樣的國際背景下，中國如何繼續保持制造業大國的地位，如何實現制造業強國的目標？

“工業4.0”是什么？

“工業4.0”（Industry 4.0）是德國政府《高技術戰略2020》確定的十大未來項目之一，并已上升為國家戰略，旨在支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新。德國政府提出“工業4.0”戰略，并在2013年4月的漢諾威工業博覽會上正式推出，其目的是為了提高德國工業的競爭力，在新一輪工業革命中占領先機。德國學術界和產業界對工業發展歷程進行了概括：與國際社會關于第三次工業革命的說法不同，前三次工業革命的發生，分別源于機械化、電力和信息技術。他們將18世紀引入機械制造設備定義為工業1.0，20世紀初以電力為代表的電氣化為2.0，始于20世紀70年代的以信息技術為代表的生產工藝自動化定義為3.0，而物聯網和制造業服務化迎來了以智能制造為主導第四次工業革命，或革命性的生產方法，即“工業4.0”。德國“工業4.0”戰略旨在通過充分利用信息通訊技術和信息物理系統（CPS）相結合的手段，推動制造業向智能化轉型。

——工業4.0是互聯。工業4.0是生產設備之間、生產設備和產品間、虛擬與現實間、萬物間的互聯。西門子、博世和蒂森克虜伯的專家在交流時都提到，工業4.0的核心是連接，要把設備、生產線、工廠、供應商、產品、客戶緊密地連接在一起?！肮I4.0”適應了萬物互聯的發展趨勢，將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通信設施通過信息物理系統（CPS）形成一個智能網絡，使得產品與生產設備之間、不同的生產設備之間以及數字世界和物理世界之間能夠互聯，使得機器、工作部件、系統以及人類會通過網絡持續地保持數字信息的交流。

——“工業4.0”是集成?！肮I4.0”將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通信設施通過CPS形成一個智能網絡，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。集成是德國工業4.0的關鍵詞，也是長期以來中國推動兩化融合的關鍵詞。在兩化融合評估體系中，將兩化融合分為起步階段、單項應用階段、綜合集成階段、協同創新階段等四個階段，綜合集成是信息化和工業化融合走向縱向重要標志，中國兩化融合主要強調了企業間的橫向集成和企業內部的縱向集成，而德國工業4.0增加了端到端的集成。

——“工業4.0”是數據。德國機械設備制造業協會及SAP的專家在交流時都提出，工業4.0的核心就是數據。SAP高級副總裁柯曼說,企業數據分析就像汽車的后視鏡，開車沒有后視鏡就沒有安全感，但更重要的是車的前檔風玻璃——對實時數據的精準分析。從工業1.0、2.0、3.0演進的角度來看，這一認識不無道理，數據是區別于傳統工業生產體系的本質特征。在“工業4.0”時代，制造企業的數據將會呈現爆炸式增長態勢。隨著信息物理系統（CPS）的推廣、智能裝備和終端的普及以及各種各樣傳感器的使用，將會帶來無所不在的感知和無所不在的連接，所有的生產裝備、感知設備、聯網終端，包括生產者本身都在源源不斷地產生數據，這些數據將會滲透到企業運營、價值鏈乃至產品的整個生命周期，是工業4.0和制造革命的基石?！肮I4.0”的實施過程實際上就是制造業創新發展的過程，制造技術、產品、模式、業態、組織等方面的創新將會層出不窮。

——工業4.0是轉型。在“工業4.0”時代，物聯網和（服）務聯網將滲透到工業的各個環節，形成高度靈活、個性化、智能化的產品與服務的生產模式，推動生產方式向大規模定制、服務型制造、創新驅動轉變。工業4.0是的一個發展、動態的概念，工業4.0是一個理解未來信息技術與工業融合發展的多棱鏡，站在不同的角度會有不同的理解，工業4.0是互聯，是集成，是數據，是創新，是服務，是轉型；工業4.0是CPS，是智能工廠，是智能制造；工業4.0是國家戰略，也是企業行為。

但從根本上來講，“工業4.0”是一種在信息技術發展到新階段產生的新的工業發展模式。從終極目標來看，工業4.0不能為技術而技術，核心在于提高企業、行業乃至國家的整體競爭力。從企業來看，通過“工業4.0”可以實現勞動生產率大幅提高，產品創新速度加快，滿足個性化需求，減少能耗，提高產品質量和大幅提升附加值，顯著增強企業核心競爭力；從行業來看，通過“工業4.0”可以建立起高度協作的創新服務體系，提高整個行業的資源配置和運行效率；從政府來看，通過“工業4.0”進一步鞏固德國制造業優勢，搶占新一輪產業競爭的制高點。

當今中國實施“工業4.0“落腳點在哪里？

德國工業4.0的一位權威專家說，當前在全球新一輪產業技術革命的主戰場是德國、美國和中國。德國提出了“工業4.0”，美國提出了產業互聯網，中國提出了兩化深度融合戰略。

2014年11月8號，中國工業與信息化部部長苗圩在接受《人民日報》專訪時指出，中國兩化深度融合與德國工業4.0如出一轍、異曲同工、殊途同歸。從目標、理念、路徑、方法的角度來看，中國企業整體的信息化與德國還是有較大的差距。德國工業企業整體上處于工業3.0階段，而中國企業整體上處于2.0階段，中國面臨更加復雜而艱巨的任務，面臨兩步并作一步走的挑戰。

我們也要看到自己的優勢，尤其是不要低估了中國的互聯網企業在這一輪產業變革中的引領作用。2014年11月19日，習近平總書記給世界互聯網大會的賀詞中說，互聯網日益成為創新驅動發展的先導力量。李克強總理在會見大會中外代表時指出，互聯網是大眾創業、萬眾創新的新工具。在互聯網經濟方面中國已經走出一條不同于歐美國家的新路，這些業務轉型的方向，也是工業4.0所倡導的方向。

借鑒德國“工業4.0”是為了更好地認識我國工業發展面臨的國際環境和精準地對本國工業化進行定位，從而找到本國未來工業化的出路和政策走向。從這個角度來看，認識和理解工業4.0就是認識和理解兩化融合。因此，看待工業4.0，既要有國際視角，更要有中國視角；既要有技術視角，更要有轉型視角；既要有理論視角，也要有實踐視角；既要政府視角，也要企業視角。只有這樣，我們的觀察才有針對性、指導性和現實性。

“工業4.0”和兩化融合概念的核心和本質都是智能制造。智能制造涵蓋了產品智能化、裝備智能化、生產智能化、管理智能化和服務智能化。各省市圍繞中共中央十七大和十八大兩化融合的文件精神，并根據區域實際情況已經在智能制造專項工程、行業區域試點、新業態培育、綜合標準體系、管理體系推廣等方面邁出了探索的步伐。比如，上海“四新”戰略：新技術、新產業、新業態、新模式。浙江“四換三名”戰略：四換即騰籠換鳥、機器換人、空間換地、電商換市，三名即名企、名品、名家?？v觀全國，李克強總理預示萬眾創業、大眾創新的時代將要到來。所以，中國學習和借鑒德國“工業4.0”，歸根結底是要繼續深化兩化融合，繼續推進工業領域的智能制造。

未來制造業角逐的焦點是什么？

產業生態系統主導權之爭。第一次之爭，美國通過其在操作系統、芯片、產業鏈整合能力上的優勢，從歐洲奪回通信產業領導權。第二次之爭，20世紀70年代中期-90年代初，美國和日本在半導體產業中展開了博弈：日本崛起，美國衰落。而美國在全面了解在半導體產業所處的危險境地后，通過立法和實施行政措施等手段使美國半導體產業再一次走在了世界的前列。20世紀90年代中期以后，美國重奪半導體產業的主導權。第三次之爭，進入新世紀，美國確立了在集成電路、傳感器、操作系統、互聯網、計算機、網絡設備的優勢地位，并通過構建產業生態系統鞏固領導廠商的地位。

新一輪產業革命中，美國戰略是把ICT領域的優勢向制造業領域拓展，或者叫競爭優勢的移植戰略。由此，各國在產業生態系統主導權上展開了爭奪，爭奪經歷五個階段，（1）計算機階段——（2）移動智能終端階段——（3）智能電視、可穿戴設備——（4）智能產品階段（智能汽車、智能機器人）——（5）智能制造生態系統。

從以上發達國家經歷的五個階段來看，智能制造是一個高層級的階段，它可以表述為系統的系統。它是一個漸進和持續的過程，遵循著事物發展的自然規律。那為什么說智能制造是系統的系統呢？智能制造是一個復雜巨系統的形成。譬如，車間里的機器一部智能手機，通過更新操作系統實現功能升級，通過工業App實現各種功能即插即用，通過API不斷擴展制造生態系統，所有的機器、產品、零部件、能源、原材料，所有的研發工具、測試驗證平臺、虛擬產品和工廠，所有的產品管理、生產管理、運營管理流程，所有的研發生產管理銷售員工、各級供應商、銷售商以及成千上萬個客戶，都將是這一系統的重要組成部分——一個基于“云—管—端”新型復雜制造體系正在形成。智能制造的本質是在重組客戶、供應商、銷售商以及企業內部組織的關系，重構生產體系中信息流、產品流、資金流的運行模式，重建新的產業價值鏈、生態系統和競爭格局。從這個意義上來看，智能制造必將帶來新的競爭格局。

▲兩化融合的主攻方向應該定位為智能制造。工作的重點應落實在產品的智能化，新技術、新產品、新業態、新模式（云計算、大數據），產業支撐，創客機制等方面。圖為海康威視的智能產品升級展示屏。

中國在這輪競爭中，如何搶占先機和主導權？

首先，需要有政策保障。中共中央在十六大、十七大、十八大中不斷地強調兩化融合，并突出了兩化融合的重要性。圍繞智能制造專項工程、行業區域試點、新業態培育、綜合標準體系、管理體系推廣等方面各級政府需要優先布局和考慮。

其次，若要打造中國在智能制造上的優勢，需在以下四方面上下功夫。制度上，需鼓勵創新與加強監管間的平衡；市場上，需把龐大、復雜、多元化市場優勢轉化產業優勢；產業上，需組建互聯網+ICT（先遣隊）+傳統產業的聯合艦隊；人才上，需打造大眾創業、萬眾創新的外部環境。

此外，兩化融合的主攻方向應該定位為智能制造。工作的重點應落實在產品的智能化—智能汽車、智能機器人，從單機智能化——智能生產線——智能車間——智能工廠，新技術、新產品、新業態、新模式（云計算、大數據），產業支撐，創客機制等方面。

最后，要培養產業創新能力。要明確制造業發展理念（工業4.0、產業互聯網）的背后是技術體系、標準體系、產業體系，這些體系背后是智能制造產業生態系統的主導權，要掌握產業發展主導權，就要培養產業創新的能力。如何圍繞產品、生產裝備、設計工具、客戶資源、供應鏈、第三方應用等智能制造系統各種要素資源進行精準配置調用，提升及構建跨平臺操作系統、芯片解決方案、網絡解決方案能力。面對智能工廠快速普及，如何提升智能工廠系統解決方案、智能裝備創新能力、基礎產業（材料、工藝、器件）創新能力。

圍繞各種制造資源的碎片化、在線化、再重組、再封裝的機遇，如何培育新技術、新產業、新業態以及新的商業模式創新能力。如何圍繞市場需求的個性化及快速變化的趨勢，構建企業需求鏈、產業鏈、供應鏈、創新鏈的快速響應與傳導能力，以及如何構建與之上述智能制造趨勢相適應的政策法律環境和體系。諸如此類的問題，都是我國從上到下需要深刻思考的課題。

“工業4.0”是一種在信息技術發展到新階段產生的新的工業發展模式。從終極目標來看，工業4.0不能為技術而技術，核心在于提高企業、行業乃至國家的整體競爭力

作者為工業和信息化部電子信息司副司長