工业4.0与制造业的未来

安筱鹏

工业4.0与制造业的未来

安筱鹏

近年来，德国将工业4.0上升为国家战略，美国提出重返制造业，在这样的国际背景下，中国如何继续保持制造业大国的地位，如何实现制造业强国的目标？

“工业4.0”是什么？

“工业4.0”（Industry 4.0）是德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一，并已上升为国家战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。德国政府提出“工业4.0”战略，并在2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出，其目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。德国学术界和产业界对工业发展历程进行了概括：与国际社会关于第三次工业革命的说法不同，前三次工业革命的发生，分别源于机械化、电力和信息技术。他们将18世纪引入机械制造设备定义为工业1.0，20世纪初以电力为代表的电气化为2.0，始于20世纪70年代的以信息技术为代表的生产工艺自动化定义为3.0，而物联网和制造业服务化迎来了以智能制造为主导第四次工业革命，或革命性的生产方法，即“工业4.0”。德国“工业4.0”战略旨在通过充分利用信息通讯技术和信息物理系统（CPS）相结合的手段，推动制造业向智能化转型。

——工业4.0是互联。工业4.0是生产设备之间、生产设备和产品间、虚拟与现实间、万物间的互联。西门子、博世和蒂森克虏伯的专家在交流时都提到，工业4.0的核心是连接，要把设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户紧密地连接在一起。“工业4.0”适应了万物互联的发展趋势，将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过信息物理系统（CPS）形成一个智能网络，使得产品与生产设备之间、不同的生产设备之间以及数字世界和物理世界之间能够互联，使得机器、工作部件、系统以及人类会通过网络持续地保持数字信息的交流。

——“工业4.0”是集成。“工业4.0”将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够互联，从而实现横向、纵向和端对端的高度集成。集成是德国工业4.0的关键词，也是长期以来中国推动两化融合的关键词。在两化融合评估体系中，将两化融合分为起步阶段、单项应用阶段、综合集成阶段、协同创新阶段等四个阶段，综合集成是信息化和工业化融合走向纵向重要标志，中国两化融合主要强调了企业间的横向集成和企业内部的纵向集成，而德国工业4.0增加了端到端的集成。

——“工业4.0”是数据。德国机械设备制造业协会及SAP的专家在交流时都提出，工业4.0的核心就是数据。SAP高级副总裁柯曼说,企业数据分析就像汽车的后视镜，开车没有后视镜就没有安全感，但更重要的是车的前档风玻璃——对实时数据的精准分析。从工业1.0、2.0、3.0演进的角度来看，这一认识不无道理，数据是区别于传统工业生产体系的本质特征。在“工业4.0”时代，制造企业的数据将会呈现爆炸式增长态势。随着信息物理系统（CPS）的推广、智能装备和终端的普及以及各种各样传感器的使用，将会带来无所不在的感知和无所不在的连接，所有的生产装备、感知设备、联网终端，包括生产者本身都在源源不断地产生数据，这些数据将会渗透到企业运营、价值链乃至产品的整个生命周期，是工业4.0和制造革命的基石。“工业4.0”的实施过程实际上就是制造业创新发展的过程，制造技术、产品、模式、业态、组织等方面的创新将会层出不穷。

——工业4.0是转型。在“工业4.0”时代，物联网和（服）务联网将渗透到工业的各个环节，形成高度灵活、个性化、智能化的产品与服务的生产模式，推动生产方式向大规模定制、服务型制造、创新驱动转变。工业4.0是的一个发展、动态的概念，工业4.0是一个理解未来信息技术与工业融合发展的多棱镜，站在不同的角度会有不同的理解，工业4.0是互联，是集成，是数据，是创新，是服务，是转型；工业4.0是CPS，是智能工厂，是智能制造；工业4.0是国家战略，也是企业行为。

但从根本上来讲，“工业4.0”是一种在信息技术发展到新阶段产生的新的工业发展模式。从终极目标来看，工业4.0不能为技术而技术，核心在于提高企业、行业乃至国家的整体竞争力。从企业来看，通过“工业4.0”可以实现劳动生产率大幅提高，产品创新速度加快，满足个性化需求，减少能耗，提高产品质量和大幅提升附加值，显著增强企业核心竞争力；从行业来看，通过“工业4.0”可以建立起高度协作的创新服务体系，提高整个行业的资源配置和运行效率；从政府来看，通过“工业4.0”进一步巩固德国制造业优势，抢占新一轮产业竞争的制高点。

当今中国实施“工业4.0“落脚点在哪里？

德国工业4.0的一位权威专家说，当前在全球新一轮产业技术革命的主战场是德国、美国和中国。德国提出了“工业4.0”，美国提出了产业互联网，中国提出了两化深度融合战略。

2014年11月8号，中国工业与信息化部部长苗圩在接受《人民日报》专访时指出，中国两化深度融合与德国工业4.0如出一辙、异曲同工、殊途同归。从目标、理念、路径、方法的角度来看，中国企业整体的信息化与德国还是有较大的差距。德国工业企业整体上处于工业3.0阶段，而中国企业整体上处于2.0阶段，中国面临更加复杂而艰巨的任务，面临两步并作一步走的挑战。

我们也要看到自己的优势，尤其是不要低估了中国的互联网企业在这一轮产业变革中的引领作用。2014年11月19日，习近平总书记给世界互联网大会的贺词中说，互联网日益成为创新驱动发展的先导力量。李克强总理在会见大会中外代表时指出，互联网是大众创业、万众创新的新工具。在互联网经济方面中国已经走出一条不同于欧美国家的新路，这些业务转型的方向，也是工业4.0所倡导的方向。

借鉴德国“工业4.0”是为了更好地认识我国工业发展面临的国际环境和精准地对本国工业化进行定位，从而找到本国未来工业化的出路和政策走向。从这个角度来看，认识和理解工业4.0就是认识和理解两化融合。因此，看待工业4.0，既要有国际视角，更要有中国视角；既要有技术视角，更要有转型视角；既要有理论视角，也要有实践视角；既要政府视角，也要企业视角。只有这样，我们的观察才有针对性、指导性和现实性。

“工业4.0”和两化融合概念的核心和本质都是智能制造。智能制造涵盖了产品智能化、装备智能化、生产智能化、管理智能化和服务智能化。各省市围绕中共中央十七大和十八大两化融合的文件精神，并根据区域实际情况已经在智能制造专项工程、行业区域试点、新业态培育、综合标准体系、管理体系推广等方面迈出了探索的步伐。比如，上海“四新”战略：新技术、新产业、新业态、新模式。浙江“四换三名”战略：四换即腾笼换鸟、机器换人、空间换地、电商换市，三名即名企、名品、名家。纵观全国，李克强总理预示万众创业、大众创新的时代将要到来。所以，中国学习和借鉴德国“工业4.0”，归根结底是要继续深化两化融合，继续推进工业领域的智能制造。

未来制造业角逐的焦点是什么？

产业生态系统主导权之争。第一次之争，美国通过其在操作系统、芯片、产业链整合能力上的优势，从欧洲夺回通信产业领导权。第二次之争，20世纪70年代中期-90年代初，美国和日本在半导体产业中展开了博弈：日本崛起，美国衰落。而美国在全面了解在半导体产业所处的危险境地后，通过立法和实施行政措施等手段使美国半导体产业再一次走在了世界的前列。20世纪90年代中期以后，美国重夺半导体产业的主导权。第三次之争，进入新世纪，美国确立了在集成电路、传感器、操作系统、互联网、计算机、网络设备的优势地位，并通过构建产业生态系统巩固领导厂商的地位。

新一轮产业革命中，美国战略是把ICT领域的优势向制造业领域拓展，或者叫竞争优势的移植战略。由此，各国在产业生态系统主导权上展开了争夺，争夺经历五个阶段，（1）计算机阶段——（2）移动智能终端阶段——（3）智能电视、可穿戴设备——（4）智能产品阶段（智能汽车、智能机器人）——（5）智能制造生态系统。

从以上发达国家经历的五个阶段来看，智能制造是一个高层级的阶段，它可以表述为系统的系统。它是一个渐进和持续的过程，遵循着事物发展的自然规律。那为什么说智能制造是系统的系统呢？智能制造是一个复杂巨系统的形成。譬如，车间里的机器一部智能手机，通过更新操作系统实现功能升级，通过工业App实现各种功能即插即用，通过API不断扩展制造生态系统，所有的机器、产品、零部件、能源、原材料，所有的研发工具、测试验证平台、虚拟产品和工厂，所有的产品管理、生产管理、运营管理流程，所有的研发生产管理销售员工、各级供应商、销售商以及成千上万个客户，都将是这一系统的重要组成部分——一个基于“云—管—端”新型复杂制造体系正在形成。智能制造的本质是在重组客户、供应商、销售商以及企业内部组织的关系，重构生产体系中信息流、产品流、资金流的运行模式，重建新的产业价值链、生态系统和竞争格局。从这个意义上来看，智能制造必将带来新的竞争格局。

▲两化融合的主攻方向应该定位为智能制造。工作的重点应落实在产品的智能化，新技术、新产品、新业态、新模式（云计算、大数据），产业支撑，创客机制等方面。图为海康威视的智能产品升级展示屏。

中国在这轮竞争中，如何抢占先机和主导权？

首先，需要有政策保障。中共中央在十六大、十七大、十八大中不断地强调两化融合，并突出了两化融合的重要性。围绕智能制造专项工程、行业区域试点、新业态培育、综合标准体系、管理体系推广等方面各级政府需要优先布局和考虑。

其次，若要打造中国在智能制造上的优势，需在以下四方面上下功夫。制度上，需鼓励创新与加强监管间的平衡；市场上，需把庞大、复杂、多元化市场优势转化产业优势；产业上，需组建互联网+ICT（先遣队）+传统产业的联合舰队；人才上，需打造大众创业、万众创新的外部环境。

此外，两化融合的主攻方向应该定位为智能制造。工作的重点应落实在产品的智能化—智能汽车、智能机器人，从单机智能化——智能生产线——智能车间——智能工厂，新技术、新产品、新业态、新模式（云计算、大数据），产业支撑，创客机制等方面。

最后，要培养产业创新能力。要明确制造业发展理念（工业4.0、产业互联网）的背后是技术体系、标准体系、产业体系，这些体系背后是智能制造产业生态系统的主导权，要掌握产业发展主导权，就要培养产业创新的能力。如何围绕产品、生产装备、设计工具、客户资源、供应链、第三方应用等智能制造系统各种要素资源进行精准配置调用，提升及构建跨平台操作系统、芯片解决方案、网络解决方案能力。面对智能工厂快速普及，如何提升智能工厂系统解决方案、智能装备创新能力、基础产业（材料、工艺、器件）创新能力。

围绕各种制造资源的碎片化、在线化、再重组、再封装的机遇，如何培育新技术、新产业、新业态以及新的商业模式创新能力。如何围绕市场需求的个性化及快速变化的趋势，构建企业需求链、产业链、供应链、创新链的快速响应与传导能力，以及如何构建与之上述智能制造趋势相适应的政策法律环境和体系。诸如此类的问题，都是我国从上到下需要深刻思考的课题。

“工业4.0”是一种在信息技术发展到新阶段产生的新的工业发展模式。从终极目标来看，工业4.0不能为技术而技术，核心在于提高企业、行业乃至国家的整体竞争力

作者为工业和信息化部电子信息司副司长