工業4.0

“工業4.0”，一個引起全世界關注的概念，顛覆着全球製造業的新思維，掀起了新一輪工業革命的浪潮。本書採用獨特視角，全面剖析德國“工業4.0”的本質、核心、關鍵、願景和用意，揭示德國4.0背後的秘密，並從信息哲學角度探討人工智能、大數據對製造業的影響，描繪未來製造業與信息產業的新關係。同時對中國“工業4.0”進行探討和暢想，闡述中國“工業4.0”所面臨的機遇和問題。

本書以通俗易懂的語言，為讀者全面揭開“工業4.0”的神秘面紗，適合管理人員、經濟研究人員、投資分析人士等閲讀和參考，也適合科普閲讀。

王喜文，工學博士，博士後，高級工程師，九三學社中央科技委委員。現為工業和信息化部國際經濟技術合作中心正處級幹部。

2009年前主要從事計算機軟件與互聯網技術研發工作；2009年後主要從事工業和信息化研究工作以及科技管理工作，其中2011年曾經掛職北京市房山區經濟和信息化委員會副主任，參與過北京市高端製造業基地的重大招商項目。主要關注：新一代信息技術、高端製造、電動汽車等領域。

最近，習總書記在首屆世界互聯網大會的賀詞中指出：當今時代，以信息技術為核心的新一輪科技革命正在孕育興起，互聯網日益成為創新驅動發展的先導力量。信息技術已在深刻影響和改變人類社會，而製造業正是其應用的重要領域。互聯網技術的飛速發展，給傳統制造業的發展方式帶來顛覆性、革命性的影響。應用信息技術，能實時感知、採集、監控生產過程中產生的大量數據，促進生產過程的無縫銜接和企業間的協同製造，實現生產系統的智能分析和決策優化，使智能製造、網絡製造、柔性製造成為生產方式變革的方向。從某種程度上講，以製造業互聯網化為代表的工業互聯網化正成為大家關注的焦點，並應成為工業化和信息化兩化融合的前沿和重點。

就產品而言，隨着信息技術在製造業領域的廣泛滲透，互聯網技術、人工智能、數字化技術嵌入傳統產品設計，使產品逐步成為互聯網化的智能終端。例如，汽車將不僅僅是嵌入了電子產品的交通工具，在未來會成為網絡產品——大型可移動的智能終端，具有全新的人機交互方式，通過互聯網終端把汽車改造成為一個包含硬件、軟件、內容和服務的體驗工具。

從製造模式看，工廠的集中生產將向網絡協同生產轉變。信息技術使不同環節的企業間實現信息共享，能夠在全球範圍內迅速發現和動態調整合作對象，整合企業間的優勢資源，在研發、製造、物流、服務等各產業鏈環節實現全球分散化生產。這也使得傳統信息技術企業有機會更多地參與到製造業創新之中，而傳統制造企業則向跨界融合企業轉變。企業生產從傳統的以產品製造為核心轉而提供具有豐富內涵的產品和服務，直至為顧客提供整體解決方案，互聯網企業與製造企業、生產企業與服務企業之間的邊界日益模糊。

當前，發達國家在完成工業化的基礎上進入了信息化階段，而我國工業化尚未完成即趕上了信息化浪潮，這為打造中國經濟升級版提供了難得的歷史機遇。要牢牢抓住這一機遇，把握產業發展主導權，就必須充分吸收和借鑑先發國家的有益經驗，為我所用。

作為老牌工業強國，德國在信息化浪潮下充滿危機意識，也在努力探索信息技術在傳統產業中的應用。在行業協會的推動下，德國政府將“工業4.0”上升為國家戰略，冀望通過充分利用信息通信技術和信息物理系統相結合的手段，推動製造業向智能化轉型。

德國的“工業4.0”國家戰略為中國提供了很好的借鑑，中國產業界、學術界對此進行了深入研究。令人欣慰的是，九三學社社員王喜文也躋身其中，並將自己的成果以專著形式加以展現，就是擺在我們面前的《工業4.0：最後一次工業革命》。

長期以來，九三學社充分發揮人才和智力優勢，就事關經濟社會發展的重大問題進行調研，向中共中央提出了多項政策建議，受到黨和政府的高度重視。近年來，在加快工業轉型發展和促進大數據、雲計算、物聯網等現代信息技術應用方面，九三學社先後提交了一系列極具價值的對策，對相關政策的研究制定和出台產生了重要的推動作用。

王喜文同志是九三學社中央科技委的委員，他長期從事工業信息化國別政策的研究，取得了豐碩的成果。在本書中，他通過對德國工業4.0戰略的研究，以及對我國製造業優勢與劣勢、機遇與挑戰的比較，提出了中國製造業從“工業3.0”到“工業4.0”的產業路線圖。相信他的見解，能為中國的兩化融合提供一些很好的思路，供決策者參考。

作為九三學社中央副主席，我為九三學社擁有這樣的青年才俊深感欣慰。同時，也期待更多的九三學社社員，發揮專業特長，認真踏實研究，以著書建言的方式參政議政，為國家經濟社會發展貢獻自己的智慧和力量。

賴 明

2014年12月5日

從智能手機、智能手錶到智能家居、智能電網，“智能”已經成為創新的代名詞。工業領域為了適應新技術的高速發展，也冠以“智能”來描繪智能工廠和智能製造。於是，新一輪工業革命的呼聲越來越高。美國學者傑里米·裏夫金預言了“第三次工業革命”，德國政府則推出定義為“第四次工業革命”的“工業4.0”。一時間，工業革命再次成為全球關注的最大焦點。那麼，這場工業革命對我國是機遇還是挑戰？我們準備好了嗎？

作為製造業大國，德國2013年開始實施一項名為“工業4.0”的國家戰略，希望在“工業4.0”中的各個環節應用互聯網技術，將數字信息與物理現實社會之間的聯繫可視化，將生產工藝與管理流程全面融合。由此，實現智能工廠，並生產出智能產品。相對於傳統制造工業，以智能工廠為代表的未來智能製造業是一種理想狀態下的生產系統，能夠智能判斷產品屬性、生產成本、生產時間、物流管理、安全性、信賴性以及可持續性等要素，從而為每位顧客進行最優化的產品定製。

“工業4.0”在德國被認為是第四次工業革命，是德國政府《高技術戰略2020》中的一項戰略，旨在支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新，保持德國的國際競爭力。德國總理默克爾親自不遺餘力地推動“工業4.0”，其實還有其背後的用意。

本書旨在剖析德國“工業4.0”的本質、核心、關鍵、願景、最終用意，揭示德國“工業4.0”背後的秘密，並從信息哲學角度探討工業軟件、大數據、信息安全對製造業的影響，描繪未來製造業與信息產業的新關係。

我們通常把工業化時代稱作原子的時代，把信息化時代稱作比特的時代。工業革命以動力能源改變了世界的原子結構，信息革命則以計算機和互聯網技術改變世界的比特結構，並重構出一個嶄新的信息空間。原子代表物質，比特代表信息。智能工廠從供應商那裏採購來原材料之後，添加上工藝流程信息，配送至生產製造車間，到產品出廠時打上標籤，在售後服務時實現追蹤溯源。這個過程將整個生產製造的全價值鏈環節進行信息化的彙總管理，其製造過程本身就是一直在處理信息。所以説，“工業4.0”消除了“信息”與“原材料”本身的差別，使得製造業與信息產業二者同義化。也就是，製造業終將是信息產業的一部分。那麼，“工業4.0”也將是最後一次工業革命。

本書完稿於2014年10月，恰系我在中國浦東干部學院參加由中央統戰部組織的“民主黨派中青年幹部培訓班”期間。由於時間匆忙，其中難免有不當之處，還請讀者指出並諒解！

王喜文

2014年11月10日

001 第一篇 帶着疑問看德國“工業4.0”

004 第一章 為何是4.0？

008 第二章 “工業3.0”與“工業4.0”有哪些不同？

014 第三章 “工業4.0”具體能實現什麼？

021 第四章 “工業4.0”能帶來哪些改變？

027 第五章 “工業4.0”能產生多大價值？

031 第二篇 “工業4.0”的科學發展觀

033 第六章 本質是基於“信息物理系統”實現“智能工廠”

044 第七章 核心是動態配置的生產方式

049 第八章 關鍵是信息技術應用

053 第九章 願景是解決能源消費等社會問題

058 第十章 最終用意是標準化

067 第三篇 “工業4.0”背後的秘密

069 第十一章 美、德的製造業迴歸現象

072 第十二章 以電子商務模式區分美、德製造業

076 第十三章 “工業4.0”抗衡美國

079 第十四章 “工業4.0”壓制中國製造業

083 第四篇 中國版“工業4.0”暢想

085 第十五章 中國製造業的優勢與劣勢

090 第十六章 中國製造業的機遇與挑戰

101 第十七章 從“製造”到“智造”的升級

109 第十八章 中國製造業從“工業3.0”到“工業4.0”的產業路線圖

127 第五篇 對未來製造業的探討

129 第十九章 工業軟件充斥整個製造業

132 第二十章 大數據驅動製造業邁向智能化

140 第二十一章 網絡信息安全同樣影響工廠

142 第二十二章 製造業將成為信息產業的一部分

“工業4.0”從一個側面體現出德國對美國的危機感和極高的競爭意識。CPU、操作系統、軟件以及雲計算等網絡平台幾乎都由美國掌控覇權。近兩年來，Google開始進軍機器人領域、研發自動駕駛汽車；Amazon進入手機終端業務，開始實施無人駕駛飛機配送商品……美國互聯網巨頭正在從“信息”領域加速進入“物理”業務領域（圖13-1）。顯而易見，這一趨勢對製造業的破壞性影響只是時間問題，因此，德國產生了前所未有的危機感。

圖13-1 Google正在從“信息”領域加速進入“物理”業務領域

所以説，德國總理默克爾親自不予餘力地推動“工業4.0”，其實還有其背後的用意——德國政府在未來的科技戰略中之所以最重視“工業4.0”是因為與美國的競爭。

新一代信息通信技術的發展，催生了移動互聯網、大數據、雲計算、工業可編程控制器等的創新和應用，推動了製造業生產方式和發展模式的深刻變革。在這一過程中，儘管德國擁有世界一流的機器設備和裝備製造業，尤其在嵌入式系統和自動化工程領域德國更是處於領軍地位，但德國工業面臨的挑戰及其相對弱項也顯而易見。一方面，機械設備領域的全球競爭日趨激烈，不僅美國積極重振製造業，亞洲的機械設備製造商也正在奮起直追，威脅德國製造商在全球市場的地位。另一方面，互聯網技術是德國工業的相對弱項。為了保持作為全球領先的裝備製造供應商以及在嵌入式系統領域的優勢，面對新一輪技術革命的挑戰，德國推出“工業4.0”戰略，其目的就是充分發揮德國的製造業基礎及傳統優勢，大力推動物聯網和服務互聯網技術在製造業領域的應用，形成信息物理網絡（CPS），以便在向未來製造業邁進的過程中先發制人，與美國爭奪新一輪工業革命的話語權。

美國是利用互聯網優勢，向未來製造業進化。德國是基於製造業基礎，向未來互聯網融合。

實施“工業4.0”戰略是積極應對新一輪工業革命，爭奪國際競爭力和話語權的重要舉措。為此，德國的“工業4.0”戰略詳盡描繪了信息物理系統（CPS）概念。希望利用CPS系統，開創新的製造方式，通過傳感器物聯網緊密連接物理現實世界，將網絡空間的高級計算能力有效運用於現實世界中，從而實現“智能工廠”，使得在生產製造過程中，設計、開發、生產有關的所有數據將通過傳感器採集並進行分析，形成可自律操作的智能生產系統。

從某種意義上説，“工業4.0”是德國希望阻止信息技術不斷融入製造業之後帶來的支配地位。一旦製造業各個環節都被雲計算接管，那麼製造業還是製造業嗎？所以，“工業4.0”希望用“信息物理系統”升級“智能工廠”中的“生產設備”，使生產設備因信息物理系統而獲得智能，使工廠成為一個實現自律分散型系統的“智能工廠”。那時，雲計算不過是製造業中的一個使用對象，不會成為掌控生產製造的中樞所在。

近年來，從中國機械產業的高速增長中，德國看到更多的是“德國製造”自身的危機（圖14-1）。除了抗衡美國之外，德國“工業4.0”還意在對中國的壓制。

圖14-1 中國機械產業的高速增長

資料來源：《德國工業4.0最終報告》（作者改譯）

數據顯示，德國以16%的份額佔據2013年在全球機械出口首位，中國以11%份額，略低於美國，位於全球第三。同時，在全球設備製造業的32個子行業中，中國已經在7個子行業中取得了領先地位。更有甚者，美國波士頓諮詢公司的一篇相關分析報告曾提出警告：“歐洲機械製造商必須意識到，競爭環境已經改變，必須對越發明顯的威脅做出反應，否則他們將被來自中國的咄咄逼人的挑戰者打倒。”由此，德國《世界報》網站在2014年3月27日報道稱“中國機械製造業嚴重威脅德國！”

2014年6月24日，德國機械設備製造業聯合會(VDMA)在日本東京舉行發佈會，介紹了德國機械製造行業的情況。德國機械設備製造業聯合會擁有120多年的歷史，涵蓋機牀工業聯合會、機器人工業聯合會等38工業聯合會，是德國橫跨各個機械產業的龐大社團組織。德國機械設備製造業聯合會也是搭建“工業4.0” 平台，實施德國“工業4.0”戰略的重要牽頭組織之一。

據日本媒體報道，當天，德國機械設備製造業聯合會主席萊因霍爾德·菲斯特格(Reinhold Festge)旗幟鮮明地指出：“日本和德國的機械製造企業應該為確保長期發展和經濟上的成功，應進行深入合作。尤其在有交叉的一些產品領域，兩國應該攜手面對中國的挑戰”。從中，德國對中國製造業的防備之心已顯而易見。

或許有專家認為，“工業4.0”不過是德國的一項高科技領域的國家戰略，主要是在高端製造技術上對抗美國，跟主要以低端製造為主的我國沒有多大關係。因此，我國也沒有必要對“工業4.0”採取應對策略。但是，從德國對中國製造業未來發展的防備心態來看，對於“工業4.0”，我們一定要借鑑，也要採取應對策略。

一方面，對於德國“工業4.0”，我們應該深入研究，參考借鑑。“工業4.0”是德國舉國實施的全球市場運動，我們應該搭乘這輛便車。借勢借力，在德國推廣“信息物理系統”過程中，通過學會生產製造過程與業務管理系統的深度集成，實現對生產要素的高度靈活配置，實現大規模生產高度定製化產品。從而，讓製造業緊跟時代趨勢，提前邁向智能化，以適應未來的國際競爭。

另一方面，在《中國製造2025》中應涵蓋應對策略。據媒體報道，工業和信息化部正聯合發改委、科技部和國資委等多個部門，由中國工程院院士一起參與研究起草的製造業中長期規劃——《中國製造2025》將闡述未來十年中國工業發展的整體理念。我國一直是製造大國，卻不是製造強國。《中國製造2025》中，應充分考慮到德國“工業4.0”帶來的衝擊和潛在競爭因素。“工業4.0”來了，物聯網、服務互聯網將取代傳統封閉性的生產製造系統，成為未來工業的根基。而在物聯網、服務互聯網等信息產業領域相對落後的我們，未來還有沒有成為製造強國的機會？

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