開始實(shí)施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議書于2013年4月發(fā)布，這是德國工業(yè)與科研聯(lián)盟為確保德國機(jī)械和設(shè)備制造業(yè)處于世界領(lǐng)先的愿景。建議書回顧了前三次工業(yè)革命的歷程，提出了實(shí)施第四次工業(yè)革命的目標(biāo)。這也為我們這個(gè)制造業(yè)大國提供了很好的參考方向，同時(shí)讓我們了解工業(yè)控制與自動化下一步的戰(zhàn)略：發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的潛能，應(yīng)對今天諸多的挑戰(zhàn)！
德國是世界上最具制造業(yè)競爭力的國家之一。這是由于他具有管理復(fù)雜工業(yè)過程的能力，既在不同的地理位置由不同的合作伙伴完成不同的任務(wù)。幾十年來，他已成功地運(yùn)用信息和通信技術(shù)（ict）做到了這一點(diǎn) -- 今天，所有工業(yè)制造過程的90％都由ict支撐。在過去的30年間，ict給我們生活和工作的世界帶來了巨大的變革，先是影響了機(jī)械和電力，然后是工業(yè)革命。
從個(gè)人計(jì)算機(jī)（pc）到智能設(shè)備的進(jìn)化一直伴隨著這種趨勢，智能網(wǎng)絡(luò)（云計(jì)算），提供越來越多的ict基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)。小巧精致的設(shè)備與洶涌澎湃的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合迎來了一個(gè)新世界，無處不在的計(jì)算已成為現(xiàn)實(shí)。
功能強(qiáng)大、自主運(yùn)行的微機(jī)（嵌入式系統(tǒng)）正越來越多地以無線方式彼此聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)也與互聯(lián)網(wǎng)相連。這構(gòu)成了物理世界和虛擬世界（網(wǎng)絡(luò)空間）相融合的形式 -- 網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（cps）。隨著在2012年推出的新互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議ipv6，現(xiàn)在具有足夠多的可用地址，使互聯(lián)網(wǎng)能夠直接連接智能對象。
這意味著，有史以來的第一次，可以把資源、信息、對象和人類聯(lián)網(wǎng)，造就了今天的物聯(lián)網(wǎng)。這種現(xiàn)象也將影響到工業(yè)。在制造業(yè)領(lǐng)域，這種技術(shù)演進(jìn)可描述為工業(yè)化的第四個(gè)階段，或稱工業(yè)4.0（見圖）。
工業(yè)化從18世紀(jì)末引進(jìn)機(jī)械制造設(shè)備開始算起，當(dāng)時(shí)的紡織機(jī)徹底改變了產(chǎn)品的制造方式。跟隨其后的是大約在19世紀(jì)與20世紀(jì)之交的第二次工業(yè)革命，涉及了基于勞動分工電力驅(qū)動的大批量產(chǎn)品生產(chǎn)。然后是在20世紀(jì)70年代初開始的第三次工業(yè)革命，并且一直延續(xù)至今。第三次工業(yè)革命采用了電子與信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了更高水平的自動化制造，機(jī)器不僅接管了大部分體力勞動，而且還有一些腦力勞動。
德國需要增強(qiáng)其世界領(lǐng)先制造設(shè)備供應(yīng)商的地位，在制造環(huán)境中利用嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，這樣就可以引領(lǐng)工業(yè)化第四階段的走向。
引領(lǐng)工業(yè)4.0不僅將加強(qiáng)德國的競爭地位，也有助于應(yīng)對全球性挑戰(zhàn)（例如資源和能源效率）和國家的挑戰(zhàn)（例如管理人口變化）。然而，還要考慮具有社會文化內(nèi)涵的技術(shù)創(chuàng)新，因?yàn)槲幕蜕鐣淖兓彩莿?chuàng)新的主要驅(qū)動力。例如，人口的變化有可能改變我們社會的各個(gè)方面，如隨著人們壽命的延長和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，組織學(xué)習(xí)的方式、工作和健康的性質(zhì)都要變化。反過來，這將顯著影響德國的生產(chǎn)力。通過優(yōu)化技術(shù)和社會創(chuàng)新過程之間的關(guān)系，我們將對德國經(jīng)濟(jì)的競爭力和生產(chǎn)力作出了重要貢獻(xiàn)。
在制造業(yè)使用物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)可建立一個(gè)包含整個(gè)制造過程的網(wǎng)絡(luò)，把工廠轉(zhuǎn)換到智能環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)物理生產(chǎn)系統(tǒng)包括智能機(jī)器、倉儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施，他們已有數(shù)字化特性且具有端到端的ict集成，從入廠物流到生產(chǎn)、銷售、出廠物流和服務(wù)。這不僅使生產(chǎn)的配置更加靈活，而且提供更加差異化管理和控制過程的機(jī)會。
工業(yè)4.0除了優(yōu)化現(xiàn)有的基于it的流程，也將開啟潛在的更加差異化的跟蹤，在全球范圍記錄詳細(xì)過程和整體效果，而這在以前是不可能的。他還將涉及到業(yè)務(wù)合作伙伴（如供應(yīng)商和客戶）之間和員工之間更密切的合作，提供互惠互利的新機(jī)遇。
作為世界領(lǐng)先的制造設(shè)備供應(yīng)商，德國能夠充分挖掘這種工業(yè)化新形式的潛力。在德國全球市場的領(lǐng)導(dǎo)者中，包括眾多的隱藏的冠軍，提供專門的解決方案 - 在德國頂級的100個(gè)中小型企業(yè)（sme）中有22個(gè)是機(jī)械和設(shè)備制造商，在前10名中有三個(gè)。事實(shí)上，他們考慮的主要競爭對手是國內(nèi)的廠商。德國主要的出口除了汽車和化工產(chǎn)品外，就是機(jī)械和設(shè)備。德國的機(jī)械和設(shè)備制造業(yè)預(yù)計(jì)在未來仍能保持自己的領(lǐng)先地位。60％的人認(rèn)為，他們的技術(shù)競爭優(yōu)勢在未來五年還會提高。不到40％的人希望維持目前的位置。然而，在制造工程領(lǐng)域的全球競爭越來越激烈，不只是亞洲的競爭對手對德國工業(yè)構(gòu)成威脅 -- 美國也采取很多措施，有計(jì)劃地推進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)，實(shí)現(xiàn)后工業(yè)化。
此外，生產(chǎn)總是正變得越來越動態(tài)和復(fù)雜。例如，使用添加層制造的技術(shù)意味著在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)可以按高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)打印出復(fù)雜的三維物體。這將導(dǎo)致全新的商業(yè)模式出現(xiàn)，并且最終客戶更加密切地參與 -- 客戶可以創(chuàng)建自己的設(shè)計(jì)并電郵給拷貝商店，或者用已有的掃描對象自己進(jìn)行復(fù)制 。
工業(yè)科研聯(lián)盟倡議：工業(yè)4.0平臺中的合作伙伴可以為自己設(shè)定目標(biāo)，實(shí)施德國政府的戰(zhàn)略舉措，以確保德國工業(yè)的競爭力。
工業(yè)4.0具有巨大的開發(fā)潛力
●滿足個(gè)性的要求
工業(yè) 4.0允許建立個(gè)人、客戶特定的標(biāo)準(zhǔn)，包括設(shè)計(jì)、配置、訂購、規(guī)劃、制造和運(yùn)行階段，并允許在最后一分鐘做改變。在工業(yè)4.0中，有可能出現(xiàn)一次性生產(chǎn)，制造批次為1，但依然獲利。
●靈活性
基于cps的特別網(wǎng)絡(luò)能對業(yè)務(wù)流程的不同方面，如質(zhì)量、時(shí)間、風(fēng)險(xiǎn)、健狀性、價(jià)格和環(huán)境友好性進(jìn)行動態(tài)配置。這樣有利于連續(xù)對材料和供應(yīng)鏈進(jìn)行微調(diào)。這也意味著制造流程更加靈活，制造工藝可以改變，暫時(shí)短缺（例如，由于供應(yīng)問題）可以得到彌補(bǔ)，并在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的大量輸出。
●優(yōu)化決策制定
為了在全球市場上取得成功，經(jīng)常需要在很短的時(shí)間里，能夠做出正確的決定，而且變得越來越重要。工業(yè)4.0提供了實(shí)時(shí)端到端的信息透明，在工程領(lǐng)域，可以讓設(shè)計(jì)決策得到早期驗(yàn)證；在生產(chǎn)領(lǐng)域，聯(lián)網(wǎng)的所有公司站點(diǎn)使中斷反應(yīng)和全局優(yōu)化變得更加快速靈活。
●資源生產(chǎn)率和資源利用率
工業(yè)制造流程的總體戰(zhàn)略目標(biāo)仍然適用于工業(yè)4.0：在一個(gè)給定的資源量提供盡可能高的產(chǎn)品產(chǎn)量（資源生產(chǎn)率）；在特定輸出使用盡可能低的資源量供給（資源利用率）。 cps可以對制造流程在整個(gè)價(jià)值鏈中逐案進(jìn)行優(yōu)化。此外，采用的方法不是讓系統(tǒng)離線停止生產(chǎn)，而是在生產(chǎn)過程中連續(xù)優(yōu)化資源和能源消耗或減少排放。
●通過新服務(wù)創(chuàng)造新價(jià)值
工業(yè)4.0開辟了創(chuàng)造價(jià)值的新方法和就業(yè)的新形式。例如通過下游的服務(wù)，對智能設(shè)備記錄的大量數(shù)據(jù)（大數(shù)據(jù)），采用新的算法，挖掘深度信息，實(shí)現(xiàn)智能制造，就可以提供創(chuàng)新的服務(wù)。在工業(yè)4.0，為中小企業(yè)和初創(chuàng)公司開展的企業(yè)對企業(yè)（b2b）服務(wù)會有很大的機(jī)遇。
●工作場所人口結(jié)構(gòu)的變化
在工作組織和能力發(fā)展的同時(shí)，人與技術(shù)系統(tǒng)之間的互動為企業(yè)提供新的合作方式，朝著有利的人口結(jié)構(gòu)變化。面對熟練勞動力的短缺和日益多樣化的勞動力（年齡，性別和文化背景），工業(yè)4.0將啟用靈活多樣的職業(yè)途徑，讓人們繼續(xù)從業(yè)，并保持更長的工作年齡。
●工作與生活的平衡
使用cps的公司意味著工作組織的型式更加靈活，能夠很好地滿足員工不斷增長的需求，保持工作和生活以及職業(yè)技能發(fā)展和興趣愛好發(fā)展的平衡。
例如，智能輔助系統(tǒng)將幫助組織提供新的工作機(jī)會，這種方式也建立了新標(biāo)準(zhǔn)，能靈活地滿足公司的要求和員工的需求。隨著勞動力的數(shù)量下降，在招聘最優(yōu)秀的員工時(shí)，這會給使用cps的公司提供明顯的優(yōu)勢。
●德國工業(yè)仍有競爭力
工業(yè)4.0戰(zhàn)略將使德國保持其機(jī)械和設(shè)備供應(yīng)商的領(lǐng)先地位，并成為工業(yè) 4.0解決方案的主導(dǎo)市場。
工業(yè)4.0不會對專門技術(shù)或it相關(guān)行業(yè)形成挑戰(zhàn)。技術(shù)的不斷變化將會影響組織的含義、提供新業(yè)務(wù)的機(jī)會、企業(yè)模型的改變和員工敬業(yè)度的變化。
在20世紀(jì)80年代初，通過把可編程邏輯控制器（plc）集成到制造流程，實(shí)現(xiàn)了更靈活的自動化生產(chǎn)；在同一時(shí)間，通過使用社會伙伴關(guān)系的方法，管理了員工的影響；因此德國成功實(shí)施了第三次工業(yè)革命（工業(yè) 3.0）。有著強(qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)，成功的軟件產(chǎn)業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域中的秘籍，這意味著德國非常適于實(shí)施工業(yè)4.0。他應(yīng)該可以克服目前的一些障礙，例如技術(shù)接收和在勞動力市場熟練技術(shù)工人有限等問題。只要所有利益相關(guān)方共同努力，釋放制造業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的潛力，就能確保德國工業(yè)有著美好的未來。
自2006年以來，德國政府已采取了高科技戰(zhàn)略促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。多個(gè)技術(shù)項(xiàng)目已經(jīng)成功實(shí)施。工業(yè)科研聯(lián)盟現(xiàn)正通過工業(yè)4.0項(xiàng)目提高跨部門合作的水平。建立工業(yè)4.0平臺和由專業(yè)協(xié)會 -- 德國信息技術(shù)協(xié)會（bitkom）、德國機(jī)械制造商協(xié)會（vdma）和德國電氣電子行業(yè)協(xié)會 （zvei）共同籌建秘書處，是實(shí)施這個(gè)計(jì)劃的下一步。接下來的任務(wù)將是為關(guān)鍵優(yōu)先項(xiàng)目產(chǎn)生研發(fā)路線圖。
確保德國制造業(yè)的美好未來
這是工業(yè)4.0平臺的合作伙伴為自己提出的目標(biāo)。該平臺誠邀所有利益相關(guān)方不斷探索工業(yè)4.0中可能的機(jī)會，一起努力，確保這一革命性愿景能夠成功實(shí)現(xiàn)。