德國 “工業4．0”、信息化紅利及中國制造業的機遇

趙新平 黃春元 趙凱悅

“工業4．0”是德國工業和科研聯盟對其所提出的以智能制造為主要內容戰略計劃的簡稱，它是指以工業互聯網、物聯網和服聯網 （服務互聯網，以下簡稱服聯網）為基礎組成網絡空間—物理世界融合系統 （Cyber－Physical Systems，簡稱CPS，也有人稱之為信息物理系統），通過工業制造業與信息技術深度融合、生產制造全業務流程、產品全生命周期數字化、網絡化、智能化，實現制造業全價值鏈設備、設施、資源和人員之間的無縫網絡連接、動態實時信息交互、全業務流程與整個生產過程的自適應管理。“工業4．0”可以有效提高資源生產力與使用效率，快速滿足客戶的個性化需求，同時為創造價值與創新商業模式提供新的途徑。研究德國 “工業4．0”，可以為中國制造業提供發展經驗，有助于推進中國制造業升級轉型。

一、德國 “工業4．0”戰略的主要內容

為了搶占新一輪工業革命的先機，經德國政府部門、學術界和產業界的建議和推動，德國工業和科研聯盟在2011年初發起 “工業4．0”戰略方案，在2012年10月2日向德國政府提出建議報告，并在2013年4月漢諾威工業博覽會上正式推出 “工業4．0”項目研究成果。此項目是德國政府 《高技術戰略2020》確定的十大未來項目之一，旨在通過實施 “工業4．0”戰略，支持工業領域新一代革命性技術的研發創新，實現互聯網、物聯網、服聯網在工業生產制造中的深度融合及應用，發揮德國制造業傳統優勢，進一步提高德國制造業核心競爭力，在新一代科技革命中實現轉型升級和蛻變，以期在與美、日、中等國家的競爭中保持優勢地位。根據 “工業4．0”工作組提交的最終報告 《保衛德國制造產業的未來——關于實施戰略性創新 “工業4．0”的建議》，德國 “工業4．0”戰略的主要內容可概括為，實現雙重戰略目標、建設一個系統、聚焦兩大主題、實現三項集成、實施八項計劃。

（一）實現雙重戰略目標

第一個目標是通過制造業發展，創造一個全球領先的制造設備市場 （領先市場戰略）；第二個目標是使德國制造設備產業成為全球領先的供應商 （領先供應商戰略）。通過推進 “領先市場戰略＋領先供應商戰略”這一雙重戰略，“工業4．0”戰略的實施將為德國制造業發展提供巨大機遇。一方面通過在德國制造業工廠中全面推進部署網絡空間—物理世界融合系統，為制造業創造出巨大的國內市場需求，且通過該系統的部署大大提高生產效率，進一步強化德國制造業；另一方面，通過持續不斷的網絡空間—物理世界融合系統技術開發，為德國制造業設備技術和產品走向國際市場、擴大出口，提供巨大機會。

（二）建設一個系統

網絡空間—物理世界融合系統 （也有人稱之為工業互聯網），是指在工廠制造設施、機器設備、儀器儀表、部件器件等各種物體中嵌入傳感器、微處理芯片，使之具有對物理方位、運動狀態、壓力、速度、溫度、電壓、振動等各種性狀的感知能力和信息收發能力，通過互聯網、物聯網、服聯網所組成的統一集成的綜合網絡，工廠所有設備、資源、人員和管理系統實現網絡聯接、相互通信，最終實現虛擬網絡空間與現實物理世界的無縫銜接與深度融合。網絡空間—物理世界融合系統可以將資源、信息、物體與人緊密聯系在一起，在人與人之間通信的同時，實現物與物、物與人、人與物、服務與服務、人與服務、服務與人、服務與物、物與服務之間實時通信，在互聯網基礎上，創造出物聯網和服聯網，使生產工廠成為一個泛在、互聯的智能網絡。

網絡空間—物理世界融合系統，是承載 “工業4．0”運行的重要基礎，它將為智能工廠及其業務流程和業務操作提供智能化網絡平臺支撐。平臺所提供的服務和應用，將與人、物和系統實現互聯：基于系統軟件，通過快速和簡單的服務和應用業務流程，實現靈活、快速響應；通過業務應用模型庫，使業務配置和流程部署簡單方便；可對整個業務流程進行全面、安全和可信的實時數據傳輸；從傳感器一直到用戶界面，整個系統都具有可靠性、安全性和可信性；可支持移動終端設備接入網絡；在系統內實現互聯的機器，每臺機器的操作經驗可以聚合，使得整個機器組合可以加速學習，機器之間在網絡上相互協作以提高運營效率，自動達到網絡優化、運維優化；支持企業網絡協同制造、服務、分析和預測流程，實現跨越整個機組和網絡的機器儀表的協同效應。

（三）聚焦兩大主題：智能工廠和智能生產

第一，智能工廠是未來智能基礎設施的關鍵組成部分，其重點是生產設備、制造系統及經營決策智能化。智能工廠是 “工業4．0”的關鍵特征之一，具有管理日益增長的復雜性的能力、生產不易中斷、產品生產更具效率等重要特點。

智能工廠通過網絡空間—物理世界融合網絡，實現對工廠的人、財、物、信息等所有資源進行信息化、可視化、智能化綜合集成管理，市場用戶各種創新性需求及創意將實時地傳送到企業研發設計部門，建立從市場需求、研發設計、采購供應、生產制造、物流運輸到用戶之間的無縫實時信息集成，從而有效提高企業的市場反應速度和產品開發速度。建立工廠總體設計、工程設計、工藝流程及布局系統模型，并可模擬仿真，實現各系統資源空間、時間、流程、投入及產出的最優配置。建立智能數據采集系統和智能控制系統，機器設備、生產工藝數據實現自動采集，各生產環節實現基于模型的智能控制和在線優化。建立實時數據庫云平臺，并與制造控制系統、生產管理系統實現互聯互通、綜合集成、信息共享及優化管理。生產制造系統與企業資源計劃管理系統實現集成，生產計劃、生產調度均建立數學模型，生產過程量化管理，成本、質量動態跟蹤，生產制造模型化分析決策，原材料和產成品配送管理優化，實現工廠經營、管理和決策智能化。

在智能工廠，人、機器設備和資源能夠實現實時互相交流。智能產品知道它們是如何制造的、將被如何使用等詳細情況，能夠主動支持制造流程，回答諸如 “我是什么時候生產的？”“加工我要用到哪些參數？”“我會被運送到哪里去？”等問題。在未來的智能工廠，可以應用網絡空間—物理世界系統創造靈活和可重新配置的制造系統，制造系統將不固定也不會事先定義。取而代之的是應用一套包括模型、數據、通信和算法等配置的可自定義的信息規則，在個案處理的基礎上，自動地為每一種情形建立特殊的拓撲結構，使制造系統具備自組織、柔性、可重新配置功能，包括模塊化和可復用，實現個性化定制生產，替代傳統的固定式生產流程 （如生產流水線）。智能工廠需要三大關鍵要素，即智能設備、智能系統與智能決策。當這三大關鍵要素與機器、設備、機組和系統集成在一起的時候，智能工廠的全部潛能就會噴發出來，推進產業價值鏈的轉型和新商業模式的涌現，生產效率提高、成本消耗降低和廢物排放減少所帶來的巨大潛力和效益將推動整個工業制造業產業變革與躍升發展。

第二，智能生產，是指將人機互動、3D打印、工業機器人、智能物流配送等先進技術應用于整個工業生產制造過程，從而進行高度靈活、個性化、網絡化、智能化的生產制造。智能生產體現為以下幾個方面。

一是產品設計智能化。采用面向產品全生命周期、具有創意設計知識庫和模擬仿真技術支持的智能化設計系統，在圖形學、圖像學、數據庫、系統建模和優化計算等技術支持下，在虛擬的數字環境里并行、協同地實現產品全數字化智能設計，結構、性能、功能計算優化與仿真，極大提高產品設計質量和一次研發成功率。用戶可在線實時參與產品設計全過程，產品設計源源不斷地匯集全球用戶創意和智慧，實現實時雙向互動，極大地豐富創意創新理念，加快產品研發設計創新進程。二是加工制造智能化。采用計算機數控系統對設備運動和工作過程進行控制，通過傳感、控制、信息處理、人工智能，實現智能編程、自適應控制、機械幾何誤差補償、運動參數動態補償、故障監控與診斷等，加工過程全面應用仿真優化、數字化控制、狀態信息實時檢測與自適應控制、自學習、自我決策等智能化技術，大大提高各種制造工藝的精度和效率，大幅度提升整個制造業的工藝水平。三是流程管理智能化。在新技術產業化、生產計劃、制造、運營和物流等流程全面實現自動化智能化管理，在成本、可用性和資源消耗等最優化基礎上，全產業價值鏈實現動態、實時自組織管理。

（四）實現三項集成：橫向集成、縱向集成與端對端集成

第一，貫穿價值網絡的橫向集成，是指覆蓋整個產業價值鏈 （包括企業內部價值鏈＋企業間價值鏈）各環節的信息系統實現無縫對接、互聯互通、實時交互和管理控制。

在工廠內，從進廠物流、生產制造、出廠物流，到市場營銷等不同階段所涉及到的供、產、銷、人、財、物及業務計劃、生產操作流程、經營管理決策等各種不同信息系統綜合集成，實現全價值鏈信息資源共享、資源配置調度調整、可交互操作、基于實時信息數據智能分析決策，大大提高工作效能和工作效率。組成整個產業鏈價值網絡的配套采購供應、協作生產制造、市場銷售網絡、售后服務網絡等各企業之間，基于商業發展和長期合作戰略，通過網絡空間—物理世界融合系統，實現信息系統網絡集成，建立互聯互通和信息共享機制，相關各企業間實現商業模式結合、資源整合和業務合作的無縫對接，業務流程、信息、人員、物料、資源等通過網絡實時交互，以促進各關聯企業實現可持續發展。通過橫向集成，提供跨企業價值鏈的端到端整體解決方案，發展企業間產業鏈和價值網絡。

第二，縱向集成和網絡化制造系統，是指在技術架構中的感知層、網絡層、平臺層、應用層等處于不同縱向層次的設備及系統，如致動器、傳感器、通信控制系統、數據庫云平臺、制造操作系統、生產管理系統及公司規劃決策系統等，通過網絡間端到端集成，實現互聯互通、交互操作和管理控制。

第三，跨越整個價值鏈的端到端工程化數字集成，是指通過部署網絡空間—物理世界融合系統，實現從消費者產品需求，到完成生產制造最終產品并交付的全流程各個環節全覆蓋，應用數字化、建模方法，使得用戶的所有需求信息和各程序之間的相互依存關系在一個端到端工程工具鏈中得到標準化、準確、清晰、數字化高效地描述、確認和傳遞，使得最終完成制造并輸出的結果，和最初輸入的需求完全吻合，而不發生任何偏差或誤解。制造系統基于相同的范式實現并行開發，與產品開發同步開展，使得生產個性化定制成為可行。顧客不再從由制造商事先定義好的特殊商品中去選擇，取而代之的是顧客能夠通過混合和匹配不同的個性化功能和部件來滿足他們的特殊需求。由此產生的潛在的益處是，更大的市場和更高的客戶滿意度會產生更大的銷售規模；價值鏈數字化端到端集成可以大幅度降低內部運營成本。

（五）實施八項計劃

“工業4．0”是一項復雜的包含若干個有部分重疊區域的創新性計劃，共包含以下八個方面的實施計劃。

第一，開發共同的標準和公開標準參考架構。要實現 “工業4．0”，需要就工業控制、人、物、服務及其相互間通信、工程、建模、信息安全、設備集成、數字工廠等，開發出一套統一、共同承認并使用的標準，不同公司間的網絡連接和集成才會成為可能。標準必須聚焦于保證合作機制和信息交換。參考結構應用于所有合作伙伴企業產品和服務的通用模型，它以軟件應用和軟件服務的形式，為與 “工業4．0”有關的技術系統的結構化、開發、集成和運營提供框架。相互合作的各伙伴之間，需要從創造相互信任的角度采取共同措施，建立相互理解，確定共同分享的目標、利益、風險和實施策略，就基礎結構規則、接口和數據標準達成一致，并逐步發展成為國際標準。

第二，開發管理復雜性的系統。不斷增加的功能、產品客戶化定制、動態化交付需求、不同技術學科和不同組織間的集成，以及不同企業間不斷變化的合作方式，使得產品和它們相關的制造系統正變得越來越復雜。適當的計劃性模型和解釋性模型可以為管理日趨復雜的產品和制造系統提供基礎。模型是管理復雜性系統的重要手段，在 “工業4．0”背景下具有極端重要性。虛擬數字世界通過模型對現實物理世界的設計發揮著重要影響，同時現實世界也通過解釋性模型影響著虛擬世界應用的模型。模型可通過計算機執行，允許計算機接管日常的工程任務，如執行計算或其它重復性工作。模型允許體力活動自動化，使虛擬世界能夠執行以前由現實世界操作的活動。可以在系統上通過仿真，實現早期的差錯檢測或早期需求驗證，減少項目風險，并提供解決方案，以滿足需求。描述現實世界相互作用和行為的解釋性模型，不僅在開發和設計階段用作驗證目的，在未來，它們將主要部署在生產階段，用作檢查生產是否順利運行，檢測磨損，而不用中斷生產，或預告部件故障和其它中斷。

第三，建設一套綜合的工業寬帶基礎設施。可靠、全面、高品質的通信網絡是 “工業4．0”的一個關鍵要求。需要大規模建設寬帶網絡基礎設施，使它能夠提供超高容量、更高質量的數據交換。高運營可靠性和數據連接穩定性對機械工程和自動化工程應用至關重要。對大量用戶來說，寬帶網絡設施要具有簡單性、可擴展性、實時性、安全性、可用性和用戶可支付得起。

第四，安全和安保是 “工業4．0”成功的關鍵要素。在確保生產設施和產品本身不能對人和環境構成威脅 （安全）的同時，對生產設施和產品，特別是數據和它們包含的知識產權，要防止濫用及未經授權的接入 （安保）。“工業4．0”基于網絡空間—物理世界融合網絡系統的制造系統涉及高網絡化系統結構，承載著大量人員、信息系統、自組織部件和設備，還涉及大量跨價值鏈操作者。技術系統、元件具有自組織能力和自主操作性，它們之間的數據和信息交換，通常具有高容量的特點，對時間要求非常嚴格。安保設計是最為關鍵的設計準則，需要設計和實施真實可信、可靠安全的信息技術 （IT）安保策略、架構和標準，以便在這些高度網絡化、相互開放的各種各樣的元件、系統、資源和人員之間相互聯通、相互通信時，具有高度的可信性、集成性和穩定可靠的接口。同時也需要提供一個適當的、可信的和用戶支付得起的解決方案，在面對外部世界或不同制造商、不同操作者時，可以保護每一個制造商和操作者的數字化流程專有技術、知識產權和數據信息。需要采用集成安全和安保策略、結構和標準。采用從 “工業3．0”到 “工業4．0”遷移策略，使用可信的安全和安保解決方案，采用獨特的具有安全標識的產品、流程和設備，加強安全和安保教育培訓，在業務管理過程中確保安全和安保，保護產品，防止盜版。

第五，數字工業時代的工作組織和工作設計。隨著工作內容、流程和環境的變化，由于開放性的增加，虛擬工作平臺和人—機、人—系統相互作用的不斷增加，員工的作用發生了巨大變化，員工在執行和消化吸收技術創新方面扮演著重要角色，需要創新并擴展智能化工作組織和員工技能，同時對管理工作也提出了新要求。人員工作內容、流程和環境將發生巨大轉變，為了實現對未來技術的成功集成，他們需要被智能化地嵌入進創新性的社會組織 （在工作場所），對人的靈活性、工作時間管理、保健、人口變化和人的私生活將有巨大影響。因此，必須采用社會—技術方法，聚焦于在員工和覆蓋整個價值鏈的技術操作系統之間推進智能化、自組織及相互合作，發展創新性工作組織、專業措施技術、軟件結構，提供簡單、持續的方案。

第六，推進專業培訓和持續職業發展計劃。“工業4．0”的實現，會產生勞動導向的社會—技術工廠和勞動系統。這反過來對職業化、技術培訓和持續職業發展 （CPD）提出了新的挑戰。由于兩大趨勢的結果，“工業4．0”會顯著地改變工作和技能要求：首先，傳統制造流程以明確的勞動分工為特征，而未來將被嵌入到一個新的組織化、運營性結構當中，工人會賦予決策、合作、控制和服務支持功能；其次，他們必須在虛擬網絡和現實機器、工廠控制系統和生產管理系統之間進行組織和相互協同。信息通信技術的匯聚，制造和自組織技術和軟件的發展，導致很多工作將具有更強技術性、組織化和社會性內容。發展專業性成人教育將非常重要，有必要通過建立終身學習和持續職業發展計劃，幫助工人應對來自工作和技能的新要求。

第七，建立新的監管框架。“工業4．0”的眾多創新將帶來諸如企業數據、個人隱私、權力責任、安全要求以及貿易限制等一系列新問題，因此需要建立規范的準則、示范合同、接口協議、安全審計等監管框架并采用適當的手段加以監管。智能工廠企業數據顆粒度大大細化，數據量大幅度增加。商業模型不僅僅涉及單個企業，而是由數個企業的高度動態化的網絡和全新價值鏈所組成。數據由智能設備自主產生和傳輸，這些數據不可避免地會跨越企業邊界。這樣就會產生特定風險，不同企業間最初為合作制造和物流活動，如果與其它數據一起閱讀，為第三方提供合作伙伴的敏感信息，就會讓他們了解其他企業的商業策略。現行公司數據的保護管理并能不防范這些危險，需要將數據區分為業務數據或商業機密。員工和網絡空間—物理世界融合系統之間大量增加的交互通信，使系統會記錄下員工的位置、生命體征或工作質量等大量信息。需要采用包括監管、技術和政策措施在內等綜合監管方式。必須建立監管規則，可信的信息只能通過合法方式取得，如得到所有者的許可才可用于其它用途。加強保密技術管理，確保客戶和網絡空間—物理世界融合系統通信的可信度和完整性，是十分必要的。使用、銷售、進口和出品加密產品，必須得到合法授權許可。

第八，提高資源生產力及利用效率。制造業是工業化國家最大的原材料消耗產業，同時也是主要的能源和電力消耗產業。因此，需要考慮和評估原材料、能源和資源的大量消耗給環境和安全所帶來的諸多風險。需要將綠色生產國內生產總值 （GDP）作為關鍵績效指標 （KPI）納入考核，計算和平衡使用網絡空間—物理世界融合系統需要增加和可能節約的資源。“工業4．0”提供了在個案優化的基礎上促進總體最優化交付的機會，從而達到提高資源生產力和效率的目標。基于加工、制造、生產控制、公司內部物流、采購和分銷物流等消耗的所有資源，重點是通過智能化，防止不穩定流程導致的需要修理或重新生產等質量問題，提高資源生產力，同時通過人、機器設備、控制系統之間的有機銜接、實時配合，減少等待、閑置和操作中斷，提高資源使用效率。

上述八項計劃，是 “工業4．0”得以實現的基本保障。在 “工業4．0”模式下，未來工業將具有以下顯著特點：生產由集中向分散轉變，規模效應不再是工業生產的關鍵因素；產品由趨同向個性化轉變，未來產品都將完全按照消費者個人意愿進行自動化、個性化的單件制造；用戶由部分參與向全程參與生產轉變，用戶不僅出現在生產流程的兩端，而且廣泛、實時參與生產和價值創造的全過程。

（六）推進實施 “工業4．0”的路徑

要實現 “工業4．0”的目標，成功的關鍵是要建立可操作的參考架構。需要采用跨學科的方式，由工程師、IT專家、心理學家、人體工程學家、社會學家和職業科學家、醫生和設計師等組建專家小組。未來研究的重點是調查和開發可充分描述的、可管理的、對內容敏感的、可控制的或自我管理的制造系統。從長期來說，需要研究開發模塊化的網絡空間—物理世界融合系統和相應種類的部件，成為每個典型智能工廠的關鍵特征。這些技術驅動的研究，聚焦于制造系統應用，需要開展企業間、部門間跨學科合作，特別是需要中小機械設備廠商廣泛參與，并使之成為戰略性的推動者，使產業能夠更加快捷地對市場需求作出反應，同時創立作為廣泛領域新產品、服務和業務模型的領先供應商的地位。

“工業4．0”這一理念已得到了積極反饋，其目標已十分明確。但要真正實現這一目標，還有很長的路要走。德國政府對 “工業4．0”高度重視，對相關科技專項給予資金資助，政府出面組織推進大學、企業、科研機構協作，政府根據研發進度撥付資金，政府出面在全社會推廣應用 “工業4．0”相關技術研發成果，最大限度發揮公共效應，促進全社會技術進步。為了進一步加大對 “工業4．0”的推進力度，德國政府已于最近決定，由聯邦政府出面強力組織牽頭推進 “工業4．0”的相關工作。德國企業對 “工業4．0”也非常重視，預計2015年德國各行業企業對 “工業4．0”中信息通信技術的投資將達到6．5億歐元，比2014年增加54%，2020年此項投入預計將達100多億歐元。

二、“工業4．0”的特征、實質與信息化紅利

（一）“工業4．0”的基本特征

從 “工業4．0”的基本內容可以看出，它具有以下幾個顯著特點：

第一，數字化。數字化是 “工業4．0”的基礎。通過信息、軟件技術，將客戶、供應商、物料、產品、設備、人員的各種特征，工廠研發設計、生產制造、經營管理等各種行為、過程、結果，以及生產設施、機器設備、儀器儀表、部件組件等的空間位置、溫度、電壓、運動狀態、力度、角度、方向、路徑等特征變量轉變為可以識別、度量、運算的電子化、標準格式的數據信息，輸入計算機后，通過應用軟件進行統一記錄、存儲、管理、應用，為規劃設計、加工生產、經營決策等提供依據，并可根據所授權限進行處理、傳輸，發出、接受、操作指令，進行加工生產、操作應用。數字化是信息化的起點和關鍵，通過數字化，將各種行為、狀態、特征等轉變為信息，使之易于識別、可以記錄、方便傳輸、存儲、運算、模擬、仿真，為后續的各種信息化操作提供基礎和依據，而且可根據需要選擇細化信息的顆粒度及其量級，為精細化操作、運營管理提供依據，大大提高加工工藝和產品的精度、質量和工作效率。

第二，自動化。自動化是 “工業4．0”的基本特征。通過信息、數字化、軟件、模型等技術，可以將研發設計、加工生產、檢測檢驗、經營管理流程等各種操作實現數字化、標準化，使機器設備、生產制造系統或操作管理過程可以在沒有人或較少人直接參與下，按照人的要求、指令，進行自動化運作、檢測、相互通訊、信息處理、分析判斷，資源自動化配置、調整和自組織，從而實現預期目標。將完善的感知系統、執行系統和管理控制系統與機器設備結合起來，組成高效可靠的自動化柔性生產線，將實現自動化柔性、敏捷制造。由信息化支撐的自動化技術，把人從繁重、簡單重復的體力勞動、普通腦力勞動以及惡劣、危險、單調的工作環境中解放出來，使人可以從事更有價值的創造性勞動，大大提高工作的可靠性、安全性、價值含量和勞動生產率。

第三，網絡化。網絡化是 “工業4．0”得以運行的重要依托。利用信息通信和網絡技術，把分布在不同地點的計算機、生產設備、電子終端、人員等各類主體，按照一定的協議，實現任何時間、任何地點、任何主體間的相互通信，構建互聯網、物聯網和服聯網疊加的一體化網絡，創造出與現實物理世界相對應的虛擬網絡空間，實現整個社會人員、設備、設施、物料、產品、服務等全面泛在、互聯互通，能夠按照權限分享軟件、硬件、功能、數據信息、資源、能源，進行信息交流、業務操作和管理控制。通過網絡化，可以克服空間、時間、個體能力等局限，實現社會結構的徹底扁平化、組織的無邊界、時空的一體化，利用網絡方便地進行信息交流、知識管理、業務操作、經營管理和電子商務等各種活動，使網絡成為聯結彼此的全球性社會神經系統和創新的虛擬社會載體，大大降低信息交流、知識傳播、市場拓展、業務操作等成本，大大提高操作效率。

第四，集成化。前文已提到，橫向集成、縱向集成和端到端工程化數字集成是 “工業4．0”的重要內容。利用信息技術、軟件技術和網絡技術，實現對管理、控制不同生產設施、機器設備、部件組件、生產物料、能源、資源、人員等信息系統實現網絡間無縫聯接、集成整合，使組成產業價值鏈的采購供應、研發設計、生產制造、銷售服務等不同企業實現集成整合，從而實現信息互通、資源共享、綜合應用，將信息轉變成知識，將信息轉化成資源，利用信息創造價值，通過標準化、互聯互通，實現集成共享、綜合應用，大大提高信息的獲取效率、綜合利用率、業務操作效率和經營決策效率，降低業務成本。

第五，智能化。智能化是 “工業4．0”與其它幾次產業革命相比最突出的、獨有的本質特征。機器設備、儀器儀表、制造系統、生產線、物流倉儲、工廠設施，以現代信息通信、傳感、定位、生物、人工智能、軟件等技術為基礎實現智能化，通過數學建模等方法模擬人類智慧，實現人類各種操作行為、管理和控制行為，對業務大數據進行自動智能分析，挖掘出有價值的信息、知識，通過自我學習，積累經驗，同時將專家的知識不斷融入制造過程以實現制造裝備智能化、設計過程智能化和制造過程智能化，使制造過程具有更完善的科學判斷與自適應能力，成為具有價值創造力的智慧，使得功能模擬、網絡仿真、同步工程、虛擬現實成為可能，從而大大提高研發設計、加工制造、物流操作、售后運維等自動化程度及智能化水平，大大減少差錯、失誤和質量問題，大大提高工作的精度、速度、成效和效率，提高產品質量、生產效率，顯著減少制造過程物耗、能耗和排放。

從以上 “工業4．0”的特征可以看出，數字化、自動化、網絡化、集成化、智能化，都是以信息技術為基礎、都是信息技術的深度融合應用、都是信息技術的重要內容和表現形式、都推動著信息技術進一步創新發展。

（二）“工業4．0”的實質

18世紀蒸汽機的發明引發了第一次產業革命，推動實現從手工勞動向動力機器生產轉變的重大飛躍，使人類進入到機械化時代。19世紀末至20世紀上半葉，電機的發明引發了第二次產業革命，使人類進入了電氣化時代。20世紀下半葉，計算機的發明引發了第三次產業革命，使社會生產進入到自動化時代。“工業4．0”，以網絡空間—物理世界融合系統為基礎，實現工業生產制造業全產業價值鏈的數字化、自動化、網絡化、集成化和智能化，實質上是數字、自動化、信息網絡、智能等技術的革命性進步及其與工業生產制造產業的深度融合與廣泛應用，從而推動工業迎來新的一次歷史性技術革命。因此，“工業4．0”，實際上是以工業制造產業全面深度信息化為基礎、以智能制造為主要內容的第四次工業革命，人類將從此進入智能化時代。

智能制造通過智能化感知、人機交互、決策和執行，實現制造裝備、設計過程、制造過程智能化，因此，智能制造實際上是制造產業深度信息化的具體表現形式。制造業數字化網絡化智能化是新一輪工業革命的核心，也是工業化和信息化深度融合的必然結果，它將對優化產業結構、轉變經濟發展方式、提高產業生產力產生重要而積極的影響。

（三）信息化紅利

隨著計算機、信息通信、網絡和智能技術的飛速發展，人類社會邁入了深度信息化時代。信息與物質、能源一樣，成為推動人類社會向前發展的三大資源之一。信息網絡技術以其高度創新性、快速普及性、深入滲透性、強大的智能性和廣泛的外部經濟性，是自第一次工業革命以來人類社會發展最強大的引擎，它已成為推動產業轉型升級、加速技術創新進步的主導力量，并以前所未有的速度、廣度和深度向全社會全方位滲透，在世界范圍內推進人類生產方式、生活方式和經濟社會發展格局發生深刻變革。

從社會進化的角度看，信息化是工業社會向信息社會發展進步的過程。通過信息網絡技術在社會各領域的深入融合應用和信息資源開發利用，大大提高社會經濟各領域的生產效率和服務質量。從生產力的角度看，信息資源 （信息、知識、智慧）是繼勞動力、資本、自然資源、技術之后，內生為新的基本生產要素。信息通信、傳感、網絡、智能化等技術成為新的生產手段和工具，通過信息化，形成一種全新的生產函數。信息化，通過信息網絡技術深入應用，實現全產業鏈生產的自動化、數字化、網絡化、集成化和智能化，實現信息資源的深度挖掘生產、實時高度共享和全面集成應用，大大提高經營管理活動信息采集、傳輸和應用的能力和效率，大大提高產業生產和經營管理效率，創造出一種全新的生產力。因此，信息化的實質是由信息網絡技術及其衍生形態所引發的社會生產力變革。由于信息網絡技術的深入應用，社會經濟中產生了信息這一全新的生產要素、網絡這一革命性的連接方式、智能化這一智慧工具，通過綜合集成，推進各生產要素組合方式發生創新變革，創造出全新的生產函數，引發新一輪產業革命，并帶動整個經濟社會管理方式發生變革。

通過網絡，信息具有低成本快速傳播、無限制快速復制、無損失廣泛共享等特點，具有很強的外部經濟效應。集成了數字化、自動化、網絡化、智能化等特點的各種信息化技術及信息資源作為新的生產要素，從價值傳遞環節迅速向產業價值創造環節全方位深入滲透、快速擴展，推進產業商業模式創新和產業價值鏈重構，促進全產業鏈各環節生產效率大大提高，制造成本、管理成本和交易成本大大降低，資源能源大大節約，產生替代勞動力、資源、能源、資本等效應，改變了邊際成本遞增和邊際效益遞減的傳統增長方式，具有顯著的邊際成本遞減和邊際效益遞增效應，匯聚成全新的信息化增長效應，有力地推進經濟增長方式的革命性變化，從而對相關企業、產業、乃至整個社會經濟帶來的加速增長效應，我們把深度信息化所帶來的這種增長效應稱之為信息化紅利。可見，信息化紅利，是由于信息化對經濟發展所帶來的加速增長效應。而 “工業4．0”，則是信息化在工業制造領域的深度融合和應用，它將通過激發信息化紅利，推動工業新一輪產業革命，并將帶來工業制造業的加速增長。信息化紅利，將是繼人口紅利、改革紅利之后，推動社會經濟增長的重要力量。如果引導、推動得當，將有效緩解人口紅利消失之后勞動力短缺問題，通過推進自動化、智能化，替代勞動力，減少勞動力使用量。信息化紅利，將推動包括工業制造業在內的全社會各產業的轉型升級、商業模式和管理方式創新，大大減少資源能源消耗，推進社會經濟綠色節能、低碳發展。可以通過工業產業信息化程度超過全社會平均信息化程度而帶來的增加值增長速度，超過全社會平均增長速度的程度，來衡量信息化紅利對經濟增長的貢獻。

三、“工業4．0”給中國制造業帶來的機遇及推進智能制造的建議

（一）中國在智能制造方面存在的主要問題

中國裝備制造業工業總產值已位居世界首位，但在技術水平上與先進國家相比還有較大差距，制造業大而不強。中國智能制造還存在不少需要改進的問題：創新體系不完善，技術研發投入占營業收入比例低，自主創新能力弱，基礎支撐技術薄弱，新型傳感器、工業控制系統、高性能液壓元件與氣動元件、高速精密軸承等關鍵技術和核心裝備對外依存度高，“空心化”問題突出；設備檔次不高，缺乏世界知名品牌；資源、能源消耗巨大，利用效率低，環境污染問題非常嚴重；產業結構不合理，產品附加值低，高端裝備制造業和生產性服務業發展滯后，智能化高端系統軟件產品缺失；信息化水平不高且與工業化融合深度不夠；協同推進國家智能制造進程的體制機制還很不完善，還未形成良性互動、可持續發展的工作推進機制。要推進中國從制造大國向制造強國轉變，必須著力解決以上問題。

（二）“工業4．0”給中國制造業帶來的機遇

“工業4．0”，對中國來說是，既是挑戰，也是機遇。中國的現代化與西方發達國家有很大不同。西方國家的現代化是一個 “串聯式”的發展過程，工業化、城鎮化、農業現代化、信息化順序發展，比如德國已經實現了工業1．0、2．0、3．0，正在向 “工業4．0”邁進。而中國作為新興發展中國家，各區域間發展很不平衡，存在著工業1．0、工業2．0、工業3．0同時 “并聯式”發展的狀況，工業正在進行著由工業1．0到2．0、工業2．0到3．0的跨越。“工業4．0”給中國制造業帶來良好發展機遇。中國可以發揮后發優勢，推進農業現代化、工業化、信息化同步發展，也就是工業2．0、3．0、4．0“并聯式”同步發展，從而實現跨越式發展，同時可以利用 “工業4．0”中的新方法、新技術更好地解決在發展工業2．0、3．0中遇到的問題，在比較短的時間內追趕發達國家，這將大大加快中國工業現代化、信息化的進程。“工業4．0”將給中國制造業發展帶來幾大機遇。

第一，推進傳統工業制造產業轉型升級的機遇。目前，中國的鋼鐵、家電、水泥等眾多傳統工業制造業處于全球產業鏈低端、產能嚴重過剩、資源消耗巨大、環境污染嚴重、產業增加值低。利用 “工業4．0”的機會，加快推進制造智能化，將促進產業結構調整，加快產業技術研發創新、商業模式創新和經營管理創新，實現傳統產業的自動化信息化網絡化智能化，大大降低資源能源消耗和生產制造成本，大大提高生產效率和產業增加值，推進傳統產業從價值鏈低端向價值鏈高端的躍升，實現產業轉型升級和創新發展。

第二，發展智能設備、智能控制系統、智能管理系統等先進智能制造業的機遇。目前，中國房地產、傳統制造業等支柱產業增長泛力，大眾消費等內需嚴重不足，經濟增長下行壓力巨大，急需培育新的經濟增長點。以智能制造為主要內容的 “工業4．0”的發展，為智能傳感器、智能芯片、智能化制造設備、智能制造工業控制系統、智能管理信息系統等先進智能產品提供了廣闊市場，為中國發展智能制造產業提供了難得的機遇。中國可以充分發揮國內市場容量巨大的天然優勢，在加大力度推進智能產品研發創新、滿足國內制造產業需要的同時，積極推進智能制造產品向國際市場出口，使中國成為全球領先的、具有比較優勢的全產業鏈智能制造產品供應商。

第三，發展網絡空間—物理世界融合系統、物聯網、服聯網、云計算、大數據、網絡安全和安保等新一代信息通信制造業的機遇。“工業4．0”以制造業的深度信息化應用為主要內容，需要大量高質量、高穩定性、高安全性的自主可控、可信安全的具有核心技術的寬帶信息基礎設施、信息傳輸設備、云計算存儲設備、大數據分析軟件、智能分析軟件、網絡安全防護、容災應急設備等信息通信產品，為中國發展新一代信息通信制造業提供了良好發展機遇。

第四，推進技術創新和研發中心、設計中心、制造中心、運維服務中心等生產性服務業發展的機遇。隨著 “工業4．0”的推進、網絡空間—物理世界融合系統的廣泛覆蓋，可以推進建設一批區域性國家智能制造研發中心、設計中心、制造中心、工程中心、運維服務中心、職業操作培訓中心等生產性服務公共平臺，為包括廣大中小企業在內的全社會各類主體提供研發、設計、制造、售后運維等資源的共享服務，既促進智能制造業的發展，也推進生產性服務業的發展，還可通過泛在網絡，讓社會大眾參與創新、創業，發揮社會大眾的創新潛能，形成大眾創業、萬眾創新的生動局面。

（三）對中國推進智能制造的建議

為了推進工業化和信息化融全，促進制造產業智能化，中國先后制訂了一系列政策文件，并推出了中國版 “工業4．0”：《中國制造2025》，明確了發展智能制造的重點任務及路線圖，中國智能制造已然起步。為了加快中國制造業的智能化進程，實現中國制造向中國 “智造”、由制造大國向制造強國的轉變，使中國制造業企業成為全球領先、具有核心競爭力和可持續發展能力的智能裝備供應商，特提出如下建議。

第一，加大政府在資金、稅收等方面對智能制造的政策支持力度。加大對智能制造國家科技重大專項研發創新的財政補貼資金規模；同時，可采用政府與社會資本合作（PPP）等方式，由政府每年投入一定量專項引導資金，并吸引全社會資本市場資金廣泛參與，組建國家級智能制造專項產業支持基金，支持智能制造各領域全產業鏈技術研發、產品設計、新產品產業化、企業孵化和產業培育；對智能制造業，給予稅收優惠、政府采購等政策支持。

第二，匯集組織國家優質研發資源，對智能制造領域重大基礎材料、關鍵器件、核心芯片、關鍵控制系統和共性核心技術等進行聯合技術攻關。由政府部門出面或委托行業協會牽頭，組織國內科研機構、大學、企業等研發力量，組成若干個專業聯合團隊，集中力量，分工合作，對智能傳感器、嵌入式工業控制芯片、智能儀器儀表、工業機器人、自動控制系統、制造執行系統、制造過程安全與安防技術等核心基礎產品、共性關鍵技術和重大技術裝備進行聯合技術攻關，組織對國外已有技術進行聯合引進、吸收、消化和創新，在一定范圍內、通過一定的市場化機制，實現資源共用、成果共享，由政府出面組織在全社會推廣應用，加快推動國內智能制造重大關鍵技術的發展突破和產業成長進步。在智能制造各相關產業領域，設立若干個區域性智能制造國家級研發中心、設計中心、制造中心，分別負責智能制造產品的研究開發、技術設計、機器裝備和模具的生產制造，并作為共享平臺，可吸引廣大中小企業廣泛參與，推進全社會智能制造發展進程。

第三，建立智能制造最佳實踐示范工程，努力與國際接軌。組織推進網絡空間—物理世界融合系統、智能制造等相關技術、接口國家標準的制訂工作，建立智能制造最佳實踐示范工程，并向相關企業推廣應用；積極參與智能制造相關國際標準制訂進程，增強國際話語權。

第四，組織智能制造業聯盟及專項工作組，具體組織推進實施智能制造相關工作計劃。圍繞智能制造專項產業鏈，組織國內重點支撐企業進行研發、設計、生產合作，支持中小企業積極參與智能制造業創新進程，培育具有比較優勢的國內智能制造業生態鏈。

第五，積極推進與德國、美國、日本等智能制造先進國家國際交流合作。積極組織專項小組，以最小的代價有針對性地引進消化吸收國外智能制造關鍵技術，在國內推廣應用促進國內智能制造技術進步；組織收購兼并具有核心技術的國外智能制造中小企業，補充國內智能制造產業鏈，加快中國智能制造業發展進程。

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