工业4.0概述

关于德国工业4.0的概述

摘要：德国“工业4.0”是由德国产、学、研各界共同制定，以提高德国工业竞争力为主要的目的战略，目前已经上升为德国的国家战略。德国工业4.0与美国比较流行的第三次工业革命提法和一些学者说的第五次工业革命等，都是以信息技术革命性突破为基础，反映了工业经济数字化、信息化、智能化、网络化的发展趋势。在德国工业4.0的背景下，中国制造的2025究竟该如何发展，工业又该如何转型„„本文将就德国工业4.0的产生背景、动因，德国工业4.0是什么，它的本质、核心、特点又是什么，它的发展前景，与中国制造2025的异同，对中国制造2025的影响以及中国工业将如何发展，走中国特色德工业道路等几个方面进行论述。

关键词：德国工业4.0、工业革命、智能化、工业转型、中国制造2025、中国工业化的道路

工业4.0在德国被认为是第四次工业革命，是德国政府2011年11月公布的《高技术战略2020》中的一项战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，保持德国的国际竞争力。工业4.0所描绘的未来工厂是这样的：

工厂里，人、机器和资源如同在社交网络里一样沟通协作。产品能理解制造的细节以及自己将被如何使用。同时，它们能协助生产过程，回答诸如“我是什么时候被制造的”、“哪组参数应该被用来处理我”、“我应该被传送到哪”等等问题。工厂拥有智能移动、智能物流和智能系统网络，从生产到最后的产品回收服务，都能实时监控。可以说，未来，一切都是智能的。同智慧地球、工业互联网等一样，工业4.0把生产制造业的未来作为关注点，其最大亮点是强调“机器在思考”。

大量遵循简单规则的个体的交互会导致整体出现复杂度极高的状态。而这种复杂的程度是任何单独个体都不具备的。比如,由神经元构成大脑。这是凯文·凯利在他的著作《失控》中提出的“涌现”，这个概念也可以用来理解“工业4.0”中提出的“智能工厂”。分散的、具备一定智能化的生产设备,在实现了数据交互之后,就形成了高度智能化的有机体。

1、德国工业4.0的产生

1.1产生背景

随着经济、社会的发展进步，20 世纪80 年代初起，世界发达国家开始了一股学界称为“再工业化”的浪潮。美国在2009 年至2012 年的三年间，先后推出了《重振美国制造业框架》、《先进制造业伙伴计划》与《先进制造业国家战略计划》，旨在借助这些规划的实施，巩固美国制造业在全球的领先地位，优化制造业结构，增强制造业在全球的竞争力。日本政府也高度重视高端制造业的发展，进行制造技术战略图的大规模编制。

全球制造业竞争加剧的背景下，尽管德国因其强大的制造业传统而表现较好，但依然能感受到产业空心化和传统制造业向外转移的威胁。德国“工业4.0”这一概念问世于2011年4月在德国举办的汉诺威工业博览会，成型于2013年4月德国“工业4.0”工作组发表的名为《保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议》的报告，进而于2013年12月19日由德国电气电子和信息技术协会细化为“工业4.0”标准化路线图。目前，“工业4.0”已经上升为德国的国家战略，成为德国面向2020年高科技战略的十大目标之一。

1.2产生动因

工业4.0最终用意是标准化，力图通过充分利用信息通讯技术和网络物理系统等手段，推出革命性的生产方法，实现制造业向智能化转型，形成以智能制造为主导的第四次工业革命。目标是引领第四次工业革命，确保德国制造业的未来始终处于领先地位。德国是欧洲乃至全球制造业发达的经济体，也是全球第三、欧洲第一大商品出口国，其生产的汽车、化工、电子以及机械产品享有盛誉。即便是席卷欧盟的欧债危机对德国造成重大影响，以制成品出口拉动的德国经济依然能做到在欧洲“鹤立鸡群”。不过，在后危机时代德国也日益感受到一些隐忧，这些隐忧部分缘自外部挑战，部分归结于德国自身。其中，外部挑战可区分为短、中、长期，自身动因涉及德国制造业劳动力成本上升和竞争力下降的双重压力，以及制造业规模相对萎缩的现实，从而提出“工业4.0”方案来加以应对。

2、德国工业4.0是什么

工业4.0究竟是什么？工业1.0主要是机器制造，机械化生产；工业2.0是流水线，批量生产，标准化；工业3.0是高度自动化，无人化（少人化）生产；而工业4.0是网络化生产，虚实融合。关于工业4.0，《建议》有详细描述：在一个“智能、网络化的世界”里，物联网和服务网将渗透到所有的关键领域。智能电网将能源供应领域、可持续移动通信战略领域（智能移动、智能物流），以及医疗智能健康领域融合。在整个制造领域中，信息化、自动化、数字化贯穿整个产品生命周期、端到端工程、横向集成（协调各部门间的关系），成为工业化第四阶段的引领者，也即“工业4.0”。工业4.0想要打造的是整个产品生产链的实时监控，产品配套服务设施之间的合作。

2.1德国工业4.0的内容

“1个核心”、“2重战略”、“3大集成”和“8项举措”。

工业4.0”的核心是“智能＋网络化”，即通过虚拟－实体系统（Cyber-Physical

System,CPS），构建智能工厂，实现智能制造的目的。

“2重战略”一是“领先的供应商战略”该战略注重吸引中小企业的参与，希望它们不仅成为“智能生产”的使用者，也能化身为“智能生产”设备的供应者。二是“领先的市场战略”，强调整个德国国内制造业市场的有效整合。

“3大集成”具体实施中需要３大集成的支撑：

（1）关注产品的生产过程，力求在智能工厂内通过联网建成生产的纵向集成；

（2）关注产品整个生命周期的不同阶段，包括设计与开发、安排生产计划、管控生产过程以及产品的售后维护等，实现各个不同阶段之间的信息共享，从而达成工程数字化集成；

（3）关注全社会价值网络的实现，从产品的研究、开发与应用拓展至建立标准化策略、提高社会分工合作的有效性、探索新的商业模式以及考虑社会的可持续发展等，从而达成德国制造业的横向集成。

“8项举措”

(1)实现技术标准化和开放标准的参考体系。这主要是出于联网和集成的需

要，没有标准显然无法达成信息的互换，而开放标准的参考体系，包括公开完整的

技术说明等资料，有助于促进网络的迅速普及与社会各方的参与。

(2)建立模型来管理复杂的系统。

(3)提供一套综合的工业宽带基础设施。这是实施联网的基础，以保证数据传

输的高速、稳定与可靠。

（4）建立安全保障机制。

（5）创新工作的组织和设计方式

（6）注重培训和持续的职业发展

（7）健全规章制度。它涉及企业如何进行数据保护、数据交换过程中安全性、

保护个人隐私、协调各国的不同贸易规则等。

（8）提升资源效率。 2.2德国工业4.0的本质

工业4.0本质是基于“信息物理系统”实现“智能工厂”。

2.3德国工业4.0的核心

工业4.0核心是动态配置的生产方式。工业4.0报告中描述的动态配置的生产方式主要是指从事作业的机器人（工作站）能够通过网络实时访问所有有关信息，并根据信息内容，自主切换生产方式以及更换生产材料，从而调整成为最匹配模式的生产作业。

2.4德国工业4.0的特点

（1）基础性。与德国整体发展战略相关，发挥优势，应对全局性挑战。德国是一个很重视发展战略规划的国家，特别是进入21世纪以来，一直在努力建立部门间高技术战略协调机制，制定德国的创新发展国家战略。2006年。德国政府制定了“高科技战略”，2010年7月，发布了《德国2020高技术战略》报告，2011年11月，德国政府特别提出把德国工业4.0作为《德国2020高技术战略》的重心，具有非同一般的意义，充分说明德国制造业在德国整体发展战略中的基础性作用。

（2）策略性。与国际社会竞争相关，在国际相近的战略思维中，寻求不同的策略。

（3）创新性。与工业发展历史相关，把累积、继承、创新有机结合起来，形成高水平的创新。一方面，充分考虑了从工业化早期阶段吸取经验，继承和发扬现有工业的核心价值。另一方面，德国工业4.0将制造领域的所有因素和资源通过CBS系统构成全新的社会服务和实时保障平台，体现了深度的创新性。

（4）前瞻性。与未来趋势相关，正确研判当前的形势和未来的趋势，体现事物发展规律。工业4.0是一个长期的发展战略；智能经济、智能世界是一个中长期的发展目标。

（5）市场性。与市场发展需求相关，适应市场、构建市场、引领市场，占据市场制高点。

3、德国工业4.0的发展前景

德国“工业4.0”尚需多年的开发、实施才能完全转变为现实。不过，这一理念

在德国已经得到广泛传播，形成了一定的共识。只是各类企业对这一概念的接受程度存在差异，规模越大或技术含量越高的企业越容易接受“工业4.0”的理念。

展望未来，“工业4.0”的成效依然值得期待。德意志银行的一份研究报告引用德国科学与工程院的结论，乐观估计“工业4.0”可帮助德国企业提高30％的劳动生产率。此外，德国信息技术、电信和新媒体协会（BITKOM）与弗劳恩霍夫协会共同进行了一项研究，认为“工业4.0”除了可以显著提升德国制造业的水平外，也将使六大行业受益匪浅：至2025年，六大行业将多创造787.7亿欧元的产值，每年增速上升1.7个百分点。无论从历史经验还是现实条件上看，德国确实具有一系列支持“工业4.0”计划取得一定成效的有利因素：

（1）历史上多次直面技术进步的挑战并成功完成转型。

（2）实体经济发达为“工业4.0”的推进提供动力及奠定基础。

（3）德国良好的教育体制与发达的科研能力是“工业4.0”成功的保证。

4、德国工业4.0与中国制造2025的比较

4.1共同

“中国制造2025”与德国“工业4．0”都是在新一轮科技革命和产业变革背景下针对制造业发展提出的一个重要战略举措。均是通过对制造业制定一系列的战略措施进而引导工业的发展，在未来的世界工业中占据一定的位置。

4.2差异

(1)思想的差异

德国工业4.0战略是一个革命性的基础性的科技战略。其立足点并不是单纯提升某几个工业制造技术，而是从制造方式最基础层面上进行变革，从而实现整个工业发展的质的飞跃。因此，德国工业4.0战略的核心内容并不拘泥于工业产值数据这个层面上“量的变化”，而更加关注工业生产方式的“质的变化”。相对于德国工业4.0，《中国制造2025》，则强调的是在现有的工业制造水平和技术上，通过“互联网+”这种工具的应用，实现结构的变化和产量的增加。这种区别就好比《中国制造2025》是在工业现阶段水平和思维模式上寻求阶段内的改进和发展，德国则是寻求从工业3.0阶段跨越到工业4.0阶段，实现“质的变化”。

（2）目标的差异

工业4. 0”的目标是引领第四次工业革命，确保德国制造业的未来始终处于领先地位; “制造2025”则是计划通过三个“十年”的努力，使中国进入世界制造强国的前列。

(3)基础的差异

这个战略最重要的因素是基础科学研究，很多细节方面的任务目标，都以“高、精、尖”的理论知识作为依凭。致力于改善德国科学基础研究的条件，提高科研创新能力。相比之下，中国基础学科的研究比较薄弱，科研创新能力不强，很难有重大突破。

（4）重点领域的差异

(5)路径的差异

在行动路径上，“工业4. 0”突出“智能”、“网络”、“系统”; 要建设CPS，将物联网和服务网广泛应用于制造领域，对制造产品的全生命周期、完整制造流程模块进行集成和数字化，构筑一种高度灵活、具备鲜明个性特征的产品与服务新生产模式; 由于标准化、组织工作和产品的可获得性是实施“工业4. 0”的重大挑战，故而该项目鼓励德国企业参与实施“工业4. 0”，并将通过领先的供应商策略和领先的市场策略来实现战略目标。“制造2025”则更多地集中于市场准入制度、政府经济职能转变、行政审批制度改革、市场环境建设、政策支持等，技术研发、科技成果转化、创新能力设计等仍然作为实现战略目标的行动路径，政府在行动过程中的作用有着明显体现。