工業4.0概念源于2011年漢諾威工業博覽會，德國業界提出該想法是想通過物聯網等技術應用來提高德國制造業水平。隨后，德國成立了“工業4.0工作組”，并于2013年4月發布了《保障德國制造業的未來：關于實施工業4.0戰略的建議》的報告。同時，德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部也于2013年將工業4.0項目納入了《高技術戰略2020》的十大未來項目中。德國機械及制造商協會（VDMA）等協會還合作設立了“工業4.0平臺”。2013年12月，德國電氣電子和信息技術協會發表了德國首個工業4.0標準化路線圖。在今年4月的漢諾威工業博覽會，工業4.0成為主題。德國總理默克爾將工業4.0稱作是“一個里程碑”。

       目前，工業4.0的概念也引起了我國政府、產業界以及學術界的廣泛關注。那么，德國工業4.0戰略包含哪些主要內容？其主要戰略目的與產業意圖又是什么？德國工業4.0對中國工業轉型升級有哪些啟示與借鑒？等等問題，都值得我們深入研究。

       德國工業4.0戰略的主要內容

       工業4.0認為，18世紀引入機械制造設備的工業是1.0時代，20世紀初的電氣化是2.0時代，20世紀70年代開始的利用電子信息化技術的自動化是3.0時代，而工業4.0，意味著基于信息物理系統（Cyber-Physical System，CPS）的智能制造時代的到來。

       對德國工業4.0的核心內容進行概括的話，可以總結為：建設一個網絡（Cyber-Physical System，信息物理系統）、研究兩大主題（智能工廠、智能生產）、實現三大集成（橫向集成、縱向集成與端對端集成）、推進三大轉變。

       一是建設一大網絡，即信息物理系統（CPS）。CPS的核心思想是強調虛擬網絡世界與實體物理系統的融合。換而言之，即強調制造業在數據分析基礎上的轉型。進一步講，CPS的主要特征可以用六個字母（6C）來定義，即Connection（連接）、Cloud（云儲存）、Cyber（虛擬網絡）、Content（內容）、Community（社群）、Customization（定制化）。CPS可以將資源、信息、物體以及人員緊密聯系在一起，從而創造物聯網及相關服務，并將生產工廠轉變為一個智能環境。

       二是研究兩大主題，即智能工廠與智能生產。實現工業4.0的核心是智能工廠與智能生產。作為目標核心載體的智能工廠，即分散的、具備一定智能化的生產設備，在實現了數據交互之后，能夠形成高度智能化的有機體，實現網絡化、分布式的生產設施；智能生產的側重點在于將人機互動、智能物流管理、3D打印等先進技術應用于整個工業生產過程。

       未來智能工廠與智能生產的實現意味著：較之傳統生產模式，新的生產方式將大幅提高資源利用率，產品生產過程中的實時圖像顯示使得虛擬生產變為可能，從而減少材料浪費；個性化定制將成為可能并且生產速度大幅提高。

       三是實現三大集成，即價值鏈上企業間的橫向集成、網絡化制造系統的縱向集成，以及端對端工程數字化集成。

       在生產、自動化工程以及IT領域，價值鏈上企業間的橫向集成是指將使用于不同生產階段及商業規劃過程的IT系統集成在一起，這包括了發生在公司內部以及不同公司之間的材料、能源以及信息的交換（比如入站物流、生產過程、出站物流、市場營銷），橫向集成的目的是提供端對端的解決方案。

       與此相對應，網絡化制造系統的縱向集成是指將處于不同層級的IT系統進行集成（例如，執行器和傳感器、控制、生產管理、制造和企業規劃執行等不同層面），其目的同樣是為了提供一種端對端的解決方案。

       端對端工程數字化集成是指貫穿整個價值鏈的工程化數字集成，是在所有終端實現數字化的前提下所實現的基于價值鏈與不同公司之間的一種整合，這將在最大程度上實現個性化定制。在此模式下，客戶從產品設計階段就參與到整條生產鏈，并貫穿加工制造、銷售物流等環節，可實現隨時參與和決策并自由配置各個功能組件。

       四是促進三個轉變。一是實現生產由集中向分散的轉變，規模效應不再是工業生產的關鍵因素，工業生產的基本模式將由集中式控制向分散式增強型控制轉變；二是實現產品由大規模趨同性生產向規?；ㄖ粕a轉變，未來產品都將完全按照個人意愿進行生產，極端情況下，將成為自動化、個性化的單件制造；三是實現由客戶導向向客戶全程參與的轉變，客戶不僅出現在生產流程的兩端，而是廣泛、實時參與生產和價值創造的全過程。

       歸納而言，德國工業4.0的核心，就是利用信息通信技術把產品、機器、資源和人有機結合在一起，通過信息通信技術建立一個高度靈活的個性化和數字化的智能制造模式。在此模式中，CPS系統將推動生產對象直接或借助互聯網通過M2M（Machine-to-Machine，機器對機器）通信自主實現信息交換、運轉和互相操控；智能工廠能夠自行運轉，產品與機器可以相互交流，機器可以自組織生產，供應鏈將自動化協同，產業鏈分工將被重組，創造新價值的過程將發生改變。

       德國工業4.0的戰略目的與產業意圖

       一是確保德國制造業的國際競爭力，爭奪新一輪技術與產業革命的話語權。這是德國推進工業4.0的主要戰略目的。

       德國作為世界上最具競爭力的制造業強國，擁有世界一流的機器設備和裝備制造業，尤其在嵌入式系統和自動化工程領域更是處于領軍地位。機械設備、汽車和化學品是德國主要的出口產品，尤其在機械設備領域，德國作為全球市場領導者，擁有許多提供專業解決方案的“隱形冠軍”——德國前100名的中小企業有22家是機械設備制造商。

       但德國工業面臨的挑戰以及其相對弱項也十分明顯。首先，機械設備領域的全球競爭正日趨激烈，不僅美國在全球金融危機后大力推進“再工業化”戰略與措施，大力發展先進制造業，亞洲的機械設備制造商也正奮起直追，威脅德國制造商。其次，軟件與互聯網技術是德國工業的相對弱項。與美國相比，德國的國內市場較小，不利于IT解決方案的大規模實施，德國在國際上比較有影響力的IT企業僅有SAP等企業。而美國涌現了Google、Amazon等跨界融合企業，大力研究人工智能技術，探索無人機以及無人駕駛汽車。德國工業4.0戰略的核心概念——CPS的主要思想，也是美國在2006年提出來的?？梢哉f，在工業信息化方面，美國硅谷代表了一個完整的企業創新生態系統，而德國并沒有太多的領先優勢。

       因此，為了保持作為全球領先的裝備制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，德國提出自己的工業4.0戰略，其目的就是要充分發揮德國的傳統優勢，通過在制造業領域大力應用物聯網以及服務互聯網技術，在向工業化第四階段的邁進過程中先發制人，與美國等國爭奪新一輪技術與產業革命的話語權。

       二是推動德國制造業從單純的圍繞產品制造的產銷模式，向基于大數據分析與應用基礎上的智能制造模式轉型。這是德國推進工業4.0戰略的主要產業意圖。

       德國是一個高端制造業大國，但與美國相比，德國的制造業服務化相對比較弱，其產品提供了功能的價值，卻沒有充分挖掘服務的價值。因此，工業4.0的提出，意味著德國試圖利用其變革德國制造業的方向，即通過向智能制造的轉型，大力推進制造業服務化，不僅通過賣產品創造價值，也通過賣技術、賣服務創造財富。

       工業4.0強調通過信息網絡與物理生產系統的融合來改變當前的工業生產與服務模式。在工業4.0時代，產品與生產設備之間、不同的生產設備之間，通過數據交互連接到一起，讓工廠內部縱向之間甚至工廠與工廠橫向之間都能成為一個整體，從而形成生產的智能化。在信息物理系統實現過程中產生的工業大數據，其應用和分析等相關技術必然成為工業4.0的基礎。由此，在工業4.0時代，制造業也將從單純的圍繞產品制造的產銷模式，向基于大數據分析與應用基礎上的智能制造模式轉變。

       對中國工業轉型升級的啟示與借鑒

       工業4.0是德國從政府層面提出的戰略，代表德國從國家層面對未來制造業走向和相關問題的戰略布局和對策，與我國提出的兩化深度融合戰略有很多相似之處，其提出的一系列政策措施，值得我們認真借鑒。

       一是制造業智能化、互聯網化是新一輪技術與產業革命的大趨勢，要抓緊制定相應的頂層戰略設計，重視話語權建設。為推進工業4.0計劃的落實，德國資訊技術和通訊新媒體協會(BITKOM)、德國機械設備制造業聯合會(VDMA)以及德國電氣和電子工業聯合會(ZVEI)等三大協會共同建立了跨界研究小組“工業4.0平臺”，以協調所有參與工業4.0戰略計劃的資源。這也是德國推進工業4.0的組織保障。充分重視釋放市場潛力的戰略設計，為了執行工業4.0戰略，德國采用了“領先的供應商戰略”與“領先的市場戰略”的雙重戰略來釋放市場潛力。領先的供應商戰略強調德國裝備制造供應商要通過技術創新和集成，不斷提供世界領先的技術解決方案，并藉此成為工業4.0產品的全球領先的開發商、生產商。重視在新一輪技術與產業革命的話語權建設。為了充分發揮德國的傳統優勢，德國在吸收美國提出的CPS概念的基礎上推陳出新，提出工業4.0戰略，其目的就是要爭奪話語權，為德國的新技術與產品出口創造機會。

       德國的工業4.0戰略，可以說是對于先進制造業發展方向和升級路徑的決策，目標明確、戰略務實、發展路徑清晰，與我國工業轉型升級規劃中的兩化深度融合的提法異曲同工。我國兩化融合和兩化深度融合概念雖然提出已久，但戰略設計、組織保障、推進路線等方面的認知還沒有達到一定的水平，兩化深度融合的提法也還沒有提升到爭奪全球新一輪技術與產業革命的話語權的高度來制定戰略目標與執行路線。在這方面我們必須向德國、美國學習，立足于充分發揮中國制造業的現有優勢，在深刻認識新一輪技術與產業革命的規律與特性的基礎上，推進我國新一輪技術與產業革命的頂層戰略規劃，力爭在全球新的技術與產業革命中建立自身的話語權。

       二是高度重視標準在工業轉型升級、兩化深度融合戰略和戰略性新興產業發展中的引領作用，大力推進標準的國際化建設。德國是一個重視標準的國家，并將標準放到引領產業發展的高度上，認為標準尤其是關于安全、健康和環保等方面的標準，代表著掌控科技、掌控產業的進一步發展。據德國標準化協會的計算，1960-1996年間德國每年3.3%的GDP增長中，標準的貢獻率占0.9%，僅次于資本投入。

       工業4.0認為，實現工業4.0目標的關鍵是建立一個人、機器、資源互聯互通的網絡化社會，物聯網、互聯網、服務化的智能聯接必然要求一個系統框架，在這個框架內，各種終端設備、應用軟件，它們之間的數據信息交換、識別、處理、維護等必須基于一套標準化的體系。為了順利實現向工業4.0的轉化，德國工業4.0工作組把標準化排在為推進工業4.0需要在關鍵領域采取的8項行動的第一位，工業4.0工作組還同時建議在工業4.0平臺下成立一個工作小組，專門處理標準化和參考架構的問題。為此，2013年12月，德國電氣電子和信息技術協會發表了“工業標準化路線圖”?？梢哉f，德國工業4.0中的標準化戰略顯示出“前導+研發”的鮮明模式特征，即在先進技術的研發的同時，標準化同步甚至超前進行，以便為產業發展勾勒出整體框架。

       為此，我們在推進兩化深度融合的戰略中，不僅要重視發揮標準化工作在產業發展中的引領作用，及時出臺兩化深度融合標準化路線圖，而且還要實現標準的國際化，使得中國設立的標準得到國際上的廣泛采用，以奪取戰略性新興產業發展的全球制高點。

       三是在實施兩化深度融合戰略、發展戰略性新興產業的過程中，不僅要重視關鍵技術的發展和突破，更應重視系統配套體系、企業創新生態系統的建設。工業4.0強調系統、集成以及社會資源的再配置，是對整個制造業體系的發展的總體思考，而不僅僅把它作為一個新技術發展的問題。

       在工業4.0的雙重戰略中，德國提出不僅要重視發揮大企業的龍頭作用，更高度強調如何使中小企業能夠應用工業4.0的成果來解決“產、學、研、用”互相結合和促進的問題。德國工業4.0戰略不僅有傳統的大公司西門子、博世、庫卡積極參與該計劃，也特別注重吸引中小企業參與，力圖使中小企業成為新一代智能制造技術的使用者和受益者，同時也成為先進制造技術的創造者和供應者。

       可以說，從技術發展、創新生態到社會融合，工業4.0特別注重“工業系統的整體躍遷”的實現路徑與配套體系建設。我們在實施兩化深度融合戰略中，不但要重視大企業的龍頭作用，還應充分吸收中小企業參與，以推動跨學科、跨行業的創新生態系統的建設。同時，如何為工業提供綜合的寬帶互聯網基礎設施、如何開發和管理工業大數據、如何保證工業IT系統與工業控制系統的安全，這些課題都值得我們在實施工業轉型升級規劃時重點考慮。尤其重要的是，我們應把推進工業大數據產業的發展置于搶占新一輪技術與產業革命的制高點的高度加以推進，不僅應加強工業大數據的應用研究，更要加強工業大數據分析和處理技術的開發。