新一代信息通信技術(shù)的發(fā)展，催生了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、工業(yè)可編程控制器等的創(chuàng)新和應(yīng)用，推動(dòng)了制造業(yè)生產(chǎn)方式和發(fā)展模式的深刻變革。在這一過(guò)程中，盡管德國(guó)擁有世界一流的機(jī)器設(shè)備和裝備制造業(yè)，尤其在嵌入式系統(tǒng)和自動(dòng)化工程領(lǐng)域德國(guó)更是處于領(lǐng)軍地位，但德國(guó)工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)及其相對(duì)弱項(xiàng)也顯而易見(jiàn)。一方面，機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域的全球競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，不僅美國(guó)積極重振制造業(yè)，亞洲的機(jī)械設(shè)備制造商也正在奮起直追，威脅德國(guó)制造商在全球市場(chǎng)的地位。另一方面，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是德國(guó)工業(yè)的相對(duì)弱項(xiàng)。為了保持作為全球領(lǐng)先的裝備制造供應(yīng)商以及在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，面對(duì)新一輪技術(shù)革命的挑戰(zhàn)，德國(guó)推出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，其目的就是充分發(fā)揮德國(guó)的制造業(yè)基礎(chǔ)及傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，大力推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，形成信息物理網(wǎng)絡(luò)（CPS），以便在向未來(lái)制造業(yè)邁進(jìn)的過(guò)程中先發(fā)制人，與美國(guó)爭(zhēng)奪新一輪工業(yè)革命的話語(yǔ)權(quán)。
美國(guó)是利用互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，向未來(lái)制造業(yè)進(jìn)化。德國(guó)是基于制造業(yè)基礎(chǔ)，向未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)融合。所以說(shuō)，德國(guó)總理默克爾親自不予余力地推動(dòng)“工業(yè)4.0”，其實(shí)還有其背后的用意——德國(guó)政府在未來(lái)的科技戰(zhàn)略中之所以最重視“工業(yè)4.0”是因?yàn)榕c美國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)。
從某種意義上說(shuō)，“工業(yè)4.0”是德國(guó)希望阻止信息技術(shù)不斷融入制造業(yè)之后帶來(lái)的支配地位。一旦制造業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)都被云計(jì)算接管，那么制造業(yè)還是制造業(yè)嗎？所以，“工業(yè)4.0”希望用“信息物理系統(tǒng)”升級(jí)“智能工廠”中的“生產(chǎn)設(shè)備”，使生產(chǎn)設(shè)備因信息物理系統(tǒng)而獲得智能，使工廠成為一個(gè)實(shí)現(xiàn)自律分散型系統(tǒng)的“智能工廠”。那時(shí)，云計(jì)算不過(guò)是制造業(yè)中的一個(gè)使用對(duì)象，不會(huì)成為掌控生產(chǎn)制造的中樞所在。
所以說(shuō)，德國(guó)的技術(shù)領(lǐng)先主要體現(xiàn)于“在制造業(yè)中部署信息物理系統(tǒng)”，升級(jí)現(xiàn)有的電子信息技術(shù)，使生產(chǎn)過(guò)程透明化管理，滿足未來(lái)制造業(yè)的特殊需求。通過(guò)強(qiáng)化制造技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的融合，依靠信息物理系統(tǒng)，開創(chuàng)新的制造方式，通過(guò)傳感器物聯(lián)網(wǎng)緊密連接物理現(xiàn)實(shí)世界，將網(wǎng)絡(luò)空間的高級(jí)計(jì)算能力有效運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)世界中，從而實(shí)現(xiàn)“智能工廠”，使得在生產(chǎn)制造過(guò)程中，設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)將通過(guò)傳感器采集并進(jìn)行分析，形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造過(guò)程的創(chuàng)新突破，增強(qiáng)生產(chǎn)的靈活性。并通過(guò)全面融入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)響應(yīng)眾多消費(fèi)者的需求，實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)和效用，在全球市場(chǎng)中開拓新的市場(chǎng)機(jī)遇（圖1）。
圖1 工業(yè)4.0的技術(shù)領(lǐng)先出處：《工業(yè)4.0(圖解版)：通向未來(lái)工業(yè)的德國(guó)制造2025》
其次，德國(guó)制造的技術(shù)領(lǐng)先還將體現(xiàn)于價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的整合。對(duì)不同價(jià)值創(chuàng)造階段、生命周期產(chǎn)品、產(chǎn)品范圍和相應(yīng)制造系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)同式的整合。尤其是，將中小企業(yè)整合到新的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)中，增強(qiáng)中小企業(yè)的活力，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)整體上的調(diào)整。
那么，會(huì)涉及哪些技術(shù)的領(lǐng)先呢？德國(guó)信息產(chǎn)業(yè)、電信和新媒體協(xié)會(huì)（BITKOM）與弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)學(xué)會(huì)（Fraunhofer）的研究報(bào)告中的一幅圖描繪了德國(guó)“工業(yè)4.0”所涉及的技術(shù)（圖2）。
圖2 工業(yè)4.0的創(chuàng)新方程式 出處：德國(guó)信息產(chǎn)業(yè)、電信和新媒體協(xié)會(huì)（BITKOM）
從中也可以看出，“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略中的智能制造處處與信息技術(shù)相關(guān)聯(lián)。“工業(yè)4.0”本質(zhì)是基于“信息物理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)“智能工廠”。在生產(chǎn)設(shè)備層面，通過(guò)嵌入不同的傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)感知。通過(guò)寬帶網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行精確控制；在生產(chǎn)管理層面，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)軟件、管理軟件等一系列技術(shù)構(gòu)成服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備的信息感知、網(wǎng)絡(luò)通信、精確控制和遠(yuǎn)程協(xié)作。
德國(guó)“工業(yè)4.0”希望通過(guò)技術(shù)領(lǐng)先，從三個(gè)方面強(qiáng)化競(jìng)爭(zhēng)力。首先是，提高生產(chǎn)率。生產(chǎn)效率是制造企業(yè)首先會(huì)考慮的問(wèn)題。在具體生產(chǎn)流程方面，“工業(yè)4.0”對(duì)企業(yè)的意義在于，它能夠?qū)⒏鞣N生產(chǎn)資源，包括生產(chǎn)設(shè)備、工廠工人、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施形成一個(gè)閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和系統(tǒng)服務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)貫穿整個(gè)智能產(chǎn)品和系統(tǒng)的價(jià)值鏈網(wǎng)絡(luò)的橫向、縱向的鏈接和端對(duì)端的數(shù)字化集成，從而提高生產(chǎn)效率, 最終實(shí)現(xiàn)智能工廠。
其次是，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。通過(guò)智能工廠制造系統(tǒng)在分散價(jià)值網(wǎng)絡(luò)上的橫向連接，就可以在產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、物流、服務(wù)的過(guò)程中，借助軟件和網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)、交流溝通，根據(jù)最新情況，靈活、實(shí)時(shí)地調(diào)整生產(chǎn)工藝，而不再是完全遵照幾個(gè)月或者幾年前的計(jì)劃。
從而，實(shí)現(xiàn)靈活性的提升。“工業(yè)4.0”通過(guò)CPS系統(tǒng)將不同設(shè)備通過(guò)數(shù)據(jù)交互連接到一起，讓工廠內(nèi)部、外部構(gòu)成一個(gè)整體。而這種“一體化”其實(shí)是為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造的“分散化”。“工業(yè)4.0”中，生產(chǎn)模式將從“由集中式中央控制向分散式增強(qiáng)控制”轉(zhuǎn)變，“分散化”后的生產(chǎn)將變得比流水線的自動(dòng)化方式更加靈活（圖3）。
圖3 工業(yè)4.0的創(chuàng)新方程式 出處：《工業(yè)4.0(圖解版)：通向未來(lái)工業(yè)的德國(guó)制造2025》
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