新一代信息通信技術(shù)的發(fā)展，催生了移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、工業(yè)可編程控制器等的創(chuàng)新和應(yīng)用，推動了制造業(yè)生產(chǎn)方式和發(fā)展模式的深刻變革。在這一過程中，盡管德國擁有世界一流的機器設(shè)備和裝備制造業(yè)，尤其在嵌入式系統(tǒng)和自動化工程領(lǐng)域德國更是處于領(lǐng)軍地位，但德國工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)及其相對弱項也顯而易見。一方面，機械設(shè)備領(lǐng)域的全球競爭日趨激烈，不僅美國積極重振制造業(yè)，亞洲的機械設(shè)備制造商也正在奮起直追，威脅德國制造商在全球市場的地位。另一方面，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是德國工業(yè)的相對弱項。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，面對新一輪技術(shù)革命的挑戰(zhàn)，德國推出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，其目的就是充分發(fā)揮德國的制造業(yè)基礎(chǔ)及傳統(tǒng)優(yōu)勢，大力推動物聯(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），以便在向未來制造業(yè)邁進的過程中先發(fā)制人，與美國爭奪新一輪工業(yè)革命的話語權(quán)。
美國是利用互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，向未來制造業(yè)進化。德國是基于制造業(yè)基礎(chǔ)，向未來互聯(lián)網(wǎng)融合。所以說，德國總理默克爾親自不予余力地推動“工業(yè)4.0”，其實還有其背后的用意——德國政府在未來的科技戰(zhàn)略中之所以最重視“工業(yè)4.0”是因為與美國的競爭。
從某種意義上說，“工業(yè)4.0”是德國希望阻止信息技術(shù)不斷融入制造業(yè)之后帶來的支配地位。一旦制造業(yè)各個環(huán)節(jié)都被云計算接管，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“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，使工廠成為一個實現(xiàn)自律分散型系統(tǒng)的“智能工廠”。那時，云計算不過是制造業(yè)中的一個使用對象，不會成為掌控生產(chǎn)制造的中樞所在。
所以說，德國的技術(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)”，升級現(xiàn)有的電子信息技術(shù)，使生產(chǎn)過程透明化管理，滿足未來制造業(yè)的特殊需求。通過強化制造技術(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，通過傳感器物聯(lián)網(wǎng)緊密連接物理現(xiàn)實世界，將網(wǎng)絡(luò)空間的高級計算能力有效運用于現(xiàn)實世界中，從而實現(xiàn)“智能工廠”，使得在生產(chǎn)制造過程中，設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)將通過傳感器采集并進行分析，形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)制造過程的創(chuàng)新突破，增強生產(chǎn)的靈活性。并通過全面融入互聯(lián)網(wǎng)，實時響應(yīng)眾多消費者的需求，實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟和效用，在全球市場中開拓新的市場機遇（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)：通向未來工業(yè)的德國制造2025》
其次，德國制造的技術(shù)領(lǐng)先還將體現(xiàn)于價值網(wǎng)絡(luò)的整合。對不同價值創(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)整合到新的價值網(wǎng)絡(luò)中，增強中小企業(yè)的活力，帶動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)整體上的調(diào)整。
那么，會涉及哪些技術(shù)的領(lǐng)先呢？德國信息產(chǎn)業(yè)、電信和新媒體協(xié)會（BITKOM）與弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進學(xué)會（Fraunhofer）的研究報告中的一幅圖描繪了德國“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：德國信息產(chǎn)業(yè)、電信和新媒體協(xié)會（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)”實現(xiàn)“智能工廠”。在生產(chǎn)設(shè)備層面，通過嵌入不同的傳感器進行實時感知。通過寬帶網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)據(jù)對整個過程進行精確控制；在生產(chǎn)管理層面，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算、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)，實現(xiàn)物理設(shè)備的信息感知、網(wǎng)絡(luò)通信、精確控制和遠程協(xié)作。
德國“工業(yè)4.0”希望通過技術(shù)領(lǐng)先，從三個方面強化競爭力。首先是，提高生產(chǎn)率。生產(chǎn)效率是制造企業(yè)首先會考慮的問題。在具體生產(chǎn)流程方面，“工業(yè)4.0”對企業(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)施形成一個閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)，進而通過物聯(lián)網(wǎng)和系統(tǒng)服務(wù)應(yīng)用，實現(xiàn)貫穿整個智能產(chǎn)品和系統(tǒng)的價值鏈網(wǎng)絡(luò)的橫向、縱向的鏈接和端對端的數(shù)字化集成，從而提高生產(chǎn)效率, 最終實現(xiàn)智能工廠。
其次是，縮短產(chǎn)品上市時間。通過智能工廠制造系統(tǒng)在分散價值網(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)的過程中，借助軟件和網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測、交流溝通，根據(jù)最新情況，靈活、實時地調(diào)整生產(chǎn)工藝，而不再是完全遵照幾個月或者幾年前的計劃。
從而，實現(xiàn)靈活性的提升。“工業(yè)4.0”通過CPS系統(tǒng)將不同設(shè)備通過數(shù)據(jù)交互連接到一起，讓工廠內(nèi)部、外部構(gòu)成一個整體。而這種“一體化”其實是為了實現(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控制”轉(zhuǎn)變，“分散化”后的生產(chǎn)將變得比流水線的自動化方式更加靈活（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)：通向未來工業(yè)的德國制造2025》
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