工業(yè)4.0

　    工業(yè)4.0的概念最早出現(xiàn)在德國，2013年的漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出，其核心目的是為了提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領先機。隨后由德國政府列入《德國2020高技術戰(zhàn)略》中所提出的十大未來項目之一。該項目由德國聯(lián)邦教育局及研究部和聯(lián)邦經(jīng)濟技術部聯(lián)合資助，投資預計達2億歐元。旨在提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應性、資源效率及基因工程學的智慧工廠，在商業(yè)流程及價值流程中整合客戶及商業(yè)伙伴。其技術基礎是網(wǎng)絡實體系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)。

　    德國所謂的工業(yè)4.0是指利用物聯(lián)信息系統(tǒng)（Cyber—Physical System簡稱CPS）將生產中的供應，制造，銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達到快速，有效，個人化的產品供應。

　    “中國制造2025”與德國“工業(yè)4.0”的合作對接淵源已久。2015年5月，國務院正式印發(fā)《中國制造2025》，部署全面推進實施制造強國戰(zhàn)略。

　    工業(yè)4.0已經(jīng)進入中德合作新時代，中德雙方簽署的《中德合作行動綱要》中，有關工業(yè)4.0合作的內容共有4條，第一條就明確提出工業(yè)生產的數(shù)字化就是“工業(yè)4.0”對于未來中德經(jīng)濟發(fā)展具有重大意義。雙方認為，兩國政府應為企業(yè)參與該進程提供政策支持。　

成立背景

　    “工業(yè)4.0” 研究項目由德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術部聯(lián)手資助，在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等德國學術界和產業(yè)界的建議和推動下形成，并已上升為國家級戰(zhàn)略。德國聯(lián)邦政府投入達2億歐元。

　    德國政府提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，并在2013年的漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出，其目的是為了提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領先機。 該戰(zhàn)略已經(jīng)得到德國科研機構和產業(yè)界的廣泛認同，弗勞恩霍夫協(xié)會將在其下屬6－7個生產領域的研究所引入工業(yè)4.0概念，西門子公司已經(jīng)開始將這一概念引入其工業(yè)軟件開發(fā)和生產控制系統(tǒng)。 自2013年4月在漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出以來，工業(yè)4.0迅速成為德國的另一個標簽，并在全球范圍內引發(fā)了新一輪的工業(yè)轉型競賽。

　    2023年4月17日至21日，全球約4000家來自機械工程、電氣和數(shù)字行業(yè)以及能源行業(yè)的企業(yè)參加了2023年漢諾威工業(yè)博覽會。

項目內涵

　    “工業(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變，目標是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產品與服務的生產模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產生各種新的活動領域和合作形式。創(chuàng)造新價值的過程正在發(fā)生改變，產業(yè)鏈分工將被重組。

　    “工業(yè)4.0為德國提供了一個機會，使其進一步鞏固其作為生產制造基地、生產設備供應商和IT業(yè)務解決方案供應商的地位?！钡聡こ淘涸洪L孔翰寧(Henning Kagermann)教授如此評價工業(yè)4.0。

　    德國學術界和產業(yè)界認為，“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產方法。該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術和網(wǎng)絡空間虛擬系統(tǒng)—信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System)相結合的手段，將制造業(yè)向智能化轉型。

　    “工業(yè)4.0”項目主要分為三大主題：

　    智能工廠：重點研究智能化生產系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡化分布式生產設施的實現(xiàn)；

　    智能生產：主要涉及整個企業(yè)的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業(yè)生產過程中的應用等。該計劃將特別注重吸引中小企業(yè)參與，力圖使中小企業(yè)成為新一代智能化生產技術的使用者和受益者，同時也成為先進工業(yè)生產技術的創(chuàng)造者和供應者；

　    智能物流：主要通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng)，整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應方的效率，而需求方，則能夠快速獲得服務匹配，得到物流支持。

項目目標

　    德國制造業(yè)是世界上最具競爭力的制造業(yè)之一，在全球制造裝備領域擁有領頭羊的地位。這在很大程度上源于德國專注于創(chuàng)新工業(yè)科技產品的科研和開發(fā)，以及對復雜工業(yè)過程的管理。德國擁有強大的設備和車間制造工業(yè)，在世界信息技術領域擁有很高的能力水平，在嵌入式系統(tǒng)和自動化工程方面也有很專業(yè)的技術，這些因素共同奠定了德國在制造工程工業(yè)上的領軍地位。

　    通過工業(yè)4.0戰(zhàn)略的實施，德國將成為新一代工業(yè)生產技術（即信息物理系統(tǒng)）的供應國和主導市場，會使德國在繼續(xù)保持國內制造業(yè)發(fā)展的前提下再次提升它的全球競爭力。在社會根本上，德國完善的民主法制和知識產權保護，是保障德國制造業(yè)健康發(fā)展的堅實后盾，更是降低社會生產成本、提升效率的真正利器。

核心特征

　    “工業(yè)4.0”這一名稱的含義是人類歷史上的第四次工業(yè)革命。第一次工業(yè)革命是18世紀60年代至19世紀中期掀起的通過水力和蒸汽機實現(xiàn)的工廠機械化；第二次工業(yè)革命是19世紀后半期至20世紀初的電力廣泛應用；第三次工業(yè)革命是20世紀后半期出現(xiàn)的、基于可編程邏輯控制器（PLC）的生產工藝自動化。工業(yè)4.0的定位是可與這些工業(yè)革命比肩的技術革新。 

　    工業(yè)4.0的本質，就是通過數(shù)據(jù)流動自動化技術，從規(guī)模經(jīng)濟轉向范圍經(jīng)濟，以同質化規(guī)?；某杀荆瑯嫿ǔ霎愘|化定制化的產業(yè)。對于產業(yè)結構改革，這是至關重要的作用。

　    工業(yè)4.0驅動新一輪工業(yè)革命，核心特征是互聯(lián)?；ヂ?lián)網(wǎng)技術降低了產銷之間的信息不對稱，加速兩者之間的相互聯(lián)系和反饋，因此，催生出消費者驅動的商業(yè)模式，而工業(yè)4.0是實現(xiàn)這一模式關鍵環(huán)節(jié)。工業(yè)4.0代表了“互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)”的智能生產，孕育大量的新型商業(yè)模式，真正能夠實現(xiàn)“C2B2C”的商業(yè)模式。

　    對于即將到來的數(shù)據(jù)流動自動化趨勢，世界主要制造強國的理解各有千秋。典型的就是通用電氣（GE）公司推動的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，它更關注產品本身的智能化。

發(fā)展現(xiàn)狀

　    工業(yè)自動化是德國得以啟動工業(yè)4.0的重要前提之一，主要是在機械制造和電氣工程領域。當前在德國和國際制造業(yè)中廣泛采用的“嵌入式系統(tǒng)”，正是將機械或電氣部件完全嵌入到受控器件內部，是一種特定應用設計的專用計算機系統(tǒng)。數(shù)據(jù)顯示，這種“嵌入式系統(tǒng)”每年獲得的市場效益高達200億歐元，而這個數(shù)字到2020年將提升至400億歐元。

　    有專家預計，不斷推廣的工業(yè)4.0將為德國的一些機械和電氣設備生產商，以及多家中小企業(yè)帶來大量訂單。

　    工業(yè)4.0是德國人提出的概念，認為制造業(yè)未來只能通過智能化的生產創(chuàng)造價值，即制造本身是創(chuàng)造價值的。而美國則提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，以通用電氣（GE）為代表，注重通過機器互聯(lián)、軟件及大數(shù)據(jù)分析，提升生產效率，創(chuàng)造數(shù)字工業(yè)的未來。 

　    工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)拓展基于Predix以及Predix.io兩大基礎。其中Predix是GE面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)，而Predix.io支持第三方軟件工程師在Predix上構建、部署并擴展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用，并為此提供了安全可靠的開發(fā)環(huán)境。自從2月份Predix在美國推出以來，全球已有11000多名開發(fā)人員采用該平臺進行應用開發(fā)。GE預計年底Predix在中國推出后會有更多開發(fā)者加入。

　    德國聯(lián)邦貿易與投資署專家Jerome Hull在接受時代周報記者專訪時表示，工業(yè)4.0是運用智能去創(chuàng)建更靈活的生產程序、支持制造業(yè)的革新以及更好地服務消費者，它代表著集中生產模式的轉變。

　    Jerome Hull介紹：所謂的系統(tǒng)應用、智能生產工藝和工業(yè)制造，并不是簡單的一種生產過程，而是產品和機器的溝通交流，產品來告訴機器該怎么做。生產智能化在未來是可行的， 將工廠、產品和智能服務通聯(lián)起來，將是全球在新的制造業(yè)時代一件非常正常的事情。

　    工業(yè)4.0是涉及諸多不同企業(yè)、部門和領域，以不同速度發(fā)展的漸進性過程，跨行業(yè)、跨部門的協(xié)作成為必然。同樣是在2013年漢諾威工業(yè)博覽會上，由德國機械設備制造業(yè)聯(lián)合會（VDMA）、德國電氣和電子工業(yè)聯(lián)合會（ZVEI）以及德國信息技術、通訊、新媒體協(xié)會（BITKOM）三個專業(yè)協(xié)會共同建立的工業(yè)4.0平臺正式成立。

　    2018年9月11日至13日，2018世界經(jīng)濟論壇東盟會議在越南首都河內舉行。東盟及其他一些國家和地區(qū)官員、商業(yè)領袖等各界代表千余人出席。會議主題是“東盟4.0：企業(yè)家精神和第四次工業(yè)革命”，圍繞這一主題，與會代表探討了“工業(yè)4.0”為東盟國家?guī)淼挠绊懞蜋C遇，激發(fā)企業(yè)和民眾在第四次工業(yè)革命中的潛力和活力，以推進東盟共同體建設，促進東盟經(jīng)濟發(fā)展。

　    2021年5月，“十四五”開局之年，緊扣臺州市提出建設“六個城市”新目標，路橋區(qū)組織實施“一區(qū)四城”戰(zhàn)略，奮力爭創(chuàng)社會主義現(xiàn)代化先行區(qū)。其中一“城”，就是打造工業(yè)4.0示范城。

　    2024年4月23日，中國國際經(jīng)濟交流中心副理事長、商務部原副部長魏建國表示，未來十年，全球第四次工業(yè)革命將會在中國發(fā)生，第四次工業(yè)革命的作用和影響力將遠遠超過前三次工業(yè)革命。

　    工業(yè)4.0是指第四次工業(yè)革命，也被稱為智能工廠、智能制造或數(shù)字化工廠。它強調智能工廠、智能生產和智能物流的融合，通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術，實現(xiàn)制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉型。工業(yè)4.0旨在提高生產效率、靈活性和質量，增強企業(yè)競爭力，推動制造業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。以下是工業(yè)4.0的發(fā)展現(xiàn)狀：

一、全球發(fā)展現(xiàn)狀

　    1、技術集成與應用：

　    工業(yè)4.0依賴于九大技術支柱，包括大數(shù)據(jù)和AI分析、橫向和縱向集成、云計算等。這些創(chuàng)新技術連接了現(xiàn)實世界與數(shù)字世界，讓智能自主系統(tǒng)成為可能。

　    工業(yè)4.0的實際應用包括協(xié)同設計平臺、預測性維護、供應鏈優(yōu)化等，助力企業(yè)提高效率、可視性和可持續(xù)性。

　    2、市場規(guī)模與增長：

　    數(shù)據(jù)顯示，2023年全球工業(yè)自動化市場規(guī)模達到4807.3億美元。預計到2024年，這一數(shù)字將增長至5095.9億美元。

　    工業(yè)4.0的推進促進了全球工業(yè)自動化市場的持續(xù)擴大，各應用領域對工業(yè)自動化設備的需求進一步增加。

　    3、地區(qū)差異：

　    根據(jù)《2024年工業(yè)4.0晴雨表》的調查，中國在工業(yè)4.0的多個方面均處于領先地位，尤其在工業(yè)人工智能方面。相比之下，美國、英國以及德國、奧地利、瑞士（DACH）地區(qū)在跟蹤技術、數(shù)字映射和自主機器或機器人的使用上相對滯后。

二、中國發(fā)展現(xiàn)狀

　    1、政策扶持：

　    中國政府提出了“中國制造2025”等政策，旨在利用工業(yè)4.0的浪潮，推動中國從世界第一制造大國向發(fā)達制造大國轉變。

　    國家將加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟，建設智能社會，對制造業(yè)來說，裝備制造的數(shù)字化、裝備設備的數(shù)字化是關鍵。

　    2、技術發(fā)展與應用：

　    中國工業(yè)4.0的發(fā)展建立在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等突破性技術之上，通過充分整合和優(yōu)化虛擬與現(xiàn)實世界中的資源、人才和信息，構建具有高靈活度、高資源利用率的“智能工廠”。

　    工業(yè)4.0通過實現(xiàn)產品開發(fā)、采購、制造、分銷、零售到終端客戶的連續(xù)、實時信息流通，創(chuàng)建了貫穿整個商業(yè)價值鏈的“數(shù)字線程”。

　    3、市場規(guī)模與趨勢：

　    2023年中國工業(yè)自動化市場規(guī)模達3115億元，預計到2024年將增長至3531億元。

　    隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算等新興技術的商業(yè)化和工業(yè)化應用逐步深入，中國工業(yè)4.0市場將繼續(xù)保持增長態(tài)勢。

　    4、挑戰(zhàn)與機遇：

　    中國工業(yè)4.0的發(fā)展面臨著技術標準的統(tǒng)一、數(shù)據(jù)安全和隱私保護、人才培養(yǎng)等方面的挑戰(zhàn)。

　    同時，工業(yè)4.0也為制造業(yè)帶來了巨大的機遇，包括提高生產效率、減少生產成本、提高產品質量、擴大定制化生產能力等。

　    綜上所述，工業(yè)4.0在全球范圍內正快速發(fā)展，中國在其中處于領先地位。隨著技術的不斷進步和應用場景的拓展，工業(yè)4.0將繼續(xù)推動制造業(yè)的變革和創(chuàng)新，促進全球制造業(yè)的轉型升級。

標準制定

　    根據(jù)德國DE雜志對該問題的解釋，“安全”在這里有兩層含義：一方面，人們所獲取的數(shù)據(jù)必須可信的，另一方面他們必須具有安全防盜功能，可以免遭外部的竊取或損害，如黑客攻擊、間諜。

　    “誰來保證安全的數(shù)據(jù)轉換，這是主要的問題。包括政府、研究人員和企業(yè)在內的所有人員都同意，我們需要有新的標準來實際有效地執(zhí)行新的解決方案。”Jerome Hull對時代周報記者說。

　    標準化的缺失實際上是德國工業(yè)4.0項目推行過程中所遭遇的另一個困難。設備不僅必須會說話，而且必須講同一種語言，即通向數(shù)據(jù)終端的“接口”。

　    德國正致力成為這個標準的制定者和推廣者。德國總理默克爾認為，德國可成為工業(yè)4.0標準的推動者，并在歐洲甚至全球推行這些標準。

　    德國官方并沒有透露這些標準的相關內容，但據(jù)悉，標準的制定工作正在緊鑼密鼓地進行當中。近日，工業(yè)4.0平臺剛剛發(fā)布了一個工業(yè)數(shù)據(jù)空間，訪問者可以通過該空間獲取世界上所有工業(yè)的信息。這個空間有著統(tǒng)一的“接口”標準，并且允許所有人對其進行訪問。

　    探索標準化的還有他人。事實是，為了應對去工業(yè)化、將物聯(lián)網(wǎng)和智能服務引入制造業(yè)的國家并不止德國一個。盡管提法不同，但內容卻類似，如美國的“先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”、日本的“科技工業(yè)聯(lián)盟”、英國的“工業(yè)2050戰(zhàn)略”等。而中國制造業(yè)頂層設計—“中國制造2025”也已經(jīng)在上半年推出。

　    2014年11月李克強總理訪問德國期間，中德雙方發(fā)表了《中德合作行動綱要：共塑創(chuàng)新》，宣布兩國將開展工業(yè)4.0合作，該領域的合作有望成為中德未來產業(yè)合作的新方向。而借鑒德國工業(yè)4.0計劃，是“中國制造2025”的既定方略。

　    德國聯(lián)邦貿易與投資署中國事務專家Christina Otte在接受時代周報記者書面采訪時認為，中國工業(yè)轉型在中國轉變經(jīng)濟增長模式的過程中扮演著重要角色。中國政府試圖重新去平衡經(jīng)濟發(fā)展，即減少以投資和出口為基礎的增長，尋求更多的來自內需驅動的增長。為了實現(xiàn)這一目標，中國需要實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化。

　    為了保持GDP在一個穩(wěn)定的增長水平上，它需要從勞動密集型生產模式切換至高效的高科技生產模式。勞動力成本急劇上漲，并且在將來仍會繼續(xù)擴大。中國將在不久的將來面臨合格人才的短缺。從長期來看，只有那些進入高端制造業(yè)的企業(yè)才有機會留在市場里。這種由現(xiàn)代化所帶來的壓力將影響到中國幾乎所有的行業(yè)，而工業(yè)自動化和新一代信息技術的集成是關鍵。

　    “德國的工業(yè)4.0可以為中國提供一種未來工業(yè)發(fā)展的模式，幫助中國解決眼下所面臨的一些挑戰(zhàn)，如資源和能源效益、城市生產和人口變化等?！盋hristina Otte說。

　    隨著中國的加入，德國對工業(yè)4.0標準的制定或將加速。

智能化工廠

　    工業(yè)4.0智能化工廠是第四次工業(yè)革命的核心體現(xiàn)，它代表了制造業(yè)向數(shù)字化、自動化和智能化轉型的先進方向。以下是對工業(yè)4.0智能化工廠的詳細闡述：

一、定義與背景

　    工業(yè)4.0，也被稱為智能工廠、智能制造或數(shù)字化工廠，是指通過信息技術、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新一代科技與制造業(yè)深度融合，推動制造業(yè)的數(shù)字化、自動化和智能化發(fā)展。這一概念最早由德國提出，并迅速在全球范圍內得到響應和推廣。

二、智能化工廠的特點

　    1、高度自動化與智能化：

　    智能化工廠大量采用機器人、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等數(shù)字技術，實現(xiàn)生產過程的自動化和智能化。這些設備通過互聯(lián)網(wǎng)進行互聯(lián)互通，形成一個緊密的生產網(wǎng)絡，提高生產效率和靈活性。

　    通過實時數(shù)據(jù)采集和分析，企業(yè)能夠精準控制生產過程，實現(xiàn)生產線的靈活調整和優(yōu)化，提高產品質量。

　    2、數(shù)據(jù)驅動決策：

　    智能化工廠具有對全局數(shù)據(jù)的高度敏感性和視野廣度。通過工廠內部機制的優(yōu)化和改進，工廠能夠更好地整合和共享數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時生產狀態(tài)監(jiān)控、預測維護等目的。

　    大數(shù)據(jù)分析技術使企業(yè)能夠實時監(jiān)控生產過程中的各項數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，確保生產過程的穩(wěn)定與可靠。

　    3、生產模式創(chuàng)新：

　    智能化工廠推動生產模式從傳統(tǒng)的批量化生產向個性化、定制化轉變。借助先進的柔性生產線和智能制造技術，工廠能夠快速響應客戶需求，生產出符合個性化需求的產品。

　    這種生產模式的轉變不僅滿足了消費者日益多樣化的需求，也為企業(yè)帶來了更大的市場機遇和競爭優(yōu)勢。

　    4、人機協(xié)同：

　    在智能化工廠中，機器人、自動控制系統(tǒng)等與人類操作員之間配備通暢的信息傳遞和獲取系統(tǒng)，使得整個生產過程監(jiān)管和管理更為簡捷高效，減少誤操作的可能性。

　    人機協(xié)同的發(fā)展進一步提升了生產安全性，并降低了人工成本。

三、關鍵技術支撐

　    1、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）：

　    物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)4.0的基礎技術，它通過互聯(lián)網(wǎng)將物理設備和系統(tǒng)連接在一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和協(xié)同工作。物聯(lián)網(wǎng)技術使得遠程監(jiān)控和控制成為可能，提高了生產效率和質量。

　    2、大數(shù)據(jù)分析：

　    大數(shù)據(jù)分析是工業(yè)4.0的核心技術之一。通過對大量數(shù)據(jù)進行分析和處理，企業(yè)能夠做出數(shù)據(jù)驅動的決策和控制，更好地理解市場和消費者需求，優(yōu)化生產過程和資源配置。

　    3、人工智能（AI）：

　    人工智能技術在工業(yè)4.0中發(fā)揮著重要作用。通過機器學習和深度學習等方法，AI系統(tǒng)能夠自主進行決策和控制，實現(xiàn)更高的生產效率和質量。例如，智能機器人能夠自主完成復雜的工作任務，提高生產線的自動化程度。

　    4、云計算與邊緣計算：

　    云計算和邊緣計算為工業(yè)4.0提供了強大的計算能力和數(shù)據(jù)存儲能力。通過云計算平臺，企業(yè)能夠實現(xiàn)資源的共享和優(yōu)化利用；而邊緣計算則能夠在生產現(xiàn)場實時處理數(shù)據(jù)，提高響應速度和可靠性。

四、實踐案例

　    全球范圍內已有許多成功的工業(yè)4.0智能化工廠實踐案例。例如，德國的西門子安貝格工廠、博世洪堡工廠以及巴斯夫凱澤斯勞滕工廠等，都是工業(yè)4.0概念的典型代表。這些工廠通過引入物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術，實現(xiàn)了生產過程的數(shù)字化、自動化和智能化轉型，顯著提高了生產效率和產品質量。

五、未來發(fā)展趨勢

　    隨著科技的不斷進步和應用，工業(yè)4.0智能化工廠將繼續(xù)引領制造業(yè)的發(fā)展。未來，智能化工廠將更加注重個性化、定制化生產和服務，滿足消費者日益多樣化的需求。同時，綠色可持續(xù)發(fā)展也將成為智能化工廠發(fā)展的重要方向之一。通過引入節(jié)能環(huán)保技術和設備，降低能源消耗和排放，實現(xiàn)生產過程的綠色化將是未來智能化工廠的重要任務之一。