借鑒德國“工業(yè)4.0” 推進(jìn)我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級
工業(yè)4.0概念源于2011年漢諾威工業(yè)博覽會，德國業(yè)界提出該想法是想通過物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應(yīng)用來提高德國制造業(yè)水平。隨后，德國成立了“工業(yè)4.0工作組”，并于2013年4月發(fā)布了《保障德國制造業(yè)的未來：關(guān)于實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》的報告。同時，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部也于2013年將工業(yè)4.0項目納入了《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》的十大未來項目中。德國機(jī)械及制造商協(xié)會（VDMA）等協(xié)會還合作設(shè)立了“工業(yè)4.0平臺”。2013年12月，德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會發(fā)表了德國首個工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化路線圖。在今年4月的漢諾威工業(yè)博覽會，工業(yè)4.0成為主題。德國總理默克爾將工業(yè)4.0稱作是“一個里程碑”。
目前，工業(yè)4.0的概念也引起了我國政府、產(chǎn)業(yè)界以及學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。那么，德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略包含哪些主要內(nèi)容？其主要戰(zhàn)略目的與產(chǎn)業(yè)意圖又是什么？德國工業(yè)4.0對中國工業(yè)轉(zhuǎn)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(yè)4.0戰(zhàn)略的主要內(nèi)容
工業(yè)4.0認(rèn)為，18世紀(jì)引入機(jī)械制造設(shè)備的工業(yè)是1.0時代，20世紀(jì)初的電氣化是2.0時代，20世紀(jì)70年代開始的利用電子信息化技術(shù)的自動化是3.0時代，而工業(yè)4.0，意味著基于信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS）的智能制造時代的到來。
對德國工業(yè)4.0的核心內(nèi)容進(jìn)行概括的話，可以總結(jié)為：建設(shè)一個網(wǎng)絡(luò)（Cyber-Physical System，信息物理系統(tǒng)）、研究兩大主題（智能工廠、智能生產(chǎn)）、實現(xiàn)三大集成（橫向集成、縱向集成與端對端集成）、推進(jìn)三大轉(zhuǎn)變。
一是建設(shè)一大網(wǎng)絡(luò)，即信息物理系統(tǒng)（CPS）。CPS的核心思想是強調(diào)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與實體物理系統(tǒng)的融合。換而言之，即強調(diào)制造業(yè)在數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上的轉(zhuǎn)型。進(jìn)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(wǎng)絡(luò)）、Content（內(nèi)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(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)服務(wù)，并將生產(chǎn)工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€智能環(huán)境。
二是研究兩大主題，即智能工廠與智能生產(chǎn)。實現(xiàn)工業(yè)4.0的核心是智能工廠與智能生產(chǎn)。作為目標(biāo)核心載體的智能工廠，即分散的、具備一定智能化的生產(chǎn)設(shè)備，在實現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互之后，能夠形成高度智能化的有機(jī)體，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、分布式的生產(chǎn)設(shè)施；智能生產(chǎn)的側(cè)重點在于將人機(jī)互動、智能物流管理、3D打印等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于整個工業(yè)生產(chǎn)過程。
未來智能工廠與智能生產(chǎn)的實現(xiàn)意味著：較之傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，新的生產(chǎn)方式將大幅提高資源利用率，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的實時圖像顯示使得虛擬生產(chǎn)變?yōu)榭赡?，從而減少材料浪費；個性化定制將成為可能并且生產(chǎn)速度大幅提高。
三是實現(xiàn)三大集成，即價值鏈上企業(yè)間的橫向集成、網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)的縱向集成，以及端對端工程數(shù)字化集成。
在生產(chǎn)、自動化工程以及IT領(lǐng)域，價值鏈上企業(yè)間的橫向集成是指將使用于不同生產(chǎn)階段及商業(yè)規(guī)劃過程的IT系統(tǒng)集成在一起，這包括了發(fā)生在公司內(nèi)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(chǎn)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(yīng)，網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)的縱向集成是指將處于不同層級的IT系統(tǒng)進(jìn)行集成（例如，執(zhí)行器和傳感器、控制、生產(chǎn)管理、制造和企業(yè)規(guī)劃執(zhí)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(shù)字化集成是指貫穿整個價值鏈的工程化數(shù)字集成，是在所有終端實現(xiàn)數(shù)字化的前提下所實現(xiàn)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(xiàn)個性化定制。在此模式下，客戶從產(chǎn)品設(shè)計階段就參與到整條生產(chǎn)鏈，并貫穿加工制造、銷售物流等環(huán)節(jié)，可實現(xiàn)隨時參與和決策并自由配置各個功能組件。
四是促進(jìn)三個轉(zhuǎn)變。一是實現(xiàn)生產(chǎn)由集中向分散的轉(zhuǎn)變，規(guī)模效應(yīng)不再是工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，工業(yè)生產(chǎn)的基本模式將由集中式控制向分散式增強型控制轉(zhuǎn)變；二是實現(xiàn)產(chǎn)品由大規(guī)模趨同性生產(chǎn)向規(guī)模化定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，未來產(chǎn)品都將完全按照個人意愿進(jìn)行生產(chǎn)，極端情況下，將成為自動化、個性化的單件制造；三是實現(xiàn)由客戶導(dǎo)向向客戶全程參與的轉(zhuǎn)變，客戶不僅出現(xiàn)在生產(chǎn)流程的兩端，而是廣泛、實時參與生產(chǎn)和價值創(chuàng)造的全過程。
歸納而言，德國工業(yè)4.0的核心，就是利用信息通信技術(shù)把產(chǎn)品、機(jī)器、資源和人有機(jī)結(jié)合在一起，通過信息通信技術(shù)建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的智能制造模式。在此模式中，CPS系統(tǒng)將推動生產(chǎn)對象直接或借助互聯(lián)網(wǎng)通過M2M（Machine-to-Machine，機(jī)器對機(jī)器）通信自主實現(xiàn)信息交換、運轉(zhuǎn)和互相操控；智能工廠能夠自行運轉(zhuǎn)，產(chǎn)品與機(jī)器可以相互交流，機(jī)器可以自組織生產(chǎn)，供應(yīng)鏈將自動化協(xié)同，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組，創(chuàng)造新價值的過程將發(fā)生改變。
德國工業(yè)4.0的戰(zhàn)略目的與產(chǎn)業(yè)意圖
一是確保德國制造業(yè)的國際競爭力，爭奪新一輪技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命的話語權(quán)。這是德國推進(jìn)工業(yè)4.0的主要戰(zhàn)略目的。
德國作為世界上最具競爭力的制造業(yè)強國，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)和自動化工程領(lǐng)域更是處于領(lǐng)軍地位。機(jī)械設(shè)備、汽車和化學(xué)品是德國主要的出口產(chǎn)品，尤其在機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域，德國作為全球市場領(lǐng)導(dǎo)者，擁有許多提供專業(yè)解決方案的“隱形冠軍”——德國前100名的中小企業(yè)有22家是機(jī)械設(shè)備制造商。
但德國工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)以及其相對弱項也十分明顯。首先，機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域的全球競爭正日趨激烈，不僅美國在全球金融危機(jī)后大力推進(jìn)“再工業(yè)化”戰(zhàn)略與措施，大力發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)，亞洲的機(jī)械設(shè)備制造商也正奮起直追，威脅德國制造商。其次，軟件與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是德國工業(yè)的相對弱項。與美國相比，德國的國內(nèi)市場較小，不利于IT解決方案的大規(guī)模實施，德國在國際上比較有影響力的IT企業(yè)僅有SAP等企業(yè)。而美國涌現(xiàn)了Google、Amazon等跨界融合企業(yè)，大力研究人工智能技術(shù)，探索無人機(jī)以及無人駕駛汽車。德國工業(yè)4.0戰(zhàn)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(yè)信息化方面，美國硅谷代表了一個完整的企業(yè)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，而德國并沒有太多的領(lǐng)先優(yōu)勢。
因此，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)，德國提出自己的工業(yè)4.0戰(zhàn)略，其目的就是要充分發(fā)揮德國的傳統(tǒng)優(yōu)勢，通過在制造業(yè)領(lǐng)域大力應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)以及服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在向工業(yè)化第四階段的邁進(jìn)過程中先發(fā)制人，與美國等國爭奪新一輪技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命的話語權(quán)。
二是推動德國制造業(yè)從單純的圍繞產(chǎn)品制造的產(chǎn)銷模式，向基于大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用基礎(chǔ)上的智能制造模式轉(zhuǎn)型。這是德國推進(jìn)工業(yè)4.0戰(zhàn)略的主要產(chǎn)業(yè)意圖。
德國是一個高端制造業(yè)大國，但與美國相比，德國的制造業(yè)服務(wù)化相對比較弱，其產(chǎn)品提供了功能的價值，卻沒有充分挖掘服務(wù)的價值。因此，工業(yè)4.0的提出，意味著德國試圖利用其變革德國制造業(yè)的方向，即通過向智能制造的轉(zhuǎn)型，大力推進(jìn)制造業(yè)服務(wù)化，不僅通過賣產(chǎn)品創(chuàng)造價值，也通過賣技術(shù)、賣服務(wù)創(chuàng)造財富。
工業(yè)4.0強調(diào)通過信息網(wǎng)絡(luò)與物理生產(chǎn)系統(tǒng)的融合來改變當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)與服務(wù)模式。在工業(yè)4.0時代，產(chǎn)品與生產(chǎn)設(shè)備之間、不同的生產(chǎn)設(shè)備之間，通過數(shù)據(jù)交互連接到一起，讓工廠內(nèi)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(chǎn)的智能化。在信息物理系統(tǒng)實現(xiàn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)大數(shù)據(jù)，其應(yīng)用和分析等相關(guān)技術(shù)必然成為工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。由此，在工業(yè)4.0時代，制造業(yè)也將從單純的圍繞產(chǎn)品制造的產(chǎn)銷模式，向基于大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用基礎(chǔ)上的智能制造模式轉(zhuǎn)變。
對中國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的啟示與借鑒
工業(yè)4.0是德國從政府層面提出的戰(zhàn)略，代表德國從國家層面對未來制造業(yè)走向和相關(guān)問題的戰(zhàn)略布局和對策，與我國提出的兩化深度融合戰(zhàn)略有很多相似之處，其提出的一系列政策措施，值得我們認(rèn)真借鑒。
一是制造業(yè)智能化、互聯(lián)網(wǎng)化是新一輪技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命的大趨勢，要抓緊制定相應(yīng)的頂層戰(zhàn)略設(shè)計，重視話語權(quán)建設(shè)。為推進(jìn)工業(yè)4.0計劃的落實，德國資訊技術(shù)和BITKOM、德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(VDMA)以及德國電氣和電子工業(yè)聯(lián)合會(ZVEI)等三大協(xié)會共同建立了跨界研究小組“工業(yè)4.0平臺”，以協(xié)調(diào)所有參與工業(yè)4.0戰(zhàn)略計劃的資源。這也是德國推進(jìn)工業(yè)4.0的組織保障。充分重視釋放市場潛力的戰(zhàn)略設(shè)計，為了執(zhí)行工業(yè)4.0戰(zhàn)略，德國采用了“領(lǐng)先的供應(yīng)商戰(zhàn)略”與“領(lǐng)先的市場戰(zhàn)略”的雙重戰(zhàn)略來釋放市場潛力。領(lǐng)先的供應(yīng)商戰(zhàn)略強調(diào)德國裝備制造供應(yīng)商要通過技術(shù)創(chuàng)新和集成，不斷提供世界領(lǐng)先的技術(shù)解決方案，并藉此成為工業(yè)4.0產(chǎn)品的全球領(lǐng)先的開發(fā)商、生產(chǎn)商。重視在新一輪技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命的話語權(quán)建設(shè)。為了充分發(fā)揮德國的傳統(tǒng)優(yōu)勢，德國在吸收美國提出的CPS概念的基礎(chǔ)上推陳出新，提出工業(yè)4.0戰(zhàn)略，其目的就是要爭奪話語權(quán)，為德國的新技術(shù)與產(chǎn)品出口創(chuàng)造機(jī)會。
德國的工業(yè)4.0戰(zhàn)略，可以說是對于先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展方向和升級路徑的決策，目標(biāo)明確、戰(zhàn)略務(wù)實、發(fā)展路徑清晰，與我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級規(guī)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(zhàn)略設(shè)計、組織保障、推進(jìn)路線等方面的認(rèn)知還沒有達(dá)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(shù)與產(chǎn)業(yè)革命的話語權(quán)的高度來制定戰(zhàn)略目標(biāo)與執(zhí)行路線。在這方面我們必須向德國、美國學(xué)習(xí)，立足于充分發(fā)揮中國制造業(yè)的現(xiàn)有優(yōu)勢，在深刻認(rèn)識新一輪技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命的規(guī)律與特性的基礎(chǔ)上，推進(jìn)我國新一輪技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命的頂層戰(zhàn)略規(guī)劃，力爭在全球新的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命中建立自身的話語權(quán)。
二是高度重視標(biāo)準(zhǔn)在工業(yè)轉(zhuǎn)型升級、兩化深度融合戰(zhàn)略和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的引領(lǐng)作用，大力推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的國際化建設(shè)。德國是一個重視標(biāo)準(zhǔn)的國家，并將標(biāo)準(zhǔn)放到引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高度上，認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)尤其是關(guān)于安全、健康和環(huán)保等方面的標(biāo)準(zhǔn)，代表著掌控科技、掌控產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。據(jù)德國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會的計算，1960-1996年間德國每年3.3%的GDP增長中，標(biāo)準(zhǔn)的貢獻(xiàn)率占0.9%，僅次于資本投入。
工業(yè)4.0認(rèn)為，實現(xiàn)工業(yè)4.0目標(biāo)的關(guān)鍵是建立一個人、機(jī)器、資源互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)化社會，物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)化的智能聯(lián)接必然要求一個系統(tǒng)框架，在這個框架內(nèi)，各種終端設(shè)備、應(yīng)用軟件，它們之間的數(shù)據(jù)信息交換、識別、處理、維護(hù)等必須基于一套標(biāo)準(zhǔn)化的體系。為了順利實現(xiàn)向工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)化，德國工業(yè)4.0工作組把標(biāo)準(zhǔn)化排在為推進(jìn)工業(yè)4.0需要在關(guān)鍵領(lǐng)域采取的8項行動的第一位，工業(yè)4.0工作組還同時建議在工業(yè)4.0平臺下成立一個工作小組，專門處理標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)的問題。為此，2013年12月，德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會發(fā)表了“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化路線圖”?？梢哉f，德國工業(yè)4.0中的標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略顯示出“前導(dǎo)+研發(fā)”的鮮明模式特征，即在先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)的同時，標(biāo)準(zhǔn)化同步甚至超前進(jìn)行，以便為產(chǎn)業(yè)發(fā)展勾勒出整體框架。
為此，我們在推進(jìn)兩化深度融合的戰(zhàn)略中，不僅要重視發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化工作在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的引領(lǐng)作用，及時出臺兩化深度融合標(biāo)準(zhǔn)化路線圖，而且還要實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的國際化，使得中國設(shè)立的標(biāo)準(zhǔn)得到國際上的廣泛采用，以奪取戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的全球制高點。
三是在實施兩化深度融合戰(zhàn)略、發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的過程中，不僅要重視關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展和突破，更應(yīng)重視系統(tǒng)配套體系、企業(yè)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。工業(yè)4.0強調(diào)系統(tǒng)、集成以及社會資源的再配置，是對整個制造業(yè)體系的發(fā)展的總體思考，而不僅僅把它作為一個新技術(shù)發(fā)展的問題。
在工業(yè)4.0的雙重戰(zhàn)略中，德國提出不僅要重視發(fā)揮大企業(yè)的龍頭作用，更高度強調(diào)如何使中小企業(yè)能夠應(yīng)用工業(yè)4.0的成果來解決“產(chǎn)、學(xué)、研、用”互相結(jié)合和促進(jìn)的問題。德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略不僅有傳統(tǒng)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(yè)參與，力圖使中小企業(yè)成為新一代智能制造技術(shù)的使用者和受益者，同時也成為先進(jìn)制造技術(shù)的創(chuàng)造者和供應(yīng)者。
可以說，從技術(shù)發(fā)展、創(chuàng)新生態(tài)到社會融合，工業(yè)4.0特別注重“工業(yè)系統(tǒng)的整體躍遷”的實現(xiàn)路徑與配套體系建設(shè)。我們在實施兩化深度融合戰(zhàn)略中，不但要重視大企業(yè)的龍頭作用，還應(yīng)充分吸收中小企業(yè)參與，以推動跨學(xué)科、跨行業(yè)的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。同時，如何為工業(yè)提供綜合的寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、如何開發(fā)和管理工業(yè)大數(shù)據(jù)、如何保證工業(yè)IT系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)的安全，這些課題都值得我們在實施工業(yè)轉(zhuǎn)型升級規(guī)劃時重點考慮。尤其重要的是，我們應(yīng)把推進(jìn)工業(yè)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展置于搶占新一輪技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命的制高點的高度加以推進(jìn)，不僅應(yīng)加強工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究，更要加強工業(yè)大數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)的開發(fā)。
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