當前工業領域中全球競爭越來越激烈，自從十多年前首次推出智能電網的概念以來，“智能”這兩個字已成為了創新的代名詞，為了適應新技術高速發展及新產品生命周期的不斷縮短，人們越來越需要具有沖擊力的市場行為進行營銷，于是以智能為形容字的概念和產物越來越多，如智能工廠、智能儀表、智能手機、智能樓宇、智能玩具、智能家居、智能市乃至智能社會，使得我們當代人非常恐慌和疲憊，是否會有一個智能人類將會代替我們的現代人類？然而，社會還是按照它本有的發展規律前進著，當我們還在繼續尋找“智能”的奧秘時候，科技革命、產業革命、工業革命的呼聲越來越高漲，杰里米•里夫金預言“第三次工業革命”，德國推出“工業4.0”現在被許多同行稱為“第四次工業革命”，歐盟提出“新工業革命”。一時此類研討會，高峰會風起云涌，工業革命又成了最大熱詞，這些革命對中國是機遇還是挑戰？中國準備好了嗎？
每次變革都會給大到社會，小到企業及個人帶來變化，是向正面的方向變化還是向負面的方向發展這完全取決于人們是否真正認識了這些所謂“革命”的推動力是什么，其產生的根源是什么 。如果人們真正的能夠挖掘這些深度和內涵，抓住引起所謂“革命”的本質，那么，我們不僅會知其然，而且知其所以然。在本文中，通過分析工業4.0的起因及基礎，確定德國推動工業4.0的目的。從而了解其戰略戰術。試圖得出一些對于中國生產制造行業的啟示。
1 工業4.0是一個以現代制造業為引導的產業革命目前同行都在談論著科技革命、產業革命、工業革命，但是這些革命的區別是什么？各種革命其主要的特征和標志是什么？
這里需要做一個簡單的解釋。人們常常講科技是第一生產力。確實如此，每次工業革命產生于技術的革命，一般來講，人類社會上首先產生科技革命，然后這些科技成果成功地應用于某個領域上，從而產生了產業革命。多種產業革命的崛起，形成了工業革命。從這個觀點來理解，我們就能比較理智地來認識目前所提出的各種革命，同時能遵循其革命的要求，制定行之有效、可控可行的戰略和對策。那么目前我們社會面臨的各種革命的最大的源泉是什么呢？實際上就是互聯網技術。互聯網技術影響了我們人類社會，對于社會的發展起了很大的推動作用，這種新技術正日以繼夜的滲透到各行各業而推動各行各業相應的技術革命。
如美國里夫金提出的第三次工業革命實際上是將互聯網技術應用到新能源領域，產生了新能源的革命，新能源資源的分散分布化、就地取用化與互聯網相結合產生了智能電網，產生了第三次工業革命。由于這些新領域的開拓，需要大量的新技術、新產品、新的工程解決方法，又引進儲能控制技術、微網技術、云技術、物聯網、電源管理技術等新的創新理念和方法，形成了能源領域的產業革命。所以本質上它是新能源與互聯網相結合的新的一次產業革命。它的推動力就是互聯網技術在新能源領域的應用。
又如與本文有關的工業4.0，所謂的第四次工業革命，它的起源是什么？它要解決的問題是什么？為什么德國會將工業4.0作為其科技發展綱要的一個核心組成部分。
據報道德國西門子工業集團總裁魯斯沃博士曾在中國工程院與國務院國資委舉辦的學術報告會上介紹，“工業4.0”概念即是以智能制造為主導的第四次工業革命，或革命性的生產方法。而智能工廠將是構成未來工業體系的一個關鍵特征。在智能工廠里，人、機器和資源如同在一個社交網絡里自然地相互溝通協作；生產出來的智能產品能夠理解自己被制造的細節以及將如何使用，能夠回答“哪組參數被用來處理我”、“我應該被傳送到哪里”等問題。在智能工廠里，智能輔助系統將從執行例行任務中解放出來，使他們能夠專注于創新、增值的活動；靈活的工作組織能夠幫助工人把生活和工作實現更好地結合，個體顧客的需求將得到滿足。
如果通俗地理解，就是生產制造人機一體化。今后的制造系統將不再是單單由人主宰設備，而是機器具有自適應能力，滿足甚至超出人們的愿望。專家的描述確實給我們搞自動化領域的同行們描繪了一個美好的前景，似乎一個具有顛覆性的工業革命真的來到了。人們又開始做了“創新式”的探索，開始學習、調研、總結、提高的認識過程，發表了許多前瞻性的文章給了同行極好的借鑒和提示。一時又產生不少的新概念，如智能工廠、智能生產、數字工廠、智慧工廠、信息物理系統（Cyber-PhysicalSystem)等等。對于將“Cyber-PhysicalSystem”翻譯成信息物理系統是否理解了“工業4.0”戰略的真正含義縱說紛紜。筆者也卷入了這股浪潮中，與德國主要制定工業4.0的企業、行業協會，正在參與工業4.0項目的大學、研究所進行了交流，同時也參觀了一些正在開發的工業4.0的研究項目。漸漸地理解了德國為什么會推動工業4.0，德國推動工業4.0的基礎是什么，德國的工業
4.0是一個戰略還是一場革命。得出以下幾點體會:
1.1 德國工業4.0是科技快速發展推動生產制造方式變革的產物德國是世界上共識的專注于創新工業科技產品的科研和開發的國家，特別在復雜制造工業過程的管理上，在信息技術領域擁有很高的能力水平，在嵌入式系統和工廠自動化方面也有很專業的技術，這些因素共同奠定了德國在制造工程工業上的領軍地位。但是當互聯網進入人類歷史中，如何使德國成為新一代工業生產技術的供應國和主導市場，使德國在新的制造業發展的前提下再次提升它的全球競爭力。對此德國對生產制造業的發展做了回顧，做了非常精辟的闡述。見下圖：
按照工業4.0的定義，工業發展顯然是在科學和技術革新的推動下實現的，所以它認為第一次工業革命是蒸汽動力的發明而產生了生產制造的機械化。我們稱為生產的機械化，而第二次工業革命是由于電的發明而產生批量生產，稱為生產流水線。第三次工業革命是由于電子技術和計算機的發展而產生自動化生產制造方式，使得產品更為豐富，功能性更強。從工業4.0戰略的分析可見，科技的發展必然會進入工業界，而會對工業產生最大的影響就是生產方法的變化，這些生產方法的變革又推動了產業的變化，如果我們稍微回顧一下工業的發展史，從紡織工業、鋼鐵行業、汽車行業、化工行業、電子行業興起和發展可以證明這一點，因此我們可以毫不夸張地說生產制造方式的改變和創新將是產業乃至工業革命的前兆。如今科技發展如此的快速飛躍，尤其IT和互聯網技術已深入到人類生活的方方面面，是否能將這些技術成功應用于生產制造行業呢？這可能是工業4.0設計者所考慮的第一個問題。如何解決這個問題，也必須遵循兩大原則：（1）生產制造方式的改變必須與目前制造行業的發展和未來相適應。（2）任何一次新技術的應用必須與原來的生產制造模式有機結合，是原來制造模式的繼承和發揚，是對原來模式的技術沉積和積累的再利用和突破。從這個原則出發，工業4.0制定了正確定位的戰略和戰術。
1.2 工業4.0是一個產業的技術轉型，是產業的變革從上文所述三次工業發展中可以看到，由于新的科學技術成功地運用于工業上，使得生產制造模式變革性的進步，即從單一手工業，小作坊生產成為批量簡易流水線生產到大批量的全自動化生產流水線，這種生產方式的改變也推動了產業的革命，他不但使生產的效率、生產的質量起了天翻地覆的變化，也不斷地改變了生產乃至企業的管理模式，從而引起了工業革命。實際上從20世紀70年代后期自動化技術發展以后，生產的規模越來越大，工藝越來越復雜，技術要求越來越高，在生產的效率、生產的質量上人們做了不斷地改進和提高。一個大規模、大批量生產制造的模式已基本定型。但是當今社會正處于一個大發展、大調整的變動時期，社會發展的不確定性引來了經濟發展的不確定性，為了在這不確定性的社會中始終保持企業、產業的持續發展，人們充分運用了創新創造這個武器，用技術發展的確定性來減少經濟發展的不確定性。如計算機奇人——喬布斯，當人們都陶醉于IBM大型計算機時，他將大型機變成了臺式機，而當臺式機普及后，他又將臺式機變成了掌上機。當大家都在敲鍵盤時，他又采用了觸摸屏，使得一兩歲的幼兒也能操作。正由于這些創新的精神使得蘋果公司在不確定的經濟壞境中找到了一條公司持續發展的道路。同樣如果德國要始終保持其在生產制造領域的領頭羊的地位，德國也必須不斷地要發揚創新創造的精神來推動生產機械制造業的不斷發展，自20世紀70年代后期自動控制系統用于生產制造系統，人們也不斷地探索如何提高生產效率，如何提高生產產品，如何提高生產的質量以及生產的靈活性，所以從機械制造的角度提出了機電控制一體化、管理控制一體化。從企業及生產管理上又提出了MES管理和ERP企業管理，從生產機械設計上提出了數字工廠、虛擬工廠。同時為了提高生產的靈活性提出了CIMS的概念，進行了大量的試驗和實踐。但是所有的一切都沒有解決目前我們生產制造行業面臨的四大挑戰，即隨著IT技術、PC技術和通訊技術的飛躍發展人們對生產制造行業提出新的要求。其主要體現在以下幾點：
（1）生產制造產業鏈的全球性；
（2）生產制造形式的靈活性；
（3）企業發展的持續發展性；
（4）經濟發展周期的縮短性。
具體的講，由于科學技術的迅猛發展，產品的生命周期越來越短，對于產品更新換代的快速響應的要求越來越高，由于生命周期的縮短使得產品批量也越來越減少。產品數量的減少又提高成本和價格的壓力。更主要的是由于經濟周期變化的快速性要求投資回報率時間也在縮短，同時能源使用效率，節能減排等都是我們面臨的新挑戰。如何讓這些挑戰成為新的機遇這就是德國制定工業4.0戰略的真正的動機。而工業4.0戰略的基本思路又恰恰是如何將現有的發展技術通過與迅速發展的IT互聯網技術相結合來解決以上問題，所以工業4.0是產業的技術轉型，是一個產業變革。
1.3 工業4.0的戰略從制造業的轉型到推動德國整個工業的持續發展德國工業4.0戰略是為了保持它在全球制造裝備領域的領導地位的工業發展的戰略。它希望從生產機械制造模式的改革轉型開始，通過將IT技術，互聯網技術有機地應用于生產機械制造這個領域中去，改變生產機械制造的基本模式，按照靈活性、快速應變性、成本效率性及回報短期性建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式。
在這種模式中，傳統的行業界限將消失，并會產生各種新的活動領域和合作形式。創造新價值的過程正在發生改變，產業鏈分工將被重組，充分利用物聯網的技術和設備監控技術加強信息管理和服務；清楚掌握產銷流程、提高生產過程的可控性、減少生產線上人工的干預、即時正確地采集生產線數據，以及合理的生產計劃編排與生產進度。集綠色、智能等新興技術于一體，構建一個高效節能、綠色環保、環境舒適的生產制造管理控制系統，其核心是將生產系統及過程用網絡化分布式生產設施來實現；同時企業管理，包括生產物流管理、人機互動管理以及3D技術在產品開發過程中的應用，形成新產品研發生產制造管理一體化，即所謂的企業生命周期管理。產生了一個新型企業管理生產制造控制服務全周期管理的產業鏈，這個新型的產業鏈將信息技術、自動化技術、現代管理技術，制造技術與新的服務模式相結合，企業之間的合作，技術領域之間的交流，新領域，新技術，新理念，新管理模式必將吸引大量大中小企業參與工業4.0的戰略之中去，德國各個企業積極參與新一代產業鏈形成、發展的工作，同時也企圖成為其成果的使用者和受益者。
實際上在2009年德國就制定了《高新技術2020》，其目的旨在奠定德國在重要關鍵技術上的國際頂尖地位，繼續加強德國作為技術經濟強國的核心競爭力。其中它提出了以下重點發展領域，即：
• 交通運輸和物流
• 汽車電子
• 新能源技術
• 能源效率
• 數字媒體
• 智能化樓宅
• 醫療技術
• 公共安全
為了實現在這些領域的突破，德國《高新技術2020》特別強調了推動跨學科技術：工業自動化技術和微電子、微處理機的重要性，明確定義了工業自動化技術是實現德國《高新技術2020》的關鍵，與此同時，在“自動化2020白皮書”中又將自動化定義為下列
技術的綜合：
• 電子電氣技術
• 機電一體化技術
• 生產工藝流程
• 計算機和IT技術
• 傳感器和變送器
• 驅動和執行系統
• 通信技術
《高新技術2020》提出了自動化控制系統是運用和應用自動化技術、產品和工具構成一個完整的針對流程和生產過程的解決方案。對新型的生產制造體系的改革其核心就是對于自動化技術在生產制造中作用做了新的闡釋。傳統的工業自動化控制系統主要是對于生產制造必須的信息和數據進行傳輸（現場總線層），對于所有得到的數據和信息按照人們所制定的設想、規律進行處理，并將處理好的數據和信息反饋到生產執行系統或送入上位進行分析和決策（控制層）。對于處理好的信息和數據或現場直接采集到的信息和數據進行（離線或在線）分析、顯示和必要的干預。而這次德國“自動化2020”將生產工藝流程納入為工業自動化控制領域的范疇，此時德國還沒有明確地將工業4.0戰略放在2020高新技術戰略之中，但是在《高新技術2020》戰略中非常清楚指出自動化技術和日益快速的互聯網技術將會對工業領域的發展起關鍵的作用。因此德國要保持工業強國，必須抓住這個機遇，成功地將自動化技術和快速發展的互聯網技術運用于工業領域，從而推動德國整個工業的持續發展的戰略。
實際上早在2000年，針對生產制造模式新的發展，國際著名的咨詢機構ARC詳細地分析了自動化、制造業以及信息化技術發展現狀，對于科學技術的發展趨勢對生產制造可能產生的影響作出了全面的調查，提出了多個導向性的生產自動化管理模式，指導企業制定相應的解決方案，為用戶創造更高價值。其中從生產流程管理、企業業務管理一直到研究開發產品生命周期的管理而形成的“協同制造模式”（CollaborativeManufacturingModel CMM）。它將IT技術、工業網絡技術以及生產管理技術，及現代自動化控制網絡技術應用于生產控制管理模式CDAS和CPAS模式上，解決產品生命周期的不斷縮短、物流交貨周期的不斷加快以及客戶定制要求的多樣化的問題。這種CMM協同制造模式為制造行業的變革提出了一個行之有效的方法。通過將研發流程，企業管理流程與生產產業鏈流程有機地結合起來，形成一個協同制造流程，同時將IT技術和工業以太網通信網絡作為協同制造系統的信息流控制管理結構，從而使得MRP、ERP、MES的制造管理，PLMD/PLMS產品研發和產品服務生命周期和CRM客戶/市場關系管理有機地融合在一個完整的企業與市場信息閉環系統，使得企業的價值鏈從單一的制造環節往上游的設計研發環節發展，生產與研發在同一個協同平臺上，企業的管理鏈也從上游向下游生產制造控制產業鏈延伸，一個集CRM、PLM、生產、研發、控制和企業管理大成的協同制造管理系統正在形成。其基本的核心就是所謂企業管理、生產工藝價值鏈和產品生命周期的三軸空間的鼎立模式，它定義了制造商、供應商乃至開發商之間的協同的產業鏈網絡結構，其關鍵的點在于協同市場和研發、協同研發和生產、協同管理和通信。一個完整的制造網絡由多個制造企業或參與者組成，它們相互交換商品和信息，共同執行業務流程。企業、價值鏈和產品生命周期這三軸貫穿于各個制造參與者之間。居于水平面上方的是管理職能，下方是制造職能。CMM模式不僅要為各個獨立的部門，也要為擴大化的整個企業和擴張后的整個供應鏈制定解決方案。
工業4.0成功地運用了CMM的思想，同時按照德國目前發展生產制造模式的特點，將該未來項目主要分為兩大主題，一是“智能工廠”，重點研究智能化生產系統及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現；二是“智能生產”，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等，利用物聯網的技術和設備監控技術加強信息管理和服務；清楚掌握產銷流程、提高生產過程的可控性，其核心就是通過利用互聯網通訊技術與網絡物理系統（Cyber-PhysicalSystem)相結合的手段，將制造業向智能化轉型。從而實現研發生產制造工藝及控制全方位的信息覆蓋，全面控制各種信息，確保各個環節都能處于最優狀態。這種改革將指引各行各業都朝著生產制造業智能發展的方向發展。推動了整個德國工業的持續發展，機器人、制造成套裝備、IT技術、控制技術、信息技術等等都會加入到這一變革之中去。所以工業4.0的戰略的目標是從制造業的轉型到推動德國整個工業的持續發展。
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