PART 1 “工業4.0”：新一輪的工業革命浪潮正在到來

1．“工業4.0”時代信息物理系統正在成為企業新引擎

無處不網絡，這是一個大連接時代

網絡時代

20世紀四五十年代，隨著以原子能、電子計算機、空間技術和生物工程的發明和應用為主要標志的第三次工業革命的到來，人類開始進入了網絡時代。

網絡時代的到來，從根本上改變了人們的生產、生活方式。網絡技術在世界范圍內得到了廣泛的應用，因此，全球的經濟與工業趨于網絡化，這也是當時全球經濟的一個最顯著特征。

隨著網絡技術的不斷發展，人們逐漸進入了互聯網時代，工業互聯網的大門也逐漸打開，一場互聯網工業革命從此拉開了序幕。互聯網使人們從生活到商業都有了巨大的改變，我們獲取信息以及相互溝通的方式也有了很大的改變；并且，一個基于互聯網的電子商務模式正在改變人們的傳統商務模式，這正是互聯網給一個產業帶來的巨大變革。

在全球工業領域，互聯網已經在人機互交、遠程監控、管控一體化方面全面進入應用狀態，然而互聯網還僅僅是“工具”，只有將工具與產業運行真正結合，才能具備真正的革新力量。因此，互聯網是工業變革的動力，互聯網驅動了工業變革。

工業互聯網的理念是在2011年由GE提出來的，并且他們認為工業互聯網的出現，已經成為尾隨互聯網和電子商務之后的第三波信息化浪潮，從此，傳統的工業將受到工業互聯網的影響，呈現全新的變革局面。

GE智能平臺全球軟件業務技術戰略官理查·卡明特，將工業互聯網言簡意賅地定義為“工業互聯網通過將人、大數據、智能資產和設備連接起來，并結合軟件和大數據分析，提升生產力和效率。”然而，工業互聯網的精髓是依托大數據分析和優化解決方案從而提高工業效率。

誠然，與物聯網相對比，工業互聯網也具有物物相連的特征。工業互聯網以云計算為基礎，直接向應用目標方向發展。目前，可以簡單地認為工業互聯網實際上是工業物聯網的升級版。因為，與工業物聯網相比較，工業互聯網更加具有安全性、可靠性、高效性以及經濟性。

工業4.0時代

伴隨著世界經濟的不斷發展與延伸，工業革命必將進行又一次全新的變革，那便是下一個工業革命時期——第四次工業革命，即工業4.0時代。

工業4.0最早是由《德國高技術戰略2020》一書中提出來的，該戰略是利用智能化生產來促進國家發展的新型戰略。德國將其定義為“以信息物理系統為基礎的智能化生產”。這也證明在工業4.0時代，將以實現生產智能化為目標。然而，“信息物理系統”實際上是指各類物理設備通過互聯網相連接，并最終讓這些物理設備具有計算能力、互相通信能力，從而可以被精確地識別和控制，進而通過遠程協調和管理，實現虛擬網絡與物理設備的互聯互通。

“連接”是工業4.0時代永遠不變的主題，它的連接范圍涵蓋了設備、生產線、工廠、供應商、產品、客戶等所有生態鏈在內的上下游生態單元，并且在信息物理系統的基礎上將傳感器、嵌入式終端系統、智能操作系統、通信設施連接交織在一起形成一個智能網絡，從而使不同設備之間、產品與設備之間、虛擬數字與物理世界之間實現互聯互通，最終達到從機器設備到操控系統，到人類社會的數字信息交流。

生產設備之間的互聯互通。不同類型和功能的智能設備之間的互聯互通，可以組成智能生產線。通過不同的智能生產線，又能夠形成智能車間。智能車間之間的互聯互通又可以組成智能工廠。通過不同地域、領域的智能工廠之間的互聯互通，又最終形成了龐大的智能制造體系。然而這些不同的智能設備、智能生產線、智能車間、智能工廠之間又存在著動態組合，最終滿足動態變化的制造需求。

產品與設備之間的互聯互通。產品和設備之間能夠實現互聯互通，這樣就可以根據產品的制造細節協助設備將生產過程不斷推進。需要生產什么樣的產品，如何生產這樣的產品，這些問題都將由設備來解決。這就意味著，工業4.0時代，是完全智能化的時代，一切生產運行都是依托智能化來完成，零部件與機器設備之間已經實現了智能化溝通。

虛擬網絡與物理設備之間的互聯互通。工業4.0時代的核心其實就是信息物理系統，并且工業4.0時代將物理設備通過互聯網相連接。在該連接下，使物理設備具備了計算、通信、操控、遠程協調以及自治的五個強大的功能，最終將虛擬網絡與物理設備之間的互聯互通變成可能。工業4.0時代實際上是將原來毫無生機的機器設備、生產線組成的毫無生機的工廠，變為一個由具有“社交”能力的物理設備與生產線組成的一個“活”的智能環境，最終實現智能機器人與智能人類之間的相互協同，促進生產全過程的自動化，包括自我檢查、自我診斷、自我決策、自我修復。

人與物之間的互聯互通。萬事萬物就是意味著從人到物的所有存在體，通過互聯網連接在一起，從而實現人人、人物、物物之間的相互連接，最終構建全新的生產、生活場景。在整個環節中，人作為主導體，互聯網作為媒介體，將機器設備、數據等通過感知、傳輸、處理的方式形成各種人類需求的設備終端，最終滿足生產、生活需求。

制造業的智能化轉型是大勢所趨

“發展”一詞，是推動整個人類社會經濟不斷前進的焦點，工業發展、科技進步是推動經濟不斷發展的強效“助推器”。生產關系要想適應生產力的發展，就必須要有不斷的、新的變革。同樣，傳統的制造業要想順應時代的發展，就必須轉型。工業4.0時代是智能化時代，制造業向智能化轉型也必然是大勢所趨。

早在2013年4月的時候，德國機械及制造協會聯合德國信息技術、通信與新媒體協會、德國電子電氣制造商協會共同創立了“工業4.0平臺”，德國希望通過該平臺，將傳統制造業轉型為具有智能化的制造業。

德國作為第一個吃螃蟹的人，率先走出了制造業向智能化轉型的第一步，實現了智能制造，促成了全球競爭的新優勢。

智能制造，其實是指應用信息物理系統，借助與傳感器、工業軟件、網絡通信系統、新型人機交換方式，實現人與設備、產品之間的互聯互通以及有效交流，從而促進了制造業從研發到生產到管理到銷售，再到服務整個環節與互聯網緊密相連，達到生產方式定向化、網絡化、智能化的目標，最終實現提升企業競爭力的目的。事實上，工業4.0的核心就是提高競爭力。

智能制造包括五大版塊，分別為智能產品、智能裝備、智能生產、智能管理、智能服務。

智能產品 智能產品是建立在傳統產品基礎上，借助于智能技術而形成的。智能產品將實時定位、精準識別等變成可能。目前，諸多智能產品，像計算機、智能手機、智能電視、智能冰箱、智能空凋、智能機器人、智能穿戴物（包括智能手環、智能跑鞋、智能隱形眼鏡等）已經在網絡終端相繼問世。工業4.0時代，智能產品已經逐漸滲透到我們生活的方方面面，從最初的數碼產品到現在的衣食住行，隨處可見智能產品的身影。

智能裝備 智能裝備是具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備，并且能夠實現制造技術、信息處理、人工智能等技術的相互連接與融合。智能裝備具有自動化、智能化、精準化的特點。目前智能裝備已經有智能工程機械、智能農業機械、智能印刷機械、智能環保機械等。

智能生產 智能生產是眾多生產行業的理想生產系統。從產品特性、成本、物流到產品的安全性等都進行最優化產品制造。智能生產的生產管理結構具有新穎、全面、先進的特點，通過物聯網傳感層采集數據，能夠智能地對產品進行定位、生產、庫存、監測、運輸、出庫等一些列工序，從而實現對整個生產線進行有效的管控，最終達到最優化的目的。

智能管理 工業4.0時代，隨著企業內部的生產裝備逐步的智能化，建立在個人智能結構與組織智能結構基礎上的智能管理也逐漸產生了。智能管理模式具有精準、高效、科學的特點，依據管理者與被管理者之間的智能結構，采取智能管理模式才能達到預期效果。工業4.0給企業帶來了傳統管理向智能管理的轉型。

智能服務 智能服務的出現是工業4.0發展的必然要求。智能服務在用戶顯性和隱形需求方面具有自動辨識的能力，可以自動分析用戶的喜好與習慣，以及用戶的身份、工作等特點，從而為用戶提供更加高效、精準、全面、安全、個性化的綠色服務。由此可見，智能服務實際上是一種主動的、按需的服務，越來越多的企業已經意識到智能服務的重要性，并開始由傳統服務向智能服務轉型。

智能服務的實現，必須要將安全性作為其基本出發點，如果不能對用戶的安全做出相關保障措施，那么智能服務也就沒有任何實際意義。只有做到對用戶信息的安全保護，才能獲得用戶的信賴，最終形成持續消費以及服務質量的進一步提升。

實現智能服務是需要具備的前提條件：首先，必須基于標準的信息基礎設施建設；其次，必須擁有可以高效使用的數據積累；再次，必須基于標準的數據開放和共享；最后，必須具備數據合法使用的法律準備。

那么，智能制造與傳統制造相比，究竟有哪些競爭優勢呢？

第一，可以從根本上減少能源消耗。以傳統制造為主的企業，即便是生產線上的諸多機器設備沒有生產任務，但是，為了能夠快速投入生產，還依然保持工作狀態，這樣就給企業帶來了不必要的能源損耗。

目前，我們不得不承認的是，全球能源均處于逐漸枯竭階段，并且這些能源是不可逆的一次性能源。因此，時下各種產品的研發都考慮節約能源，并由此生產新型節能產品，“節能”已經成為當下發展的重要研究課題。

工業4.0可以為節能提供更加完美的方案。“網絡喚醒模式”便是其中一種降低耗能的全新模式。未來，車間的機器設備在沒有獲得工作任務指令，處于間歇待命的時候，可以通過網絡將其自動關閉，如果有生產任務，再通過“網絡喚醒模式”將其啟動并快速進入工作狀態。事實上，這種“網絡喚醒模式”已經在高端車型的生產上得到了應用。

第二，實現了真正意義上的遠程服務。目前，遠程服務還處于初級階段，僅限于工程師通過遠程訪問和控制，為用戶進行遠程診斷以及設備維修。這種遠程服務實際上是一種設備供應商與用戶之間的點對點的服務。工業4.0時代的到來，將會使這種遠程服務更上一個新的臺階。

工業4.0時代，工程師不需要與設備直接接觸，就可以通過在移動終端上使用集成知識平臺、視頻會議的方式直接來解決用戶遇到的所有問題。與此同時，這些機器還可以通過遠程服務自動獲取相關數據，從而增加自身防御能力。

第三，可以實現更低成本生產。從企業消費來講，工業4.0時代可以將原材料、智能工廠、物流配送、消費者這一生態鏈通過網絡實現互聯互通，消費者僅僅需要做的就是用手機下單，然后網絡就會自動生成訂單，并且將訂單直接發給智能工廠，智能工廠將原材料進行加工生產，最終再通過網絡配送直接送達消費者。即，直接將消費者與設備、產品進行實時聯通，智能工廠直接根據消費者訂單生產產品，省去了銷售和流通環節，整個流程井然有序且更具時效性，在成本節省方面（人工成本、管理成本、稅務等）更是有了很大的提高，較傳統制造節省了近40%的成本。因此，工業4.0時代實現了更低成本生產的可能。

綜上所述，隨著工業4.0時代的到來，新一代先進技術正在推動制造業開始轉型升級，物聯網、機器人的出現從根本上促進了制造業以更加迅猛的速度向智能化轉變，以自動化為基礎的智能裝備、智能生產、智能管理、智能服務必將成為制造業的主流趨勢，傳統制造業勢必會逐步向智能化方向蛻變，制造業的智能化轉型勢在必行。

傳統的行業界限將不復存在

馬云曾說過：“在很多人還沒有搞清楚什么是PC互聯網的時候，移動互聯網來了；在我們還沒搞清楚移動互聯網的時候，大數據時代又來了。”然而，現在正當人們還沉浸在工業自動化的歡樂氛圍中的時候，工業4.0時代已經來臨了。

人類的工業發展史，是一次次科學和技術的變革史，然而這些變革都在制造業上得到了最好的體現，最終促進了人類生產、生活方式的巨大變革。

18世紀末，第一次工業革命全面爆發，人類進入蒸汽時代，以蒸汽機取代人力的機械化制造生產誕生，人類進入了工業1.0時代。

20世紀初，第二次工業革命全面爆發，人類開始進入了電氣時代，電力的廣泛應用促進了生產流水線的出現，這時，人類進入了工業2.0時代。

20世紀后半期，第三次工業革命全面爆發，人類開始進入科技時代，電子計算機技術得到了迅猛發展，人類作業被機械自動化生產制造方式逐漸取代，人類邁進了工業3.0時代。

如今，隨著生產力的不斷變革與發展，網絡信息技術、大數據、云計算等在人類生產、生活中的應用越來越廣泛，伴隨著互聯網技術的不斷滲透，以及信息化和工業化的交織，工業4.0時代作為第四次工業革命正大踏步向我們走來。

然而，在工業4.0時代，信息技術與工業技術實現高度融合，網絡、計算機、信息技術、軟件與自動化技術重新組合形成新的價值模型。在工業4.0時代的生產模式中，傳統的行業界限將逐漸不復存在，并且以各種新的行業領域以及合作形式將其取代，而且實現產業鏈的分工重組。這樣，原有生產力將發生顛覆性的變革。

首先，工業4.0使原有工業生產過程變得更加趨于靈活化。工業4.0實現了動態的、適時優化的、自我組織的價值鏈的形成，并且使得成本的可利用性和資源消耗等實現不同標準的靈活性選擇。這里的靈活性包括了智能產品所具有的特有的可識別性、個性化產品定制、靈活性極高的工作環境等。

其次，工業4.0將帶來全新的商業模式和合作模式。該模式從根本上保證了整個價值鏈中所有與利益相關的人之間，公平地分享潛在的商業利潤。此外，工業4.0具有的“網絡化制造”“自我組織適應性強的物流”“集成客戶的制造工程”等特點，這也決定了工業4.0追求更新的商業模式，從而滿足除單個公司以外的動態商業網絡。由此將會引發一些融資、風險、責任、知識產權、技術安全之類的問題。

再次，工業4.0還會促進工作方式以及工作環境的全方位改變。全新的工作方式采取協作的方法，通過虛擬的、移動的方式開展，使得原有的傳統工作方式可以脫離工廠進行工作。與此同時，伴隨著工作環境以及工作方式的改變，老年人和婦女的就業比例也有了較大幅度地提升，這樣就確保了當前的生活水平不會隨著人口結構的變化而有所變化。

最后，工業4.0將會促成全新的信息物理系統平臺的形成。該平臺將所有參與人員、物體、系統全部聯系起來，提供更加全面、快捷、安全的服務以及應用業務流程，并能夠支持移動終端設備的業務網絡中的協同制造、服務、分析和預測等功能。

工業4.0的出現，將為傳統工業中的行業界限畫上一個完美的句號，一種全新的網絡智能架構由此誕生，進而取代傳統工業發展模式，使得未來人類的生活變得更加豐富多彩。

制造業將成為信息產業的一部分

在2013年德國提出工業4.0概念之后，諸多國家紛紛對其極為關注。工業4.0時代，網絡技術在智能制造的推動下，形成智能生產，最終實現實時自動化管理。工業4.0不僅僅代表著全新的制造業的復蘇與崛起，更代表著信息產業化的再次興起。

從目前的諸多事實來看，信息技術特別是互聯網技術的發展和應用已經非常廣泛，并且達到了前所未有的深度與廣度，從而推動了制造業生產方式和生產模式的變革與推陳出新，由此帶來的便是產品屬性的變化。

隨著移動互聯網的不斷發展，汽車在功能上也逐漸與移動互聯網接軌，通過更多的外圍設備與外圍系統向外界傳遞與分享更多的信息。通過智能交通系統，可以實現對外界交通路況信息、加油站信息的實時了解；通過智能導航定位系統，可以實現精準定位；通過智能手機、平板電腦等外圍設備的連接，可以讓汽車擁有更加具有擴展性的應用服務。

隨著信息技術的不斷發展，它在國民經濟中的作用顯得尤為重要，已經更加全面、更加廣泛地滲透到了制造業的各個角落。傳統制造業中誕生的汽車電子、家電、武器裝備、電子玩具等物理產品，已經隨著計算機技術、移動互聯網的興起與發展逐漸向網絡產品開始轉變。

因此，信息技術將滲透到制造業產業鏈的各個環節。目前，條形碼、二維碼、傳感器、ERP、CAD、CRM、PLM等計算機軟件技術在制造業中已經得到了廣泛使用，并且移動互聯網、物聯網等信息技術也已經在工業領域中廣泛使用，這使得傳統制造業與工業物聯網之間進行了完美的融合。與此同時，大數據為代表的新一代信息技術也在不斷壯大，由智能設備所產生、收集、處理的數據量也遠遠超過了原來以計算機或者人工收集、處理的數據量，使得數據的產生、收集、處理每一個環節都變得簡易、快捷。

具體而言，工業4.0時代，智能工廠中的每個管理系統都會被定義為特定的數據信息，如果接到客戶訂單，系統就會自動、及時地向原材料供應商進行原料采購，并將這些原材料賦予特定的數據信息：“這是給某某客戶生產某某產品的某某材料”，這樣，該材料就會被用于特定產品的生產以及特定目的的運輸。如果產品生產過程中，原材料出現了配送錯誤等現象，智能管理就會對智能設備進行“對話”，將配送錯誤的原材料按照其生產線軌跡正確無誤地返回；如果生產過程中出現了原材料不夠用的情況，那么智能生產機器將與訂單系統提出“社交”，從而自動增加原材料數量。這樣，即便是把原材料嵌入產品之后，也依然能夠對其路徑流程信息進行保留，這種做法的優點在于能夠非常容易地實現物料的追根溯源。因此，從某種意義上來講，工業4.0時代，“原材料（物質）”=“信息”。

通常，我們會將工業時代稱為原子時代，將信息化時代稱為比特時代。工業革命時期通過動力能源改變世界原子結構，而信息革命時期則是通過計算機技術和移動互聯網技術來改變世界的比特結構。原子組成了物質，是物質的代表。而比特則構成了信息，是信息的代表。在比特時代，也就是信息時代，目前我們所看到的紙質書籍已經逐漸開始向電子圖書開始轉變，這也意味著“原子”已經開始向“比特”過渡。但是，這種過渡并不是意味著比特將全面代替原子，并不代表著原子即將消失，而是用另一種方式將原子以比特的形式出現，將原子作為一種信息（比特）來處理。

因此，工業4.0時代，原材料與信息之間的差別感將不再那么強烈，兩者將會是等同的。這將最終意味著，在工業4.0時代，制造業將成為信息產業的一部分。

本章重點回顧

◆“連接”是工業4.0永遠不變的主題，它的連接范圍涵蓋了設備、生產線、工廠、供應商、產品、客戶等所有生態鏈在內的上下游生態單元，并且在信息物理系統的基礎上將傳感器、嵌入式終端系統、智能操作系統、通信設施連接交織在一起形成一個智能網絡，從而使不同設備之間、產品與設備之間、虛擬數字與物理世界之間實現互聯互通，最終達到從機器設備到操控系統再到人類社會的數字信息交流。

◆ 以自動化為基礎的智能裝備、智能生產、智能管理、智能服務必將成為制造業的主流趨勢，傳統制造業勢必會逐步向智能化方向蛻變，制造業的智能化轉型勢在必行。

◆ 在工業4.0時代的生產模式中，傳統的行業界限將逐漸不復存在，并且以各種新的行業領域以及合作形式將其取代，而且實現產業鏈的分工重組。

◆ 從某種意義上來講，工業4.0時代，“原材料（物質）”=“信息”，制造業將成為信息產業的一部分。