工業(yè)4.0

　    工業(yè)4.0的概念最早出現在德國，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。該項目由德國聯邦教育局及研究部和聯邦經濟技術部聯合資助，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。其技術基礎是網絡實體系統及物聯網。

　    德國所謂的工業(yè)4.0是指利用物聯信息系統（Cyber—Physical System簡稱CPS）將生產中的供應，制造，銷售信息數據化、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)生產的數字化就是“工業(yè)4.0”對于未來中德經濟發(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” 研究項目由德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部聯手資助，在德國工程院、弗勞恩霍夫協會、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)略已經得到德國科研機構和產業(yè)界的廣泛認同，弗勞恩霍夫協會將在其下屬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。 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字化的產品與服務的生產模式。在這種模式中，傳統的行業(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絡空間虛擬系統—信息物理系統（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及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現；

　    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：主要通過互聯網、物聯網、物流網，整合物流資源，充分發(fā)揮現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）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，就是通過數據流動自動化技術，從規(guī)模經濟轉向范圍經濟，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?；ヂ摼W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是實現這一模式關鍵環(huán)節(jié)。工業(yè)4.0代表了“互聯網+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“C2B2C”的商業(yè)模式。

　    對于即將到來的數據流動自動化趨勢，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)互聯網”，它更關注產品本身的智能化。

發(fā)展現狀

　    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”，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。數據顯示，這種“嵌入式系統”每年獲得的市場效益高達200億歐元，而這個數字到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)互聯網，以通用電氣（GE）為代表，注重通過機器互聯、軟件及大數據分析，提升生產效率，創(chuàng)造數字工業(yè)的未來。 

　    工業(yè)互聯網生態(tài)系統的持續(xù)拓展基于Predix以及Predix.io兩大基礎。其中Predix是GE面向工業(yè)互聯網的操作系統，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)互聯網應用，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)聯合會（VDMA）、德國電氣和電子工業(yè)聯合會（ZVEI）以及德國信息技術、通訊、新媒體協會（BITKOM）三個專業(yè)協會共同建立的工業(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，通過物聯網、大數據、人工智能等先進技術，實現制造業(yè)的數字化、網絡化、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)展現狀：

一、全球發(fā)展現狀

　    1、技術集成與應用：

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

　    工業(yè)4.0的實際應用包括協同設計平臺、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：

　    數據顯示，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《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)展數字經濟，建設智能社會，對制造業(yè)來說，裝備制造的數字化、裝備設備的數字化是關鍵。

　    2、技術發(fā)展與應用：

　    中國工業(yè)4.0的發(fā)展建立在物聯網、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、物聯網、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一、數據安全和隱私保護、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，人們所獲取的數據必須可信的，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。

　    “誰來保證安全的數據轉換，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?！盝erome 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，即通向數據終端的“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)數據空間，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、將物聯網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。為了實現這一目標，中國需要實現工業(yè)現代化。

　    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，它代表了制造業(yè)向數字化、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、智能制造或數字化工廠，是指通過信息技術、物聯網、大數據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、物聯網、傳感器等數字技術，實現生產過程的自動化和智能化。這些設備通過互聯網進行互聯互通，形成一個緊密的生產網絡，提高生產效率和靈活性。

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

　    2、數據驅動決策：

　    智能化工廠具有對全局數據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據，實現實時生產狀態(tài)監(jiān)控、預測維護等目的。

　    大數據分析技術使企業(yè)能夠實時監(jiān)控生產過程中的各項數據，及時發(fā)現并解決問題，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、人機協同：

　    在智能化工廠中，機器人、自動控制系統等與人類操作員之間配備通暢的信息傳遞和獲取系統，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、物聯網（IoT）：

　    物聯網是工業(yè)4.0的基礎技術，它通過互聯網將物理設備和系統連接在一起，實現數據的共享和協同工作。物聯網技術使得遠程監(jiān)控和控制成為可能，提高了生產效率和質量。

　    2、大數據分析：

　    大數據分析是工業(yè)4.0的核心技術之一。通過對大量數據進行分析和處理，企業(yè)能夠做出數據驅動的決策和控制，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系統能夠自主進行決策和控制，實現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據存儲能力。通過云計算平臺，企業(yè)能夠實現資源的共享和優(yōu)化利用；而邊緣計算則能夠在生產現場實時處理數據，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網、大數據、人工智能等先進技術，實現了生產過程的數字化、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，實現生產過程的綠色化將是未來智能化工廠的重要任務之一。