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工业4.0，德国绝地反击的利器！

——工业4.0系列谈之二

讲德国工业4.0战略内容之前，我们先看一下德国人对4次工业革命的划分。

一、四次工业革命的划分

第一次工业革命是机械化革命，诞生于18世纪晚期，瓦特发明蒸汽机后，1784年问世的珍妮纺织机实现了生产的机械化，从而诞生了车间、工厂，大量农民与手工业者成为产业工人，机械化革命成就了英国日不落帝国的传奇，也促使人类从农耕文明走向了工业文明。

第二次工业革命是电气化革命，标志事件是1870年，美国辛辛那提屠宰场的自动化生产线建成，企业能够大批量生产、流水线式的生产，该时期以福特汽车为代表，工业进入了大批量的生产阶段。

第三次工业革命是信息化革命，是上世纪70年代开始的，核心技术就是PLC以及后来的互联网。进入信息化革命后，人们可以从繁复的劳动中得到初步解放，从而将更多精力投入到创造性工作当中，因此技术进步呈加速状态，新兴技术转化为产品的周期越来越短。

第四次工业革命就是现在的工业4.0，通过赛博物理系统 (Cyber-Physical System，简称CPS系统)，将智能机器、存储系统和生产设施融入到整个生产系统中，并使人、机、料等能够相互独立地自动交换信息、触发动作和自主控制，实现一种智能的、高效的、个性化的、自组织的生产方式，推动制造业向智能化转型。

工业革命的四个阶段

工业4.0是以分散式智能制造为方向的全新生产管理模式，是将来的一种发展趋势。德国人是这么描述的：“工业4.0 将在制造领域的所有因素和资源间形成全新的社会—技术互动水平。它将使生产资源（生产设备、机器人、传送装置、仓储系统和生产设施）形成一个循环网络，这些生产资源将具有以下特性：自主性、可自我调节以应对不同形势、可自我配置、基于以往经验、配备传感设备、分散配置，同时，它们也包含相关的计划与管理系统。作为工业4.0 的一个核心组成，智能工厂将渗透到公司间的价值网络中，并最终促使数字世界和现实的完美结合。”

在德国人的愿景中，工业4.0是一种高度自动化、高度信息化、高度网络化的生产状态，工厂内人、机、料自主协同，自组织、高效运转，工厂外，通过端对端集成、横向集成，实现了价值链的共享、协作，效率、成本、质量、个性化都得到了质的飞跃。

我们了解了四次工业革命的划分及主要特点，下面我们继续分析德国工业4.0战略。

二、扬长补短，德国完全有能力绝地反击

虽然处境很困难，但德国也并非没有机会。中国俗话说的好，危机危机，危险中孕育着机遇。其实，德国还是很有机会的，完全可以通过扬长补短，把自己的优势铸就利器，一招制敌，从而带领德国制造业突出重围，取得最终的胜利。

下面从三个方面看看德国制订工业4.0战略的基础。

1、先天优势可继续发挥1）发挥技术优势，CPS系统成为战略主线

众所周知，德国具有雄厚的工业基础与全球领先的制造业，如机床、汽车等行业，占据绝对的领先优势，另外在嵌入式计算机技术、工业软件等，均处于全球领导者的位置，这是德国实施第四次工业革命的技术基础。通过将嵌入式计算机技术、工业软件、自动化设备等这些德国的优势技术攥成拳头，形成以CPS为代表的工业4.0战略核心，引领全球制造业发展，并将带领德国所向披靡、天下无敌。

CPS是赛博物理系统（Cyber-Physical System）的缩写，这是工业4.0的核心。很多人将CPS翻译成信息物理系统，是不恰当的。CPS是一个综合计算、网络和物理实体的多维复杂系统，通过3C（Computing、Communication、Control）技术的有机融合与深度协作，通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使赛博空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。CPS系统包含了将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能，从中可以看出，赛博远非信息二字能代替的。为避免误导读者，笔者建议大家用音译，称之为赛博物理系统远胜过信息物理系统。

CPS成为新一次工业革命的核心，不只是得到德国的高度重视，即便在CPS的发源地，美国总统科学技术顾问委员会在2007年7月，在《挑战下的领先——竞争世界中的信息技术研发》报告中列出了八大关键的信息技术，其中CPS位列首位。

因此，德国工业4.0将CPS定位为核心技术，既是技术发展的需要，也是德国基于自身优势建立起来的技术堡垒，CPS对德国工业4.0战略来说，具有攻防兼备的功能。

CPS系统在工业4.0的位置

2）发挥高素质劳动者的优势

一提起德国人，大家不约而同地想到敬业、严谨，这些都是现代工业所必须要具备的基本素质，而在产业工人素质方面，德国人在全球都是首屈一指的。

另外，德国在高素质工程技术人员与技术工人培养的方面，也具有非常领先的优势，可以为企业提供大量技能娴熟、工作敬业的高素质劳动者，这也是德国制造业竞争的优势之一。

3）发挥成熟的社会化协作的优势

通过200多年来的工业革命，德国形成了政府、企业、研究机构等多层次成熟的协作体制及协作能力，这也是促进德国创新的重要动力。比如主导工业4.0战略的弗劳恩霍夫协会，协会下设80多个研究所，近15000科研人员，年经费10亿欧元，是公助、公益、非营利的科研机构，一年可为3000多企业客户完成约10000项科研开发项目，为企业，特别是中、小企业开发新技术、新产品、新工艺，协助企业解决自身创新发展中的组织、管理问题。

德国具有成熟的社会化协作方面，这些被称为创新聚集带的合作模式，是指相关各类型企业、大学以及研究机构所组成的开放的创新网络，并根据各自的优势在链条上的不同阶段工作。各方可以进行知识、信息的共享，既有消费者、供应商与企业之间纵向共享，也有在同一产业企业之间的横向共享。

这是将来德国实现三个集成，实现社会化生产，特别是端对端、横向集成的社会基础。

因此，德国通过工业4.0战略，将这些技术、人才、社会协作化等方面的优势竞争整合，完全可以形成自己的整体竞争优势。  

2）通过技术手段，劣势瞬间变优势

虽然在全球竞争面前，德国具有老龄化、中小企业居多等不利因素，但德国可以通过技术手段的改造，这些劣势瞬间就可以转变为优势。

1）通过网络化，快艇变航母

上一讲说过，德国绝大部分企业是家族型的中小企业，他们非常注重品牌与长期竞争力，在产品研发、质量保障方面投入非常大，企业具有很强的技术与质量优势，很多是行业的隐形冠军，可称之为商海中的快艇。但由于这些企业规模不大，参与全球竞争方面面临着心有余而力不足的尴尬。

德国人发现，在成熟社会化分工、协作的基础上，通过技术手段，这些缺点就可以完全被避免。如按照产品链或者生态圈的概念，通过纵向集成、端对端集成、横向集成的三种集成方式，将相关企业进一步紧密集成在一起，快艇连接成了航母，企业既具有高度的灵活性与创新能力，又保证了在国际上的竞争能力。通过个性化的、分散式的生产，就可完胜中国集中的、大规模生产的传统生产模式，德国劣势瞬间将会变为优势。

下面我们就分析一下工业4.0中的三项集成是如何帮助德国工业实现战略转变的。

工业4.0的三项集成

为充分发挥社会化协同制造的优势（包含产品研发、生产、销售、服务等内容），德国人在工业4.0中提出来3项集成：纵向集成、端对端集成、横向集成。

纵向集成的全称为“纵向集成和网络化制造系统”，其实质是“将各种不同层面的IT系统集成在一起（例如，执行器与传感器、控制、生产管理、制造和执行及企业计划等不同层面）”（摘自德国工业4.0战略计划实施建议），也就是说将企业内不同的IT系统、生产设施（以数控机床、机器人等数字化生产设备为主）进行全面的集成，目的是建立一个高度集成化的系统，为将来智能工厂中网络化制造、个性化定制、数字化生产提供支撑。

端对端的集成是指“通过产品全价值链和为客户需求而协作的不同公司，使现实世界与数字世界完成整合”。（摘自德国工业4.0战略计划实施建议），也就是说，通过产品的研发、生产、服务等产品全生命周期的工程活动，最典型的例子，如小米、苹果手机围绕产品的企业间的集成与合作。

请见下图。（图示中“产品”二字，是Production execution，此处应该翻译为“制造执行”或者“生产”比较准确，笔者注）

端对端的集成

横向集成是“指将各种使用不同制造阶段和商业计划的IT系统集成在一起，这其中既包括一个公司内部的材料、能源和信息的配置，也包括不同公司间的配置（价值网络）”（摘自德国工业4.0战略计划实施建议）。也就是以供应链为主线，实现企业间的三流合一（物流、能源流、信息流），实现一种社会化协同生产。

横向集成

简单地讲，纵向集成是一个企业内部的集成，包括企业内部信息化系统之间、信息化系统与生产设备之间的集成，是点的概念，是其他两个集成的基础；端对端是围绕产品生命周期企业间的集成，是产品价值链的集成，是线（或叫链）的概念；横向集成是以供应链为主线，企业间之间的集成，是社会化合作的重要基础，是生态圈、是网的概念。

德国工业4.0战略中，通过以上三个集成，全面打通企业内部（信息化系统及生产设备）、企业之间、社会化的集成、协同，实现灵活的、个性化的、高效的、社会化、智能的生产。

2）通过数字化、智能化，年老变成宝

德国人力资源匮乏、老龄化严重，如果在自动化的基础上，实现数字化、智能化生产，体力劳动将大为减少，对劳动者的体力、反应敏捷度等方面的要求也将大大降低。在这种工作环境中，体力将不再是问题，这些老龄的劳动者可继续工作，延长他们的职业生涯，而他们的丰富经验与敬业精神，将有助于提升产品创新、质量与市场的竞争力。

这样，通过技术手段，老龄化问题就得到最大程度地缓解。

3、在重大新技术面前，德国也毫不逊色

在雄厚的制造业、工业软件、嵌入式技术等基础上，在当今几个热点技术面前，如CPS、物联网、云计算、大数据、人工智能、机器人、3D打印等，德国的研究与应用已经走在前列，通过持续的努力，德国完全可能抓住这些重大技术的机遇，从而引领世界。

基于以上分析，无论是德国的传统优势领域，还是当前略呈劣势的方面，乃至将来发展的重大新技术面前，只要制订科学、合理的战略，德国就完全有能力突出重围，从而“确保德国制造业的未来”。

三、精准布局，工业4.0成为德国致胜的利器

现在，德国已经将工业4.0作为《高技术战略2020》中十大未来项目之一。也就是说，工业4.0已经上升为德国的国家战略。

战略原本是一个军事术语，下面我们就从战略的角度来分析一下工业4.0战略。

自美国马克斯维尔•泰勒将军提出军事战略的三大构成要素为目标（ends）、手段（means）、方法（ways）之后，目标、手段、方法成为战略的三要素被大家所接受，分析战略也必然从这三个方面展开。

通过研究、分析德国工业4.0的相关资料，我们认为，德国工业4.0的这三个战略要素是很清晰的。

简单地讲，工业4.0的战略目标就是“确保德国制造业的未来”。

工业4.0战略的手段就是1个核心——CPS赛博物理系统，通过信息系统与智能机器、存储系统和生产设施，将虚实两世界融合起来，在2个主题（智能工厂与智能生产）进行重点研究与应用，实现企业内部的“智能化的生产系统及过程，以及网络分布式生产设施的实现”，并通过3项集成（纵向集成、端对端集成、横向集成），实现企业内、企业间、生态圈的集成，从而达到高度自动化、高度信息化、高度网络化的智能化、个性化、社会化的生产与服务模式。

工业4.0战略的方法，就是通过以上的技术手段、理念与标准在全球的推广，实现德国“双领先战略”，最终达到“确保德国制造业的未来”的战略目标。

第一个领先是“领先的供应商战略”，强调德国装备制造供应商要通过技术创新和集成，不断提供世界领先的技术解决方案，并藉此成为“工业4.0”产品的全球领先的开发商、供应商；通过此方法，实现工业4.0软硬件及“系统的系统”的解决方案，形成事实上的全球标准，将中国等国家由竞争对手变为方案倾销市场，兵不血刃地占领，这也就是为什么默克尔等政要不遗余力推广工业4.0的主要原因。

第二个领先是“领先的市场战略”，强调将德国国内制造业作为主导市场加以培育，率先在德国国内制造企业加快推行“工业4.0”与实施CPS赛博物理系统，进一步壮大德国制造业。也就是说，用工业4.0的理念、技术手段等将德国国内企业武装起来，提升其生产效率与竞争力，确保在全球竞争中占据主动地位。

为确保整个战略的主动，德国在自己优势领域设置了两个制高点，也即“工业4.0”的两大主题：

一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；

二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。

智能生产是涉及整个企业包括生产物流管理等宏观运营的层面，也就是我们中国人说的智能化工厂。

而“智能工厂”是工业4.0的首要主题，也就是中国人说的智能化车间。前面一句“智能化生产系统及过程”，是说除了包括智能化的机床、机器人等生产设施以外，还包括对生产过程的智能管控，如果换成信息化术语，就是智能化的MES制造执行系统。而后面一句：“以及网络分布式生产设施的实现”，是指将生产所用的生产设施（如机床、热处理设备、机器人、AGV、测量测试等各种数字化设备），进行互联互通、智能化的管理，实现信息化系统与物理系统的深度融合，目前很多企业实施的DNC/MDC(设备联网、设备监控系统)是其基础。。

而这些，无论是CPS技术、生产设施等方面，德国都具有得天独厚的优势。

至此，从战略的角度，我们可以很清晰地勾勒出德国工业4.0的战略目标、手段与方法等，可以用一支“利箭”来表示出来：德国工业4.0战略，是以CPS为核心与主线（与中国制造2025中“以两化深度融合为主线”完全一致），以2个领先战略为突破口，以智能工厂、智能生产为2个制高点，以3个集成为强劲的后翼，最终目标是“确保德国制造业的未来”。

通过以上讲解，我们就可以很容易地理解，为什么工业4.0是“由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式”，德国是为了规避中国这种大企业（相对德国）集中生产、大规模生产、大批量生产的生产模式，向分散式、高度灵活、个性化的智能生产的转变。

并通过以上的4.0战略布局图，我们可以很清晰地知道工业4.0的一个核心, 两个主题、三项集成、两个领先的战略，这些都是德国人扬长补短、克敌制胜的策略，目的就是”确保德国制造业的未来。”

本讲主要是分析了德国工业4.0战略基础、目标、方法与手段，并将工业4.0的一些关键技术进行了阐述。

下一讲将从美国工业互联网、中国制造2025等另外2个与工业4.0相近的国家战略谈起，找出这些战略的共同聚焦点，也即中国制造企业实施工业4.0战略的落脚点与突破口，敬请大家继续关注。

本文作者：朱铎先