工业4.0 为什么？是什么？如何看？怎么干？

工业4.0：为什么？是什么？如何看？怎么干？非常高兴有机会能和大家一起交流对德国工业4.0的理解和认识。今年10月初，克强总理访德期间，中德签署了《中德合作行动纲要：共塑创新》，提出两国将开展工业生产的数字化（工业4.0）合作。苗圩部长在讲到德国工业4.0与中国两化深度融合关系时，用了三个关键词：如出一辙、异曲同工、殊途同归。换句话说，对德国工业4.0理解和认识的深化，也就是对中国两化深度融合战略理解和认识的深化。因此有必要对德国工业4.0提出的时代背景（为什么？）、基本概念（是什么？）、我们的理解认识（如何看？）以及启示意义（怎么干？）做一些更深入的研究，这些研究将有利进一步加快推进实施中国的两化深度融合战略。今年10初和苗圩部长一起去德国访问，与德国经济和能源部，德国工业4.0发起协会德国信息通信与新媒体协会（BITKOM）、机械设备制造业联合会（VDMA）、电子电气制造商协会（ZVEI）以及大众、博世、SAP、西门子负责人和专家代表进行了座谈交流。结合当前全球信息技术与制造业融合发展的趋势，谈谈对德国工业4.0一些认识和感受，概括起来就是四个基本问题，德国工业4.0：为什么？是什么？如何看？怎么干？这是一个内部的研讨会，我谈谈自己个人的一点学会体会，不代表任何组织，不对之处请大家批评指正。一、为什么？2011年德国汉诺威工业博览会上，德国相关协会提出工业4.0的初步概念，此后德机械设备制造联合会等协会牵头，来自企业、政府、研究机构的专家成立了“工业4.0工作组”进一步加强工业4.0的研究并向德国政府进行报告，2013年发表了工业4.0标准化路线图，组建设了由协会和企业参与的工业4.0平台（Platform-i4.0），德国政府也将工业4.0纳入《高技术战略2020》中，工业4.0正式成为一项国家战略。目前，德国正计划制订推进工业4.0的相关法律，把工业4.0从一项产业政策上升为国家法律。德国工业4.0在很短的时间内得到了来自党派、政府、企业、协会、院所的广泛认同，并取得一致共识，从一个来自民间的概念迅速演变国家产业战略，正从一个产业政策上升为国家法律。工业4.0在这么短的时间内在德国得到广泛认同，有其偶然性也有必然性，这种认识来自于德国长期以来把工业作为国家经济的基石，来自于信息通信技术给工业带来的革命性影响，也来自于新一轮科技革命中对德国工业地位担忧。概括起来，主要是由于三种意识：危机意识、机遇意识和领先意识。（一）危机意识德国是传统的科技工业强国，但是在新一轮产业技术革命中，传统的竞争优势受到了来自各方面的挑战，一部分新兴产业成长乏力，各界对德国未来发展表现出某种忧虑。一是对新兴产业创新能力的忧虑。信息通信技术是全球新一轮产业变革中最具活力的技术，德国各界的普及共识是，德国乃至整欧洲丧失了全球信息通信产业发展的机遇。在全球产业创新最活跃的互联网领域，全球市值最大20个互联网企业中没有欧洲企业，欧洲的互联网市场基本被美国企业垄断，德国副部理兼经济和能源部长加布里尔曾说，德国企业的数据由美国硅谷的四大科技把持，这正是他所担心的。全球通信产业蓬勃发展，但欧洲企业节节败退，仅有少数企业在苦苦支撑。欧洲的集成电路公司纷纷转型设计企业，并不断从消费市场退出。当前，美国的互联网以及ICT巨头与传统制造业领导厂商携手，GE、思科、IBM、AT&T英特尔等80多家企业成立了工业互联网联盟，重新定义制造业的未来，并在技术、标准、产业化等方面做出一系列前瞻性布局，工业互联网与成为美国先进制造伙伴计划的重要任务之一。欧洲及德国对新兴产业创新能力及对未来发展前景表现出了一种深深的忧虑。二是对传统产业竞争优势的忧虑。德国传统工业在全球的竞争优势仍十分突出，但是在新一代信息技术与工业加速融合，产品、装备、工艺、服务智能化步伐不断加快的背景下，德国能否跟上时代发展的潮流，德国各界有深刻的危机意识。德国总理默克尔也指出，目前90%的创新在欧洲之外产生，欧洲不能错失下一代工业技术变革。默克尔同时对德国的制造业能否及时与现代的信息和通讯技术实现对接，保障德国制造业在世界上的领先地位表示担忧。德国企业界对美国再工业化、中国制造业发展给予了充分的关注，2014年6月24日，德国机械协会（VDMA）主席在日本说，德国和日本携手应用中国的挑战。德国信息技术、通讯、新媒体协会工业4.0部部长曾说，不仅仅亚洲对德国工业构成竞争优威胁，美国正通过各种计划应对“去工业化”，加快先进制造业发展。三是对国家产业战略方向的忧虑。2008年国际金融危机后，新一代信息技术的突破扩散及与工业融合发展，引发了国际社会对第三工业革命、能源互联网、工业互联网、数字化制造等一系列发展理念和发展模式的广泛讨论和思考。以美国、欧盟、日本、韩国等纷纷制订了一系列规划和行动计划，实施制造业回归战略。这既体现了发达国家对制造业传统发展理念的深刻反思，也反映了其抢占新一轮国际制高点意图和决心。德国作为全球制造业强国，在新一轮技术变革中能不能找到工业发展方向并引领全球工业发展，是德国各界广泛关注的问题。（二）机遇意识在与德国工业4.0参与方交流中，我们能深切体会到，尽管德国各界对有些产业的发展的不尽如人意表现出了忧虑，但对德国传统优势产业的竞争力还是表现出强烈的自信，认为德国工业经济发展面临许多机遇。一是市场机遇。信息通信技术与制造业融合发展带来一个重要变革就是智能制造时代的来临，云计算、大数据、人工智能、机器学习等驱动人类智能迈向更高境界，推动着人类各种生产工具的智能化和现代化，在廉价体力劳动不断被机器替代同时，越来越多的脑力劳动者正在被智能工具所替代，人类正在迈向第二次机器时代，其带来产业变革和就业结构影响将超越过去300年工业化历史。基于新一代智能装备生产组织方式将广泛普及，从普及单机智能化到普及智能生产线、智能车间、智能工厂，其背后是庞大的、快速成长的智能装备市场。德国各界一直在探讨以什么样的方式抓住快速成长的市场。二是技术机遇。智能制造不仅需要单项技术突破，也需要各种技术综合集成，而这正是德国的优势所在。面对全球新一代信息技术与制造技术融合的趋势，德国迎来了巩固和强化技术优势的机遇。具体来说，一是工业软件优势。工业软件是智能装备的核心和基础，德国企业资源管理（ERP）、制造执行系统（MES）、产品生命周期管理（PLM）、可编程控制器（PLC）等核心工业软件在全球都处于领导地位。二是工业电子优势。集成了传感、计算、通信的工业电子是智能装备的核心，这也是德国优势领域所在，一批德国企业在汽车电子、机械电子、机床电子、医疗电子等领域引领全球发展。三是制造技术优势。德国工业的基础材料、基础工艺、基础装备、基础元器件核心技术领域一直在全球处于领先地位，机械出口占全球16%，居全球首位，其在创新性制造技术领域的研究、开和生产，以及复杂工业过程管理领先性无人能比。传统制造技术与工业软件、工业电子技术的结合，为德国抢占智能装备竞争制高点带来了难的机遇。三是产业机遇。装备制造业是德国最具优势的产业，面对全球智能制造带来的机遇，德国各界的共识是，要把握信息通信技术与装备制造业融合的趋势，瞄准全球快速成长的智能工厂装备市场，确保德国企业成为全球智能制造产业“领先的供应商”地位。对于德国而言，这个市场是潜在的、也是现实的，没有哪个国家比德国更有条件和优势发展智能制造。德国相关协会调查表明，60%的德国机械设备制造商确信他们的技术和产品竞争优势在未来五年会得到提高。正如德国所说，欧洲、德国失去了互联网的机遇，但不能失去物联网的机遇，物联网应用的主战场是工业领域，德国不仅可以而且能够在物联网的技术变革中抓住机遇引领潮流。（三）领先意识在新一轮技术革命和产业变革中，德国人有危机感，也看到新机遇，并试图在工业领域继续保持全球领先的地位，基本途径就是，在向工业化4.0迈进的过程中先发制人，与世界制造强国争夺新科技产业革命的话语权，抢占产业发展的制高点。具体来讲，就是要实现五个领先：一是理念领先。信息技术领域从来不缺乏新概念和新理念，但真正能够被各界广泛认可并快速传播的发展理念屈指可数。物联网、移动互联、云计算、大数据等新一代信息技术广泛普及并推进生产方式变革，当各国纷纷提出数字化制造、工业互联网、能源互联网等制造业发展新理念时候，德国作为欧洲传统的工业强国，需要一个既能继承传统工业发展思想、又能启发未来工业趋势的新理念，抢占发展理念的制高点，并引领德国工业继续保持全球领导地位。正是在这一背景下，德国工业4.0的概念出现了，这一概念最大的成功在于它把几百年工业发展的历史与现代信息技术趋势进行了完美的集成，它是继承性与创新性的统一、理论性与通俗化的统一、严肃性与时尚性的统一，其传播的速度、广度、深度也超过了德国人的预期。二是技术领先。当前，信息技术创新步伐不断加快，正步入泛在、智能、集成的新阶段。从计算、传输到处理，从感知、传感到智能，泛在连接和普适计算已无所不在，云计算、大数据、人工智能、机器学习等驱动人类智能迈向更高境界，虚拟化技术、3D打印、工业互联网、大数据等技术将重构制造业技术体系。德国提出“工业4.0”，其宗旨也是支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，大力推动物联网和服务互联网技术在制造业领域的应用，从而应对新一轮科技革命带来的挑战，以此抢占信息技术与工业融合发展中技术的制高点。三是产业领先。在新一轮科技革命的影响下，全球新的产业分工体系和分工格局正在形成，基于信息物理系统（CPS）的智能工厂和智能制造模式正在引领制造方式的变革，全球研发设计、生产制造、服务交易等资源配置体系加速重组，网络众包、异地协同设计、大规模个性化定制、精准供应链管理等正在构建企业新的竞争优势，全生命周期管理、总集成总承包、互联网金融、电子商务等加速重构产业价值链新体系。德国提出“工业4.0”，在智能生产体系的支撑下，重构全球的生产方式。德国信息技术、通讯、新媒体协会工业4.0部部长说，德国传统工业的核心架构以及它在国际上的卓越地位，能够与ICT技术结合并改革德国的传统工业，德国希望在新一轮产业技术革命浪潮中扮演主要角色。四是标准领先。产品的智能化、装备的智能化、生产的智能化、管理的智能化以及服务的智能化，迫切要求装备、产品之间，装备和人之间，以及企业、产品、用户之间全流程、全方位、实时的互联互通，实现数据信息的实时、准确交换、识别、处理、维护,研发、生产、管理、服务的高度协同对智能制造的标准化提出了新的要求，这就必须通过制定和执行许许多多的技术标准、服务标准、管理标准和安全标准，智能制造的标准体系是全球产业竞争的一个制高点，德国已抢先一步，制定了《“工业4.0”标准路线图》，，以此抢占“工业4.0”标准化领域的制高点。五是市场领先。巩固并不断扩大全球市场的优势是德国工业4.0的根本出发点，也是各界的共识。在“工业4.0”战略中，德国采用了“领先的供应商战略”与“领先的市场战略”的双重战略来释放市场潜力。“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、生厂商；“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”与部署信息物理网络系统（CPS），进一步壮大德国装备制造业。二、是什么？与国际社会关于第三次工业革命的说法不同，德国学术界和产业界认为，前三次工业革命的发生，分别源于机械化、电力和信息技术。他们将18世纪引入机械制造设备定义为工业1.0，20世纪初的电气化为2.0，始于20世纪70年代的生产工艺自动化定义为3.0，而物联网和制造业服务化迎来了以智能制造为主导第四次工业革命，或革命性的生产方法，即“工业4.0”。德国“工业4.0”战略旨在通过充分利用信息通讯技术和信息物理系统（CPS）相结合的手段，推动制造业向智能化转型。主要表现在以下几个方面：（一）工业4.0是互联西门子、博世和蒂森克虏伯的专家在交流时都提到，工业4.0的核心是连接，要把设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户