第一次工業(yè)革命是水和蒸汽動力帶來的機械化。第二次工業(yè)革命是電力的使用使大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。第三次工業(yè)革命是電子工程和IT技術(shù)的采用，以及它們帶來的生產(chǎn)自動化。工業(yè)4.0是第四次工業(yè)革命。相對來說，這一次變革仍然處于起步階段。依靠高級的軟件和能夠通信的機器設(shè)備，工業(yè)4.0將使工業(yè)生產(chǎn)進一步優(yōu)化。

　　智能工廠是一種高能效的工廠，它基于高科技的、適應(yīng)性強的、符合人體工程學(xué)的生產(chǎn)線。智能工廠的目標(biāo)是整合客戶和業(yè)務(wù)合作伙伴，同時也能夠制造和組裝定制產(chǎn)品。

　　而且，未來的智能工廠將很可能在生產(chǎn)效率和安全性方面具有更大的自主決策能力。工業(yè)4.0更多的是依靠機器進行工作并解釋數(shù)據(jù)，而不是依靠人類的智慧。當(dāng)然，人的因素仍然制造工藝是核心，但人更多地是起到控制、編程和維護的作用，而不是在車間進行作業(yè)。

　　工業(yè)4.0的核心技術(shù)是什么?

　　目前是一個工業(yè)4.0時代，也是所謂第四次工業(yè)革命，按照馬克思指出的那樣，工業(yè)革命不僅僅是生產(chǎn)力的快速提升，同時還是生產(chǎn)關(guān)系的改變。那我們所處的時代真正的核心驅(qū)動力是什么?

　　大約250年前，英國發(fā)生了第一次工業(yè)革命。當(dāng)時英國因為工人工資比較高，資本家發(fā)動了各種技術(shù)革新，期望解決工人工資較高的問題，其中機械化的紡織機就是最為典型的代表。機械化的應(yīng)用，促進了機械化技術(shù)在其他領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，從而導(dǎo)致了全社會掀起了一股機械化改造傳統(tǒng)生產(chǎn)的浪潮。

　　在第一次工業(yè)革命之后100年，又開始了第二次工業(yè)革命，也就是所謂工業(yè)2.0，這一次是以電氣化為代表的技術(shù)廣泛應(yīng)用為特征。伴隨著的是管理的革命。生產(chǎn)車間的流水線應(yīng)用，大大促進了大規(guī)模生產(chǎn)制造的發(fā)展，并且產(chǎn)生了一個新的階層(工業(yè)1.0產(chǎn)生了工人階級)——專業(yè)管理層。按照哈佛商業(yè)歷史學(xué)家錢德勒在《規(guī)模與范圍》中的定義，英國是個人資本主義，德國和美國都是管理資本主義，也就是說英國比較重視個人及家庭對工廠的控制，而德國和美國廣泛的雇傭?qū)I(yè)管理人員來對工廠進行管理，這是它們之間的差別，同時也是英國在工業(yè)2.0時代落后的一個重要原因。

　　在其后發(fā)生的工業(yè)3.0，距今不過50年。工業(yè)3.0時代是一個信息技術(shù)廣泛應(yīng)用的時代，在這期間，美國等傳統(tǒng)的工業(yè)強國積極發(fā)展新型電子工業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，相對弱化了傳統(tǒng)的機械制造等工業(yè)，這期間中國制造隨之逐步崛起。

　　從工業(yè)1.0、2.0和3.0的發(fā)展歷史來看，技術(shù)創(chuàng)新毫無疑問扮演了非常重要的角色。即便進入了工業(yè)4.0時代，技術(shù)創(chuàng)新仍然會扮演核心驅(qū)動的角色。其中有三大技術(shù)特征--高度自動化、高度信息化和高度網(wǎng)絡(luò)化，并簡稱為三個高度。

　　這些技術(shù)計實際載體也正改變著我們的生活。比如基于電機驅(qū)動系統(tǒng)工業(yè)機器人，電動汽車，高鐵，高精度機床等。電機驅(qū)動系統(tǒng)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，電機驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用情況，也代表著一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。

　　電機驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展也離不開測試技術(shù)的發(fā)展。電機驅(qū)動系統(tǒng)是由電機和控制器組成，要實現(xiàn)更加完整測試電機運行系統(tǒng)的性能，那不僅要對電機進行穩(wěn)態(tài)測量，而且也要對電機驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)性能進行分析，傳統(tǒng)測功機已經(jīng)很難滿足測試條件。致遠(yuǎn)電子在電機驅(qū)動系統(tǒng)測試技術(shù)上實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，可對電機驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能同時測量，讓國內(nèi)電機測試技術(shù)進入動態(tài)時代。

　　德國人創(chuàng)建了新的生產(chǎn)環(huán)境，包括新的管理、流程、模型等，還提供新的智能生產(chǎn)裝備和新的技術(shù)手段。將推動德國的機器人、制造成套裝備、IT 技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)等核心產(chǎn)業(yè)的變革，并加入到工業(yè)4.0 體系內(nèi)。

　　1.信息物理系統(tǒng)(CPS)

　　CPS形式網(wǎng)絡(luò)通過(無線)傳感和驅(qū)動，能夠應(yīng)對不斷變化的環(huán)境，甚至預(yù)測物理系統(tǒng)過程的變化。

　　2.云計算

　　云計算讓儲存在本地的應(yīng)用程序或者服務(wù)連接到物聯(lián)網(wǎng)變得可能。

　　3.大數(shù)據(jù)分析

　　大數(shù)據(jù)是指大到那些典型的數(shù)據(jù)庫軟件工具無法收集、儲存、管理和分析的數(shù)據(jù)集。大數(shù)據(jù)分析方法讓工業(yè)智能化變得可能，比如說機器學(xué)習(xí)。

　　4.(IT)系統(tǒng)安全

　　數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的傳播以及所有其它工業(yè)系統(tǒng)、機器設(shè)備和原件都需要被充分保護，免于遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊。

　　5.增材制造/3D打印

　　增材制造(Additive Manufacturing，AM)技術(shù)是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的材料去除-切削加工技術(shù)，是一種“自下而上”的制造方法。

　　6.增強現(xiàn)實(HMI)

　　使用增強現(xiàn)實眼鏡的工人可以通過遠(yuǎn)程接受指令來正確裝配零件或者協(xié)助調(diào)試。

　　7.機器人/人形機器人(HMI)

　　新技術(shù)使交互更安全，比如讓機器人去人類無法達到的地方執(zhí)行任務(wù)，這些機器人往往被設(shè)計成人類的樣子。　德國的工業(yè)4.0概念是建立在德國在自動化裝備全球領(lǐng)先的優(yōu)勢地位上，幾乎所有國內(nèi)的大型自動化工業(yè)企業(yè)，以及上千的中小企業(yè)也將加入到這一體系里去。西門子、菲尼克斯電氣、倍福、施耐德電氣、庫卡等都在朝這一方向努力。

　　西門子(Siemens)：憑借全集成自動化(TIA)和“數(shù)字化企業(yè)平臺”，西門子長久以來占據(jù)著信息技術(shù)集成領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。西門子公司還將與德國弗勞恩霍夫研究院以及大眾汽車公司，通過利用產(chǎn)品生命周期管理軟件(PLM)進行虛擬生產(chǎn)規(guī)劃，可降低生產(chǎn)線上機器人的能耗高達50%。

　　菲尼克斯電氣(Phoenix Contact)：全面投入Profinet 工業(yè)以太網(wǎng)的開發(fā)，目前形成了全面的基于Profinet 工業(yè)以太網(wǎng)的競爭力。

　　倍福(Beckhoff)：與傳感器、視覺系統(tǒng)及機械廠商一起參與“科技自動化-系統(tǒng)化工程”與“極速控制-標(biāo)準(zhǔn)加工設(shè)備能效提升”兩個項目的實施。

　　施耐德電氣(Schneider Electric)：推出的EcoStruxure 能效管理平臺，除了實現(xiàn)了對電力、工業(yè)、建筑樓宇、數(shù)據(jù)中心和安防5 大領(lǐng)域的技術(shù)和專業(yè)經(jīng)驗的整合，EcoStruxure 與其子系統(tǒng)更強調(diào)軟件帶來的靈活性。

　　羅克韋爾自動化(Rockwell Automation)：通過與思科密切合作，推進標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)EtherNet/IP 快速發(fā)展。Ethernet/IP 是未經(jīng)修改的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，可以和現(xiàn)在所有的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)設(shè)備透明銜接，使得產(chǎn)業(yè)融合成為可能。值得關(guān)注的是：2014 年4 月全球最大的工業(yè)展會“漢諾威工業(yè)博覽會”上，西門子展示的新一代汽車生產(chǎn)線吸引了很多人。從表面來看只是機器人對生產(chǎn)線上的車體進行組裝，任何一個汽車工廠都有這樣的組裝線。不過，制造的思路卻完全不同。在該生產(chǎn)線上，車體與機器人一邊“對話”一邊進行組裝。其工作原理為在車體內(nèi)嵌入IC 標(biāo)簽，記錄汽車型號、必要零部件以及組裝順序等信息。車體接近機器人時會發(fā)出“需要5 扇門”等指示。機器人會按照指示進行作業(yè)。

　　與德國的工業(yè)4.0 相比，其他工業(yè)化國家雖然未普遍使用這一術(shù)語，但盡可能降低生產(chǎn)操作成本、提高靈活性和加快創(chuàng)新周期也是這些國家的共同目標(biāo)。

　　美國：在美國，GE 主導(dǎo)的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”革命同樣如火如荼，已經(jīng)成為美國“制造業(yè)回歸”的一項重要內(nèi)容。

　　與工業(yè)4.0 的基本理念相似，它同樣倡導(dǎo)將人、數(shù)據(jù)和機器連接起來，形成開放而全球化的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，但其內(nèi)涵已經(jīng)超越制造過程以及制造業(yè)本身，跨越產(chǎn)品生命周期的整個價值鏈，涵蓋航空、能源、交通、醫(yī)療等更多工業(yè)領(lǐng)域(九大平臺)。

　　相比于西門子的“工業(yè)4.0”，GE 的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”方案更加注重軟件、網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等對于工業(yè)領(lǐng)域的服務(wù)方式的顛覆—— 與德國強調(diào)的“硬”制造不同，“軟”服務(wù)恰恰是軟件和互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟發(fā)達的美國經(jīng)濟較為擅長的。

　　根據(jù)GE 的預(yù)測，在美國，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠使生產(chǎn)率每年提高1%-1.5%，那么未來20 年，它將使美國人的平均收入比當(dāng)前水平提高25%-40%;如果世界其他地區(qū)能確保實現(xiàn)美國生產(chǎn)率增長的一半，那么工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在此期間會為全球GDP 增加10 萬億-15 萬億美元—— 相當(dāng)于再創(chuàng)一個美國經(jīng)濟?！∪毡荆阂皇遣捎谩靶∩a(chǎn)線”的企業(yè)增多，本田公司通過采取新技術(shù)減少噴漆次數(shù)、減少熱處理工序等措施把生產(chǎn)線縮短了40%，并通過改變車身結(jié)構(gòu)設(shè)計把焊接生產(chǎn)線由18 道工序減少為9 道，建成了世界最短的高端車型生產(chǎn)線。二是采用小型設(shè)備的企業(yè)增多，日本電裝公司對鋁壓鑄件的生產(chǎn)設(shè)備、工藝進行改革，使得鑄造線生產(chǎn)成本降低了30%，設(shè)備面積減少80%，能源消費量降低50%。三是通過機器人、無人搬運機、無人工廠、“細(xì)胞生產(chǎn)方式”等突破成本瓶頸，佳能公司從“細(xì)胞生產(chǎn)方式”到“機械細(xì)胞方式”，再到世界首個數(shù)碼照相機無人工廠，大幅度地提高了成本競爭力。

　　此外政府加大了開發(fā)力度，加大對3D 打印機等尖端技術(shù)的財政投入。2014 年，經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省繼續(xù)把3D 打印機列為優(yōu)先政策扶持對象，計劃當(dāng)年投資45 億日元，實施名為“以3D 造型技術(shù)為核心的產(chǎn)品制造革命”的大規(guī)模研究開發(fā)項目，開發(fā)世界最高水平的金屬粉末造型用3D 打印機。

　　制造的轉(zhuǎn)變與未來發(fā)展路徑

　　德國和美國政府已經(jīng)撥出專項資金，用于戰(zhàn)略研究和工業(yè)4.0的實現(xiàn)。德國撥款2.22億美元用于德國聯(lián)邦教育與研究部(BMBF)的RES-COM等項目。同樣，美國已經(jīng)推出了Smart Manufacturing Leadership Coalition等研究項目。

　　包括英國在內(nèi)的其他國家也對工業(yè)4.0表現(xiàn)出很大的的熱情。GAMBICA和CLPA等制造商和貿(mào)易機構(gòu)已經(jīng)對此表示支持。雖然這些國家還未宣布推出重大舉措，但它們肯定已經(jīng)對工業(yè)4.0作出了有力支持。

　　令人高興的是，與工業(yè)4.0相關(guān)的許多技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)。但是，要采用這些技術(shù)，企業(yè)需要花費巨額資金，尤其是那些希望搶先采用這些技術(shù)的公司。

　　對于大多數(shù)公司來說，向工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)變將是一個漸進的演變，而非一種迅速的革命。未來幾年，舊系統(tǒng)對制造業(yè)來說仍然是必要的。

　　作為世界上“最大的工廠”，中國在制造領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。在中國經(jīng)濟需要轉(zhuǎn)型升級的當(dāng)下，中國的制造業(yè)正在從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”邁進。

　　但是，面對發(fā)達經(jīng)濟體如火如荼的再工業(yè)化運動，以及東盟國家、印度及拉美國家試圖超過中國的阻礙。這樣的形勢之下，保持增長，同時促進產(chǎn)業(yè)升級，對于中國制造業(yè)領(lǐng)域來說，仍然是最大的挑戰(zhàn)。

　　魯思沃博士建議，通過發(fā)展技術(shù)創(chuàng)新，促進綠色制造，轉(zhuǎn)型為以服務(wù)為基礎(chǔ)的制造業(yè)，中國就能沿著全新的道路走向以高技術(shù)含量、優(yōu)異的產(chǎn)品質(zhì)量、低能源消耗以及高經(jīng)濟效率和充分利用人力資源優(yōu)勢為特征的工業(yè)化。同時，他認(rèn)為，提高生產(chǎn)力、加快產(chǎn)品上市、靈活的生產(chǎn)模式以及提高資源效率，是從“中國制造”轉(zhuǎn)向“中國創(chuàng)造”的關(guān)鍵因素。

　　為了實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變，需要先進的技術(shù)和高效的生產(chǎn)體系。因此，制造企業(yè)應(yīng)該逐步轉(zhuǎn)向信息化、數(shù)字化和智能化，從而將生產(chǎn)水平提升到一個新的高度，為“引領(lǐng)制造業(yè)未來”做好準(zhǔn)備。

　　而數(shù)字化的企業(yè)平臺，就是企業(yè)實現(xiàn)全生命周期兩化融合的途徑。西門子(中國)有限公司執(zhí)行副總裁、工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域總裁吳和樂博士向記者介紹，數(shù)字化企業(yè)平臺是實現(xiàn)數(shù)字制造的載體。它可以實現(xiàn)包括產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程，到生產(chǎn)執(zhí)行和服務(wù)的全生命周期的高效運行，以最小的資源消耗獲取最高的生產(chǎn)效率。

　　該平臺的實現(xiàn)需要企業(yè)以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、工業(yè)以太網(wǎng)等技術(shù)的強力支持下，集成目前最先進的生產(chǎn)管理系統(tǒng)及軟件和硬件，如產(chǎn)品生命周期管理(PLM)軟件和制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)軟件以及控制和驅(qū)動技術(shù)等。

　　在提升資源效率層面，制造業(yè)企業(yè)首先需要考慮設(shè)備層面的資源效率提升方案，例如高效電機、變頻器等進行設(shè)備層面的節(jié)能。同時，企業(yè)需要將眼光放遠(yuǎn)，關(guān)注能夠使全生命周期資源效率提升的整體解決方案。

　　所謂整體解決方案，指將現(xiàn)有的技術(shù)和創(chuàng)新全部整合到一個數(shù)字化企業(yè)平臺中，從企業(yè)層面到設(shè)備層面給出“基于成本設(shè)計”及“基于節(jié)能和資源設(shè)計”的完整資源方案。產(chǎn)品開發(fā)流程和生產(chǎn)流程中的所有環(huán)節(jié)在生產(chǎn)開始之前就已在虛擬環(huán)境達到了最優(yōu)化。產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)任務(wù)配置所消耗的時間、人力、設(shè)備和原材料資源會得到大幅縮減，生產(chǎn)流程也會大大改進。

　　工業(yè)4.0給人類社會的影響

　　工業(yè)4.0將帶來五大機遇。一是可以通過使用新的數(shù)字化技術(shù)來提升效率和生產(chǎn)力，以重獲競爭優(yōu)勢并實現(xiàn)跨越式發(fā)展;二是可利用中國頂尖的互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)來實現(xiàn)完全數(shù)字化的價值鏈，并提供全新的產(chǎn)品和業(yè)務(wù)模式;三是可把握日益擴大的中產(chǎn)階層對個性化定制產(chǎn)品的需求，并升級制造業(yè)部門以實現(xiàn)大規(guī)模定制化生產(chǎn);四是滿足客戶對生命周期加快的期望值，提升供應(yīng)鏈的速度和靈活性;五是通過更好地理解和滿足客戶需求來提升其滿意度?？傮w來看，他認(rèn)為工業(yè)4.0給中國帶來的收益主要體現(xiàn)在企業(yè)的生產(chǎn)效率提升上。

　　未來5至10年間，越來越多的本土公司會遵循工業(yè)4.0時代的要求發(fā)展，這將提升國內(nèi)制造業(yè)的整體生產(chǎn)效率。轉(zhuǎn)換成本(不包括材料成本)的提升幅度為15%~25%。如果將材料成本考慮在內(nèi)，那么能實現(xiàn)5%~8%的提升幅度。據(jù)計算，制造業(yè)累計產(chǎn)品銷售成本約85萬億元，這意味著中國工業(yè)總體生產(chǎn)效率有4萬億~6萬億元的提升潛力。值得注意的是，各行業(yè)的改善程度會參差不齊，工業(yè)元件生產(chǎn)商可能實現(xiàn)最高的生產(chǎn)效率提升幅度(20%~35%)，而預(yù)計汽車公司的提升幅度只有10%~20%。

　　針對中國在落實工業(yè)4.0技術(shù)方面存在的四大挑戰(zhàn)，即：不同行業(yè)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部制造業(yè)的成熟程度及工業(yè)4.0的準(zhǔn)備度差異極大;其他發(fā)達國家落實工業(yè)4.0技術(shù)后競爭壓力會進一步加劇;工業(yè)4.0需要跨部門乃至公司上下的通力協(xié)作;工業(yè)4.0相關(guān)議題需要企業(yè)發(fā)展全新的能力，杜偉建議企業(yè)可以分別采取以下四大應(yīng)對措施。

　　一是因為成熟度不同需要制定有針對性的戰(zhàn)略，各企業(yè)實施工作的起點也不盡相同;二是中國可利用其快速行動的優(yōu)勢來發(fā)展競爭力，并在工業(yè)4.0大潮中實現(xiàn)跨躍式發(fā)展;三是需由上而下推動變革，并推動流程、企業(yè)文化和思維方式的轉(zhuǎn)型;四是中國政府和企業(yè)必須密切合作，對專家和員工的教育培訓(xùn)進行持續(xù)性投入。

　　波士頓咨詢公司推出的新報告《工業(yè)4.0：未來生產(chǎn)力與制造業(yè)發(fā)展前景》指出，零部件、機器和人員之間的互聯(lián)互通性日益加強，由此生產(chǎn)系統(tǒng)的速度和效率分別能提升30%和25%，同時大規(guī)模定制也將實現(xiàn)快速發(fā)展。

　　報告認(rèn)為，在中國，工業(yè)4.0帶來的收益主要體現(xiàn)在生產(chǎn)效率提升上。未來5-10年間，越來越多的本土公司會遵循工業(yè)4.0時代的要求發(fā)展，這將提升國內(nèi)制造業(yè)的整體生產(chǎn)效率。轉(zhuǎn)換成本(不包括材料成本)的提升幅度為15-25%。如果將材料成本考慮在內(nèi)，那么能實現(xiàn)5-8%的提升幅度。據(jù)計算，制造業(yè)累計產(chǎn)品銷售成本約85萬億元，這意味著中國工業(yè)總體生產(chǎn)效率有4萬億元-6萬億元的提升潛力。各行業(yè)的改善程度會參差不齊。

　　報告強調(diào)，未來會出現(xiàn)更多就業(yè)機會，同時淘汰一些過時的崗位。生產(chǎn)企業(yè)將越來越多地使用機器人和其他一些先進技術(shù)來輔助人工。這就意味著勞動強度大的常規(guī)工作崗位會不斷減少，而更多的工作崗位需要具備靈活應(yīng)對、解決問題和提出定制化解決方案的能力。