什么是“工业4.0”？

--摘自《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》

德国的制造业是世界上最具竞争力的产业部门之一。这归功于德国制造业能够管理复杂的工业生产过程，不同任务由位于不同地点的合作伙伴完成。近二三十年来，德国制造业已成功地利用信息通信技术（ICT）实现对工业生产过程的管理——如今，大约90%的工业生产过程已应用ICT技术。在过去三十年甚至更早以前，IT革命使我们生活和工作的世界发生了彻底改变，其影响力可媲美分别成就前两次工业革命的机械和电力。　　

随着个人电脑向智能设备演变，一种新的趋势开始显现：越来越多的IT基础设施和服务通过智能网络（云计算）来提供。伴随微型化和互联网的持续发展，这一趋势宣告了人们期盼的普适计算已成为现实。　　

通过无线，越来越多功能强大的、自主的微型电脑（嵌入式系统）实现了与其他微型电脑和互联网的互联。这意味着物理世界和虚拟世界（网络空间）以信息-物理系统（CPS）的形式实现了融合。　　

新的互联网协议IPv6于2012年推出后，目前已经有足够多的IP地址可供智能设备通过互联网实现直接联网。于是，网络资源、信息、物体和人之间能实现物联网及服务互联网。这也将扩展至工业领域：在制造业中，这种技术演化可以描述为“第四阶段的工业化”或“工业4.0”。  

工业革命的四个阶段

18世纪工业化的进程，始于机械制造设备的出现。那时候，纺织机一类的机器大大改变了生产产品的方式。第一次工业革命之后，在劳动分工的基础上，20世纪的第二次工业革命实现了电力驱动的规模化生产。之后，便是从20世纪70年代初直到现在的第三次工业革命。第三次工业革命利用电子和信息技术（IT）提高了制造过程的自动化程度，机器取代了相当一大部分的“体力劳动”和一部分“脑力劳动”。　　

德国应充分利用其作为世界领先的制造设备供应商及在嵌入式系统领域的优势，通过利用物联网及服务互联网向制造领域扩展这一趋势，在向第四阶段工业化迈进的过程中先发制人。　　

工业4.0的部署不仅将增强德国的竞争地位，而且有助于应对全球挑战（如资源和能效）和国内挑战（如人口结构的变化）。　　

然而，在对技术创新进行考虑时，结合社会文化语境是至关重要的，因为文化和社会的变化同样也是在他们各自领域中创新的主要动力。　　

比如，人口结构的变化拥有改变我们社会所有关键领域的潜力，如组织学习的方式、工作的性质、健康（随着人们活的越来越长）和社区的基础设施。这又将反过来对德国生产力造成显著的影响。通过优化技术和社会创新过程的关系，我们能够为提升德国经济的竞争力和生产力做出重要贡献。　　

在制造业中利用物联网及服务互联网　　

物联网及服务互联网能够创造一个包含全部生产过程的网络，将工厂转变成为一个智能环境。信息物理生产系统由智能机器、仓储系统、生产设备组成。该生产系统是数字化的，基于ICT技术实现了端到端的整合——从运入物流到生产，再到营销、运出物流和服务（维修）。信息物理生产系统不仅使生产能够得到更加灵活的配置，也能够充分利用差异化管理和流程控制所提供的机会。　　

除了优化现有基于IT的流程，工业4.0还将释放对具体流程和全球范围内整体效应进行更多差异化跟踪的潜力。这些都是目前难以实现的。工业4.0还将使商业伙伴（如供应商和客户）、员工之间的关系更加紧密，并提供更多互惠互利的新机遇。　　

作为世界领先的制造设备供应商，德国需要发掘新形式工业化的潜力，以与其独特的地位相匹配。德国的全球市场领导者包括许多提供专业解决方案的“隐形冠军”（即小而强的公司）——德国前100名中小企业中有22家是机械和设备制造商，其中3家排名在前10位之内。许多德国机械和设备制造领域的领军人物都认为，他们的主要竞争对手是国内厂商。机械设备与汽车、化学品同为德国主要的出口产品之一。　　

此外，德国的机械和设备制造商都希望保持其在未来的领先地位：60%的德国机械设备制造商都相信，他们的技术竞争优势在未来五年内会得到提高，只有不到40%的制造商希望维持当前的竞争地位。　　

然而，机械制造领域的全球竞争正在日趋激烈。在亚洲同行日益威胁着德国制造商的同时，美国的对手也在采取措施，通过一系列方案对抗工业退化，大力推进“先进制造业”。　　

借鉴德国工业4.0关键要立足中国实际

工业革命的四个阶段

18世纪工业化的进程，始于机械制造设备的出现。那时候，纺织机一类的机器大大改变了生产产品的方式。第一次工业革命之后，在劳动分工的基础上，20世纪的第二次工业革命实现了电力驱动的规模化生产。之后，便是从20世纪70年代初直到现在的第三次工业革命。第三次工业革命利用电子和信息技术（IT）提高了制造过程的自动化程度，机器取代了相当一大部分的“体力劳动”和一部分“脑力劳动”。　　

德国应充分利用其作为世界领先的制造设备供应商及在嵌入式系统领域的优势，通过利用物联网及服务互联网向制造领域扩展这一趋势，在向第四阶段工业化迈进的过程中先发制人。　　

工业4.0的部署不仅将增强德国的竞争地位，而且有助于应对全球挑战（如资源和能效）和国内挑战（如人口结构的变化）。　　

然而，在对技术创新进行考虑时，结合社会文化语境是至关重要的，因为文化和社会的变化同样也是在他们各自领域中创新的主要动力。　　

比如，人口结构的变化拥有改变我们社会所有关键领域的潜力，如组织学习的方式、工作的性质、健康（随着人们活的越来越长）和社区的基础设施。这又将反过来对德国生产力造成显著的影响。通过优化技术和社会创新过程的关系，我们能够为提升德国经济的竞争力和生产力做出重要贡献。　　

在制造业中利用物联网及服务互联网　　

物联网及服务互联网能够创造一个包含全部生产过程的网络，将工厂转变成为一个智能环境。信息物理生产系统由智能机器、仓储系统、生产设备组成。该生产系统是数字化的，基于ICT技术实现了端到端的整合——从运入物流到生产，再到营销、运出物流和服务（维修）。信息物理生产系统不仅使生产能够得到更加灵活的配置，也能够充分利用差异化管理和流程控制所提供的机会。　　

除了优化现有基于IT的流程，工业4.0还将释放对具体流程和全球范围内整体效应进行更多差异化跟踪的潜力。这些都是目前难以实现的。工业4.0还将使商业伙伴（如供应商和客户）、员工之间的关系更加紧密，并提供更多互惠互利的新机遇。　　

作为世界领先的制造设备供应商，德国需要发掘新形式工业化的潜力，以与其独特的地位相匹配。德国的全球市场领导者包括许多提供专业解决方案的“隐形冠军”（即小而强的公司）——德国前100名中小企业中有22家是机械和设备制造商，其中3家排名在前10位之内。许多德国机械和设备制造领域的领军人物都认为，他们的主要竞争对手是国内厂商。机械设备与汽车、化学品同为德国主要的出口产品之一。　　

此外，德国的机械和设备制造商都希望保持其在未来的领先地位：60%的德国机械设备制造商都相信，他们的技术竞争优势在未来五年内会得到提高，只有不到40%的制造商希望维持当前的竞争地位。　　

然而，机械制造领域的全球竞争正在日趋激烈。在亚洲同行日益威胁着德国制造商的同时，美国的对手也在采取措施，通过一系列方案对抗工业退化，大力推进“先进制造业”。               

（资料图片）

“通过组织保障、产业政策、创新政策、人才政策和国际合作五方面举措，形成推进工业4.0战略实施的政策合力”。

“以工业互联网与智能制造标准体系、工业互联网平台、制造业全产业链支撑体系和人才、教育、职业培训体系等为支撑，推进工业互联网和智能制造与服务”。

3月17日，在2017中国发展高层论坛召开之际，国务院发展研究中心（以下简称“国研中心”）携手博世集团发布《借鉴德国工业4.0推动中国制造业转型升级》研究报告，提出了借鉴工业4.0，推动中国制造业转型升级的具体政策建议。

上述政策建议基于对德国工业4.0及中国制造业发展现状所做的系统、全面、客观、深入的研究。

正如该研究项目中方执行负责人、国研中心副主任隆国强在当日发布会上所言：“利用新一轮科技革命成果，特别是新一代的信息技术改造提升传统产业，和发展新经济同等重要，甚至更加重要。”

2008年国际金融危机之后，全球经济一直处于持续低迷状态，各国，特别是发达国家都在寻求摆脱金融危机阴影，重塑经济增长动力。各国不约而同将战略目标聚焦在如何利用新一代的信息技术来提升制造业的竞争力，如德国提出工业4.0战略，美国提出制造业复兴，日本、法国、英国等也都重新聚焦制造业。中国作为制造业大国，自不例外。

《借鉴德国工业4.0推动中国制造业转型升级》研究项目正是在这一大背景下诞生。

2015年8月，国研中心与博世达成合作协议并启动研究项目。国研中心李伟主任和博世集团董事长邓纳尔亲自担任项目负责人，具体工作由国研中心产业经济研究部和博世中国负责。

隆国强强调，不管德国工业4.0贴着什么标签，其所代表的生产方式的革命性变化是一个重大变化；作为制造业大国的中国，制造业增加值全球排名第一，中国必须重视在制造业领域发生的生产方式的变革。

但是，工业4.0是“德国的工业4.0”，是根据德国的国情建立的体系，旨在提高德国制造业的核心竞争力。而中国制造业整体尚处于由工业2.0向工业3.0过渡的阶段，不同行业、地区以及企业间的自动化程度和信息化能力存在巨大差异，发展水平参差不齐，这也使得中国制造型企业向智能制造的转型过程中，将呈现多样化的需求。因此，借鉴工业4.0，最关键的是要结合中国的实际。

基于此，《借鉴德国工业4.0推动中国制造业转型升级》提出，实现中国的智能制造将是个循序渐进的过程，可分三步走：第一步（3—5年），补短板、打基础、扩试点、塑平台；第二步（5—10年），夯实基础、提升水平、重点突破、局部领先；第三步（10—15年）创新、超越、再创新、再超越。在此过程中，逐步实现生产制造自动化、流程管理数字化、企业信息网络化和智能制造云端化。

博世集团董事会成员施维纳博士透露，博世是德国工业4.0平台的成员，也是首个加入美国工业互联网联盟的欧洲企业，希望借此推动工业4.0在全球范围的深度融合。

德国工业4.0的主力倡导者博世在工业4.0领域所采取的“双重战略”——践行者+供应商，使其对中国制造业的转型升级具有重要意义。

此前，博世已在其全球250多家工厂试点了100多个工业4.0项目，其中包括扩在中国的13家工厂，涉及汽车零部件、工业技术、传感器和消费类产品等多个制造领域。此外，凭借在跨业务领域的生产制造经验和工业4.0实践，博世开始为中国不同行业、不同规模的制造型企业提供集软硬件一体化的工业4.0解决方案。据悉，博世已与国内机械行业龙头企业之一的秦川机床达成战略伙伴关系，为后者的机器人关节减速器生产线项目提供产线设计及实施、信息化升级的一体化方案。

国务院发展研究中心/文

什么是工业4.0？

本报告所阐述的工业4.0，是以工业、制造业部门为对象，以德国工业4.0为核心的一个概念体系，工业4.0是一个内涵丰富、动态演进的概念。

“工业4.0”由德国率先提出，其核心理念是：深度应用信息通信技术，推动实体物理世界和虚拟网络世界的融合，在制造领域形成资源、信息、物品和人相互关联的“信息物理融合系统（CPS）”，该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—CPS相结合的手段，将制造业向智能化转型。工业4.0相伴的是传统工业创新与转型，其实施过程是传统工业创新发展的过程，涉及制造技术、产品、模式、业态、组织等方面的创新以及从大规模生产转向个性化定制，从生产型制造转型成服务型制造，从初级要素投入转向知识性要素投入等。

工业4.0提出了参考框架模型（RAMI4.0），RAMI4.0从产品生命周期/价值链、层级和架构等级三个维度，分别对工业4.0进行多角度描述，它代表了德国对工业4.0所进行的全局式思考。有了这个模型，各个企业尤其是中小企业，就可以在整个体系中，寻找到自己的位置。在此基础上，德国政府进一步提出了“智能服务世界”战略，其目标是在工业4.0生产出来的智能产品的基础上，通过物联网技术，将产品连接到互联网上，并应用大数据和其他IT技术，将企业的商业模式从产品驱动转变为数据驱动，从销售产品转变为销售服务，从而实现业务模式的革新甚至革命。

工业4.0具有“自下而上”与“自上而下”相结合、需求导向、“以人为中心”和大生态等基本特征。德国工业4.0源自于其企业界、产业界从定制化、个性化的终端需求出发解决生产过程中的质量问题、效益问题和效率问题而自发形成的自下而上的战略，之后才上升到国家战略，从而形成自上而下顶层设计、分层推动的系统优化组织和机制，总体布局是政府统筹，标准架构先行，龙头企业与协会推动，中小企业广泛参与。工业4.0注重人机协同，但强调以人（管理者、生产者、员工、用户）为中心。工业4.0将利用新的工业平台构建起比原先更为广泛和宏大的生态系统，构建一个能够自行“生长”的生态圈，实现更大范围的资源与要素配置。

工业4.0的主要趋势是实现从数字化工厂到智能工厂、从企业内部集成到企业间集成、从单一封闭的平台到跨行业开放的平台以及从生产性制造到服务型制造等。

工业4.0的支撑体系主要有一系列标准体系、工业4.0平台、数字化设计和精益管理、以及人才、教育、职业培训等组成，德国在国家战略的推动下，围绕工业4.0框架体系，由博世、西门子、SAP这样的一些龙头企业牵头，中小企业广泛参与进行了工业4.0众多的实践探索。

综上所述，德国所定义的工业4.0，是由一个信息、一个网络、四大主题、三项集成、八项计划组成的框架机构。其整体框架与中国的实际国情有很多不同，但对于大而不强的中国制造业，其实践探索仍然有很多经验启示可供中国借鉴，如：（1）德国提出工业4.0战略符合其国家阶段性的产业升级需求，我国当前的发展阶段虽和德国不同，但面临的挑战和内外环境与德国有部分相似的地方，具备实践工业4.0的环境和基础。（2）平台化机制有利于工业4.0的发展，自上而下的推动机制、平台化战略、标准制定等成熟经验能够给我国带来很多启示。（3）工业4.0的发展将形成整合大中小企业的生态体系，发挥中小企业的积极性，构建整合大中小企业同步推进工业4.0的生态体系对我国推动制造业转型升级是个有益的借鉴。（4）工业4.0需要人才结构的转换作为支撑，既重视蓝领工人的能力提升、人机协同的发展，更注重管理者素质的发展和复合型的人才的培育。（5）工业4.0的推进是一个循序渐进的过程，德国提出“工业4.0”的规划也不过几年时间，无论是企业还是政府仍处在摸索前进的状态。在借鉴“工业4.0”推进中国制造业转型升级的过程中，还面临很多本土化的问题，现在各方面都还处于初步的探索阶段，尚未在探索中寻找到最佳实践，不能盲目推进，是一个循序渐进的过程。

中国制造业在工业4.0坐标系中的位置

中国制造业整体上处于2.0到3.0过渡的阶段。中国信息化百人会与中国两化融合服务联盟计算了2016年中国制造信息化指数。根据测算，2016年中国制造信息化指数为36.9，对标工业4.0，正处于由工业2.0向工业3.0过渡的阶段。

中国制造业尚缺乏具有较强综合能力的产业综合体。与德国、美国等发达国家相比，中国部分龙头企业尽管在某方面的能力较为突出，但缺乏同时兼具各种能力的顶尖企业或者产业综合体，导致在全产业链、全环节上推进工业4.0的能力仍然欠缺。

中国制造业推进工业4.0的能力有限。随着全球经济结构深度调整，中国制造业面临低端和高端双向挤压的双重挑战。效益水平过低，制约了这些企业通过推进工业4.0和智能制造进行升级的能力。

中国制造业广大中小企业的信息化能力不足。中国制造业企业之间发展水平参差不齐，尤其是多数小企业发展水平低，缺乏推进工业4.0，或者接入平台的愿望和能力。

中国借鉴工业4.0推动制造业升级缺乏系统性的体系支撑。与德国相比，中国制造企业长期重生产，轻设计，致使产品设计环节严重落后，缺乏系统性的体系支撑，对整个制造过程形成了明显的制约。

制造业转型升级的思路和路径

顺应全球制造业数字化、智能化、服务化、平台化和绿色化发展趋势，借鉴发达国家推进工业4.0和工业互联网过程中形成的信息物理系统（CPS）集成理念、结构化分层设计、嵌入式软硬件集成、制造执行系统（MES）、大数据分析运营、云服务、平台化支撑体系和商业模式创新等方面的成功经验，结合中国制造2025战略实施以及国内智能制造试点示范项目的有益探索，以推动制造业与数字化技术在全生命周期、全产业链上的深度融合为出发点，以推动中国制造业发展动能转换和建设智能制造强国为近期和远期落脚点，以实现中国智能制造的产业结构优化升级和企业生产效率提高为宏观和微观目标，全面推进中国制造业的数字化转型，力争到2050年将中国建成为世界智能制造强国，并在诸多新兴和传统制造业部门涌现出一大批全球领先的智能产品生产商、智能服务提供商和工业物联网平台综合运营商。

宏观目标（面向制造业）：借鉴以CPS为代表的工业4.0概念，推动实现基于工业4.0相关技术的优化升级，即通过工业4.0相关技术在制造业系统的深度应用，推动中国制造业结构的优化和提升，包括增长驱动力、价值网络、数字生产力、智能基础设施、大数据决策与监管、产业生态群落和协同联盟平台等几个方面的子目标。

微观目标（面向企业）：总体微观目标是应用工业4.0相关技术，通过生产效率提高、质量改善等等提升企业核心竞争力。涉及精益管理、涉及精益管理、数字化集成、需求响应、数据安全与标准、商业模式、数字化人才等若干子目标。

中观目标（面向细分行业）：——汽车产业：实现智能产品、智能生产、智能服务，以提高生产敏捷性，满足消费者的个性化需求。——装备制造业：推进装备制造业工业知识体系、精益生产水平、工业云服务平台的夯实与突破，促进工业综合体和新型工业生态的培育。——家电行业：积极探索互联工厂，缩短研发周期，提升产品满意度，提升工厂的自动化程度和生产效率，快速满足用户个性化需求，实现从大规模制造到大规模定制的智能化转型。——电子信息产业：借鉴工业4.0，提高企业竞争力，自主创新能力得到大幅提升，掌握一批关键核心技术，拥有一批自主知识产权，形成一批行业标准，形成若干具有全球竞争力的世界级龙头大企业和电子信息产业集群；电子信息产业的产品在社会各领域的智能化应用得到普及。——石油化工业：实现石油化工智能制造的产品创新、技术创新和产业模式创新。

“三步走”路线图

第一步（3-5年）：补短示范和全面追赶。核心任务为“补短板、打基础、扩试点、塑平台”。一是补齐工业互联网的数字短板，打好软硬件基础；二是通过试点示范寻求重点突破的领域；三是借鉴德、美等国经验，打造“中国版工业4.0平台”，为政、产、学、社、研、用等不同利益主体搭建一个通畅的信息沟通与利益诉求机制。

第二步（5-10年）：重点突破、缩小差距。核心任务为“夯实基础、提升水平、重点突破、局部领先”。一是巩固第一阶段已有成果，同时总结试点示范的经验，及时发现问题并找到解决对策。二是提升水平，显著提升工业4.0相关技术的应用水平；三是在军民融合、3D打印、在人工智能、机器学习、虚拟现实、数字化园区、智能人才等领域明显缩小与发达国家的差距，并形成一大批优势产业集群，参与国际竞争并力争取得竞争优势。

第三步（10-15年）：并驾齐驱，全面超越。核心任务概括为“创新、超越、再创新、再超越”。经过二、三十年的探索与积累、学习与超越，中国智能制造水平无论是硬件方面还是软件方面，都能达到国际领先水平，中国作为世界智能制造强国的地位最终确立。

沿着“边练内功、边抓机遇”这个总体思路， 加强顶层设计和统筹协调；突破基础共性技术，实现关键技术融合；突出示范应用、“以点带面”和“从线到面”；加快标准体系建设；加快建设多层次人才队伍；提升通信基础设施建设水平；广泛深入开展国际合作；加强实施方案的监测和反馈。