工業4.0是一個發展的動態的概念，站在不同的角度會有不同的理解。它是互聯，是集成，是數據，是創新，是服務，是轉型，是CPS，是智能工廠，是智能制造，是國家戰略，是企業行為……
與國際社會關于第三次工業革命的說法不同，德國學術界和產業界認為，前三次工業革命的發生，分別源于機械化、電力和信息技術。
他們將18世紀引入機械制造設備定義為工業1.0，20世紀初的電氣化為2.0，始于20世紀70年代的生產工藝自動化定義為3.0，而物聯網和制造業服務化迎來了以智能制造為主導的第四次工業革命，即“工業4.0”。德國“工業4.0”戰略旨在通過充分利用信息通訊技術和信息物理系統（CPS）相結合的手段，推動制造業向智能化轉型。主要表現在以下幾個方面：
工業4.0是互聯
西門子、博世和蒂森克虜伯的專家在交流時都提到，工業4.0的核心是連接，要把設備、生產線、工廠、供應商、產品、客戶緊密地連接在一起。“工業4.0”適應了萬物互聯的發展趨勢，將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通信設施通過信息物理系統（CPS）形成一個智能網絡，使得產品與生產設備之間、不同的生產設備之間以及數字世界和物理世界之間能夠互聯，使得機器、工作部件、系統以及人類會通過網絡持續地保持數字信息的交流。
1.生產設備之間的互聯
從工業2.0到工業3.0時代的重要標志是，單機智能設備的廣泛普及。工業4.0把1969年第一個可編程邏輯控制器Modicon084的使用作為工業3.0的起點，其核心是各種數控機床、工業機器人自動化設備在生產環節的推廣，我們可以把它理解為單機設備智能化水平不斷提升并廣泛普及推廣。
工業4.0的核心是單機智能設備的互聯，不同類型和功能的智能單機設備的互聯組成智能生產線，不同的智能生產線間的互聯組成智能車間，智能車間的互聯組成智能工廠，不同地域、行業、企業的智能工廠的互聯組成一個制造能力無所不在的智能制造系統，這些單機智能設備、智能生產線、智能車間及智能工廠可以自由動態地組合，以滿足不斷變化的制造需求，這是工業4.0區別與工業3.0的重要特征。
2.設備和產品的互聯
正如德國總理默克爾在2014年漢諾威工博會上所講的，工業4.0意味著智能工廠能夠自行運轉，零件與機器可以進行交流。由于產品和生產設備之間能夠通信，使得產品能理解制造的細節以及自己將被如何使用。同時，它們能協助生產過程，回答諸如“我是什么時候被制造的”、“哪組參數應該被用來處理我”、“我應該被傳送到哪”等等問題。
3.虛擬和現實的互聯
信息物理系統（CPS）是工業4.0的核心，它通過將物理設備連接到互聯網上，讓物理設備具有計算、通信、控制、遠程協調和自治等五大功能，從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的融合。信息物理系統（CPS）可以將資源、信息、物體以及人緊密聯系在一起，從而創造物聯網及相關服務，并將生產工廠轉變為一個智能環境，是實現設備、產品、人協調互動的基礎。智能制造的核心在于實現機器智能和人類智能，實現生產過程的自感知、自適應、自診斷、自決策、自修復。
4.萬物互聯（IOE，Internet of Everything）
信息技術發展的終極目標是實現無所不在的連接，所有產品都將成為一個網絡終端。萬物互聯就是人、物、數據和程序通過互聯網聯接在一起，實現人類社會所有人和人、人和物以及物和物之間的互聯，重構整個社會的生產工具、生產方式和生活場景。人們能夠以多種方式通過社交網絡聯接到互聯網，基于感知、傳輸、處理的各類人造物將成為網絡的終端，人、物、數據在網絡環境下進行流程再造，基于物理世界感知和人群交互的在線化、實時化的數據與智能處理改變著我們對外部世界的響應模式。
工業4.0是集成
在兩化融合評估體系中，將兩化融合分為起步階段、單項應用階段、綜合集成階段、協同創新階段等四個階段，綜合集成是信息化和工業化融合走向縱向的重要標志，中國兩化融合主要強調了企業間的橫向集成和企業內部的縱向集成，而德國工業4.0增加了端到端的集成。
1.縱向集成
縱向集成不是一個新話題，伴隨著信息技術與工業融合發展常講常新。換句話說，企業信息化在各個部門發展階段的里程碑，就是企業內部信息流、資金流和物流的集成，是生產環節上的集成（如研發設計內部信息集成）和跨環節的集成（如研發設計與制造環節的集成）。工業4.0所要追求的就是在企業內部實現所有環節信息無縫鏈接，這是所有智能化的基礎。
2.橫向集成
在市場競爭牽引和信息技術創新驅動下，每一個企業都在追求生產過程的信息流、資金流、物流無縫鏈接與有機協同。在過去這一目標主要集中在企業內部，但現在這已經遠遠不夠了，企業要實現新的目標：從企業內部的信息集成走向產業鏈信息集成，從企業內部協同研發體系走向企業間的研發網絡，從企業內部的供應鏈管理走向企業間的協同供應鏈管理，從企業內部的價值鏈重構走向企業間的價值鏈重構。
橫向集成是企業之間通過價值鏈以及信息網絡所實現的一種資源整合，為實現各企業間的無縫合作，提供實時產品與服務，推動企業間研產供銷、經營管理與生產控制、業務與財務全流程的無縫銜接和綜合集成，實現產品開發、生產制造、經營管理等在不同的企業間的信息共享和業務協同。
3.端到端集成
從某種意義上來講，端到端的集成是一個新理念，各界對于端到端集成有不同的理解。所謂端到端就是圍繞產品全生命周期的價值鏈創造，通過價值鏈上不同企業資源的整合，實現從產品設計、生產制造、物流配送、使用維護的產品全生命周期的管理和服務，它以產品價值鏈創造集成供應商（一級、二級、三級……）、制造商（研發、設計、加工、配送）、分銷商（一級、二級、三級……）以及客戶信息流、物流和資金流為基礎，在為客戶提供更有價值的產品和服務同時，重構產業鏈各環節的價值體系。
工業4.0是數據
德國機械設備制造業協會及SAP的專家在交流時都提出，工業4.0的核心就是數據。從工業1.0、2.0、3.0演進的角度來看，這一認識不無道理，數據是區別于傳統工業生產體系的本質特征。在“工業4.0”時代，制造企業的數據將會呈現爆炸式增長態勢。
1.產品數據
包括設計、建模、工藝、加工、測試、維護、產品結構、零部件配置關系、變更記錄等數據。產品的各種數據被記錄、傳輸、處理和加工，使得產品全生命周期管理成為可能，也為滿足個性化的產品需求提供了條件。首先，外部設備將不再是記錄產品數據的主要手段，內嵌在產品中的傳感器將會獲取更多的、實時的產品數據，使得產品管理能夠貫穿需求、設計、生產、銷售、售后到淘汰報廢的全部生命歷程。其次，企業與消費者之間的交互和交易行為也將產生大量數據，挖掘和分析這些數據，能夠幫助消費者參與到產品的需求分析和產品設計、柔性加工等創新活動中。
2.運營數據
包括組織結構、業務管理、生產設備、市場營銷、質量控制、生產、采購、庫存、目標計劃、電子商務等數據。工業生產過程的無所不在的傳感、連接，帶來了無所不在的數據，這些數據會創新企業的研發、生產、運營、營銷和管理方式。首先，生產線、生產設備的數據可以用于對設備本身進行實時監控，同時生產所產生的數據反饋至生產過程中，使得工業控制和管理最優化。
其次，通過對采購、倉儲、銷售、配送等供應鏈環節上的數據采集和分析，將帶來效率的大幅提升和成本的大幅下降，并將極大地減少庫存，改進和優化供應鏈。再次，利用銷售數據、供應商數據的變化，可以動態調整優化生產、庫存的節奏和規模。此外，基于實時感知的能源管理系統，能夠在生產過程中不斷實時優化能源效率。
3.價值鏈數據
包括客戶、供應商、合作伙伴等來源的數據。企業在當前全球化的經濟環境中參與競爭，需要全面地了解技術開發、生產作業、采購銷售、服務、內外部后勤等環節的競爭力要素。
大數據技術的發展和應用，使得價值鏈上各環節數據和信息能夠被深入分析和挖掘，為企業管理者和參與者提供看待價值鏈的全新視角，使得企業有機會把價值鏈上更多的環節轉化為企業的戰略優勢。例如，汽車公司大數據提前預測到哪些人會購買特定型號的汽車，從而實現目標客戶的響應率提高了15%至20%，客戶忠誠度提高7%。
4.外部數據
包括經濟運行、行業、市場、競爭對手等數據。為了應對外部環境變化所帶來的風險，企業必須充分掌握外部環境的發展現狀以增強自身的應變能力。大數據分析技術在宏觀經濟分析、行業市場調研中得到了越來越廣泛的應用，已經成為企業提升管理決策和市場應變能力的重要手段。
工業4.0是創新
“工業4.0”的實施過程實際上就是制造業創新發展的過程，制造技術、產品、模式、業態、組織等方面的創新將會層出不窮。
1.技術創新
未來工業4.0的技術創新在三條軌道上進行，一是新型傳感器、集成電路、人工智能、移動互聯、大數據在信息技術創新體系中不斷演進，并為新技術在其它行業的不斷融合滲透奠定技術基礎。二是傳統工業在信息化創新環境中，不斷優化創新流程、創新手段和創新模式，在既有的技術路線上不斷演進。三是傳統工業與信息技術的融合發展，它既包括信息物理空間（CPS）、智能工廠整體解決方案等一系綜合集成技術，也包括集成工業軟硬件的各種嵌入式系統、虛擬制造、工業應用電子等單項技術突破。
2.產品創新
信息通信技術不斷融入工業裝備中，推動著工業產品向數字化、智能化方向發展，使產品結構不斷優化升級。一方面，傳統的汽車、船舶、家居的智能化創新步伐加快，如汽車正進入“全面感知+可靠通信+智能駕駛”的新時代，萬物互聯（IOE）時代正在到來。另一方面，制造裝備從單機智能化向智能生產線、智能車間到智能工廠演進,提供工廠級的系統化、集成化、成套化的生產裝備成為產品創新的重要方向。
3.模式創新
“工業4.0”將發展出全新的生產模式、商業模式。首先在生產模式層面，“工業4.0”對傳統工業提出了新的挑戰，要求從過去的“人腦分析判斷+機器生產制造”的方式轉變為“機器分析判斷+機器生產制造”的方式，基于信息物理系統（CPS）的智能工廠和智能制造模式正在引領制造方式的變革。
其次在商業模式層面，“工業4.0”的“網絡化制造”、“自我組織適應性強的物流”和“集成客戶的制造工程”等特征，也使得它追求新的商業模式以率先滿足動態的商業網絡而非單個公司，網絡眾包、異地協同設計、大規模個性化定制、精準供應鏈管理等新型智能制造模式將加速構建產業競爭新優勢。
4.業態創新
伴隨信息技術升級應用，從現有產業領域中衍生疊加出的新環節新活動，將會發展成為新的業態，進一步來講在新市場需求的拉動下，將會形成引發產業體系重大變革的產業。就目前來看，工業云服務、工業大數據應用、物聯網應用都有可能成為或者催生出一些新的產業和新的經濟增長點。制造與服務融合的趨勢，使得全生命周期管理、總集成總承包、互聯網金融、電子商務等加速重構產業價值鏈的新體系。
5.組織創新
在工業4.0時代，很多企業將會利用信息技術手段和現代管理理念，進行業務流程重組和企業組織再造，現有的組織體系將會被改變，符合智能制造要求的組織模式將會出現。基于信息物理系統（CPS）的智能工廠將會加快普及，進一步推動企業業務流程的優化和再造。
從實踐的角度來看，國內企業在組織創新方面做了很多積極的探索，海爾張瑞敏提出企業無邊界、組織無領導、供應鏈無中心等新的管理理念。華為任正非提出讓聽見炮火的人指揮戰斗，作戰的基本單元要從師一級縮小到旅、團、營、連，一直到班，以后的戰爭是“班長的戰爭”。
工業4.0是轉型
在“工業4.0”時代，物聯網和（服）務聯網將滲透到工業的各個環節，形成高度靈活、個性化、智能化的產品與服務的生產模式，推動生產方式向大規模定制、服務型制造、創新驅動轉變。
1.從大規模生產向個性化定制轉型
“工業4.0”給生產過程帶來了極大的自由度與靈活性，通過在設計、供應鏈、制造、物流、服務等各個環節植入用戶參與界面，新的生產體系能夠實現每個客戶、每個產品進行不同設計、零部件采購、安排生產計劃、實施制造加工、物流配送，極端情況下可以實現個性化的單件制造，問題的關鍵是，設計、制造、配送單件產品是盈利的。
在這一過程中，用戶由部分參與向全程參與轉變，用戶不僅出現在生產流程的兩端，而且廣泛、實時參與生產和價值創造的全過程。實現真正的個性化定制將是一個漫長而艱辛的過程，這一進程只有起點沒有終點。
2.從生產型制造向服務型制造轉型
服務型制造是工業4.0理念中工業未來轉型的重要方向，越來越多的制造型企業圍繞產品全生命周期的各個環節不斷融入能夠帶來市場價值的增值服務，以此實現從傳統的提供制造業產品向提供融入了大量服務要素的產品與服務組合轉變。事實上，在德國工業4.0概念提出之前，服務型制造的理念已得到廣泛認同。
關于制造業服務化，我認為服務型制造有四種基本模式：圍繞增強產品效能，拓展在線維護、個性化設計等服務；圍繞提高產品交易便捷性，拓展融資租賃、現代物流和電子商務等服務；圍繞提高產品線效能，提供專業化產品集成服務；圍繞客戶全方位需求，實現從基于產品的服務到基于需求的服務。
3.從要素驅動向創新驅動轉型
以廉價勞動力、大規模資本投入的傳統要素驅動發展模式將難以為繼，移動互聯網、云計算、物聯網、大數據等新一代信息技術在制造業的集成應用，帶來產業鏈協同開放創新，帶來了用戶參與式創新，帶來了制造業技術、產品、工藝、服務的全方位創新，不斷催生和孕育出新技術、新業態和新模式，從而激發整個社會的創新創業激情，加快從傳統的要素驅動向創新驅動轉型。
小結：工業4.0的本質是提升企業、行業、國家的競爭優勢
最后，如果要對工業4.0是什么做一個小結的話，我想說，工業4.0是一個發展的概念、是一個動態的概念，工業4.0是一個理解未來信息技術與工業融合發展的多棱鏡，站在不同的角度會有不同的理解。工業4.0是互聯，是集成，是數據，是創新，是服務，是轉型；工業4.0是是CPS，是智能工廠，是智能制造；工業4.0是國家戰略，是企業行為。
但從根本上來講，“工業4.0”是一種在信息技術發展到新階段產生的新的工業發展模式。從終極目標來看，工業4.0不能為技術而技術，核心在于提高企業、行業乃至國家的整體競爭力。
近日，我在阿里研究院進行了主題演講《工業4.0——為什么？是什么？如何看？怎么干？》，以上為演講節選。 |
