工業(yè)4.0概念源于2011年漢諾威工業(yè)博覽會，德國業(yè)界提出該想法是想通過物聯(lián)網等技術應用來提高德國制造業(yè)水平。隨后，德國成立了“工業(yè)4.0工作組”，并于2013年4月發(fā)布了《保障德國制造業(yè)的未來：關于實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》的報告。同時，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經濟技術部也于2013年將工業(yè)4.0項目納入了《高技術戰(zhàn)略2020》的十大未來項目中。德國機械及制造商協(xié)會（VDMA）等協(xié)會還合作設立了“工業(yè)4.0平臺”。2013年12月，德國電氣電子和信息技術協(xié)會發(fā)表了德國首個工業(yè)4.0標準化路線圖。在今年4月的漢諾威工業(yè)博覽會，工業(yè)4.0成為主題。德國總理默克爾將工業(yè)4.0稱作是“一個里程碑”。
　　目前，工業(yè)4.0的概念也引起了我國政府、產業(yè)界以及學術界的廣泛關注。那么，德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略包含哪些主要內容？其主要戰(zhàn)略目的與產業(yè)意圖又是什么？德國工業(yè)4.0對中國工業(yè)轉型升級有哪些啟示與借鑒？等等問題，都值得我們深入研究。
　　德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的主要內容
　　工業(yè)4.0認為，18世紀引入機械制造設備的工業(yè)是1.0時代，20世紀初的電氣化是2.0時代，20世紀70年代開始的利用電子信息化技術的自動化是3.0時代，而工業(yè)4.0，意味著基于信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS）的智能制造時代的到來。
　　對德國工業(yè)4.0的核心內容進行概括的話，可以總結為：建設一個網絡（Cyber-Physical System，信息物理系統(tǒng)）、研究兩大主題（智能工廠、智能生產）、實現(xiàn)三大集成（橫向集成、縱向集成與端對端集成）、推進三大轉變。
　　一是建設一大網絡，即信息物理系統(tǒng)（CPS）。CPS的核心思想是強調虛擬網絡世界與實體物理系統(tǒng)的融合。換而言之，即強調制造業(yè)在數(shù)據(jù)分析基礎上的轉型。進一步講，CPS的主要特征可以用六個字母（6C）來定義，即Connection（連接）、Cloud（云儲存）、Cyber（虛擬網絡）、Content（內容）、Community（社群）、Customization（定制化）。CPS可以將資源、信息、物體以及人員緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網及相關服務，并將生產工廠轉變?yōu)橐粋€智能環(huán)境。
　　二是研究兩大主題，即智能工廠與智能生產。實現(xiàn)工業(yè)4.0的核心是智能工廠與智能生產。作為目標核心載體的智能工廠，即分散的、具備一定智能化的生產設備，在實現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互之后，能夠形成高度智能化的有機體，實現(xiàn)網絡化、分布式的生產設施；智能生產的側重點在于將人機互動、智能物流管理、3D打印等先進技術應用于整個工業(yè)生產過程。
　　未來智能工廠與智能生產的實現(xiàn)意味著：較之傳統(tǒng)生產模式，新的生產方式將大幅提高資源利用率，產品生產過程中的實時圖像顯示使得虛擬生產變?yōu)榭赡埽瑥亩鴾p少材料浪費；個性化定制將成為可能并且生產速度大幅提高。
　　三是實現(xiàn)三大集成，即價值鏈上企業(yè)間的橫向集成、網絡化制造系統(tǒng)的縱向集成，以及端對端工程數(shù)字化集成。
　　在生產、自動化工程以及IT領域，價值鏈上企業(yè)間的橫向集成是指將使用于不同生產階段及商業(yè)規(guī)劃過程的IT系統(tǒng)集成在一起，這包括了發(fā)生在公司內部以及不同公司之間的材料、能源以及信息的交換（比如入站物流、生產過程、出站物流、市場營銷），橫向集成的目的是提供端對端的解決方案。
　　與此相對應，網絡化制造系統(tǒng)的縱向集成是指將處于不同層級的IT系統(tǒng)進行集成（例如，執(zhí)行器和傳感器、控制、生產管理、制造和企業(yè)規(guī)劃執(zhí)行等不同層面），其目的同樣是為了提供一種端對端的解決方案。
　　端對端工程數(shù)字化集成是指貫穿整個價值鏈的工程化數(shù)字集成，是在所有終端實現(xiàn)數(shù)字化的前提下所實現(xiàn)的基于價值鏈與不同公司之間的一種整合，這將在最大程度上實現(xiàn)個性化定制。在此模式下，客戶從產品設計階段就參與到整條生產鏈，并貫穿加工制造、銷售物流等環(huán)節(jié)，可實現(xiàn)隨時參與和決策并自由配置各個功能組件。
　　四是促進三個轉變。一是實現(xiàn)生產由集中向分散的轉變，規(guī)模效應不再是工業(yè)生產的關鍵因素，工業(yè)生產的基本模式將由集中式控制向分散式增強型控制轉變；二是實現(xiàn)產品由大規(guī)模趨同性生產向規(guī)模化定制生產轉變，未來產品都將完全按照個人意愿進行生產，極端情況下，將成為自動化、個性化的單件制造；三是實現(xiàn)由客戶導向向客戶全程參與的轉變，客戶不僅出現(xiàn)在生產流程的兩端，而是廣泛、實時參與生產和價值創(chuàng)造的全過程。
　　歸納而言，德國工業(yè)4.0的核心，就是利用信息通信技術把產品、機器、資源和人有機結合在一起，通過信息通信技術建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的智能制造模式。在此模式中，CPS系統(tǒng)將推動生產對象直接或借助互聯(lián)網通過M2M（Machine-to-Machine，機器對機器）通信自主實現(xiàn)信息交換、運轉和互相操控；智能工廠能夠自行運轉，產品與機器可以相互交流，機器可以自組織生產，供應鏈將自動化協(xié)同，產業(yè)鏈分工將被重組，創(chuàng)造新價值的過程將發(fā)生改變。
　　德國工業(yè)4.0的戰(zhàn)略目的與產業(yè)意圖
　　一是確保德國制造業(yè)的國際競爭力，爭奪新一輪技術與產業(yè)革命的話語權。這是德國推進工業(yè)4.0的主要戰(zhàn)略目的。
　　德國作為世界上最具競爭力的制造業(yè)強國，擁有世界一流的機器設備和裝備制造業(yè)，尤其在嵌入式系統(tǒng)和自動化工程領域更是處于領軍地位。機械設備、汽車和化學品是德國主要的出口產品，尤其在機械設備領域，德國作為全球市場領導者，擁有許多提供專業(yè)解決方案的“隱形冠軍”——德國前100名的中小企業(yè)有22家是機械設備制造商。
　　但德國工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)以及其相對弱項也十分明顯。首先，機械設備領域的全球競爭正日趨激烈，不僅美國在全球金融危機后大力推進“再工業(yè)化”戰(zhàn)略與措施，大力發(fā)展先進制造業(yè)，亞洲的機械設備制造商也正奮起直追，威脅德國制造商。其次，軟件與互聯(lián)網技術是德國工業(yè)的相對弱項。與美國相比，德國的國內市場較小，不利于IT解決方案的大規(guī)模實施，德國在國際上比較有影響力的IT企業(yè)僅有SAP等企業(yè)。而美國涌現(xiàn)了Google、Amazon等跨界融合企業(yè)，大力研究人工智能技術，探索無人機以及無人駕駛汽車。德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的核心概念——CPS的主要思想，也是美國在2006年提出來的。可以說，在工業(yè)信息化方面，美國硅谷代表了一個完整的企業(yè)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，而德國并沒有太多的領先優(yōu)勢。
　　因此，為了保持作為全球領先的裝備制造供應商以及在嵌入式系統(tǒng)領域的優(yōu)勢，面對新一輪技術革命的挑戰(zhàn)，德國提出自己的工業(yè)4.0戰(zhàn)略，其目的就是要充分發(fā)揮德國的傳統(tǒng)優(yōu)勢，通過在制造業(yè)領域大力應用物聯(lián)網以及服務互聯(lián)網技術，在向工業(yè)化第四階段的邁進過程中先發(fā)制人，與美國等國爭奪新一輪技術與產業(yè)革命的話語權。
　　二是推動德國制造業(yè)從單純的圍繞產品制造的產銷模式，向基于大數(shù)據(jù)分析與應用基礎上的智能制造模式轉型。這是德國推進工業(yè)4.0戰(zhàn)略的主要產業(yè)意圖。
　　德國是一個高端制造業(yè)大國，但與美國相比，德國的制造業(yè)服務化相對比較弱，其產品提供了功能的價值，卻沒有充分挖掘服務的價值。因此，工業(yè)4.0的提出，意味著德國試圖利用其變革德國制造業(yè)的方向，即通過向智能制造的轉型，大力推進制造業(yè)服務化，不僅通過賣產品創(chuàng)造價值，也通過賣技術、賣服務創(chuàng)造財富。
　　工業(yè)4.0強調通過信息網絡與物理生產系統(tǒng)的融合來改變當前的工業(yè)生產與服務模式。在工業(yè)4.0時代，產品與生產設備之間、不同的生產設備之間，通過數(shù)據(jù)交互連接到一起，讓工廠內部縱向之間甚至工廠與工廠橫向之間都能成為一個整體，從而形成生產的智能化。在信息物理系統(tǒng)實現(xiàn)過程中產生的工業(yè)大數(shù)據(jù)，其應用和分析等相關技術必然成為工業(yè)4.0的基礎。由此，在工業(yè)4.0時代，制造業(yè)也將從單純的圍繞產品制造的產銷模式，向基于大數(shù)據(jù)分析與應用基礎上的智能制造模式轉變。
　　對中國工業(yè)轉型升級的啟示與借鑒
　　工業(yè)4.0是德國從政府層面提出的戰(zhàn)略，代表德國從國家層面對未來制造業(yè)走向和相關問題的戰(zhàn)略布局和對策，與我國提出的兩化深度融合戰(zhàn)略有很多相似之處，其提出的一系列政策措施，值得我們認真借鑒。
　　一是制造業(yè)智能化、互聯(lián)網化是新一輪技術與產業(yè)革命的大趨勢，要抓緊制定相應的頂層戰(zhàn)略設計，重視話語權建設。為推進工業(yè)4.0計劃的落實，德國資訊技術和BITKOM、德國機械設備制造業(yè)聯(lián)合會(VDMA)以及德國電氣和電子工業(yè)聯(lián)合會(ZVEI)等三大協(xié)會共同建立了跨界研究小組“工業(yè)4.0平臺”，以協(xié)調所有參與工業(yè)4.0戰(zhàn)略計劃的資源。這也是德國推進工業(yè)4.0的組織保障。充分重視釋放市場潛力的戰(zhàn)略設計，為了執(zhí)行工業(yè)4.0戰(zhàn)略，德國采用了“領先的供應商戰(zhàn)略”與“領先的市場戰(zhàn)略”的雙重戰(zhàn)略來釋放市場潛力。領先的供應商戰(zhàn)略強調德國裝備制造供應商要通過技術創(chuàng)新和集成，不斷提供世界領先的技術解決方案，并藉此成為工業(yè)4.0產品的全球領先的開發(fā)商、生產商。重視在新一輪技術與產業(yè)革命的話語權建設。為了充分發(fā)揮德國的傳統(tǒng)優(yōu)勢，德國在吸收美國提出的CPS概念的基礎上推陳出新，提出工業(yè)4.0戰(zhàn)略，其目的就是要爭奪話語權，為德國的新技術與產品出口創(chuàng)造機會。
　　德國的工業(yè)4.0戰(zhàn)略，可以說是對于先進制造業(yè)發(fā)展方向和升級路徑的決策，目標明確、戰(zhàn)略務實、發(fā)展路徑清晰，與我國工業(yè)轉型升級規(guī)劃中的兩化深度融合的提法異曲同工。我國兩化融合和兩化深度融合概念雖然提出已久，但戰(zhàn)略設計、組織保障、推進路線等方面的認知還沒有達到一定的水平，兩化深度融合的提法也還沒有提升到爭奪全球新一輪技術與產業(yè)革命的話語權的高度來制定戰(zhàn)略目標與執(zhí)行路線。在這方面我們必須向德國、美國學習，立足于充分發(fā)揮中國制造業(yè)的現(xiàn)有優(yōu)勢，在深刻認識新一輪技術與產業(yè)革命的規(guī)律與特性的基礎上，推進我國新一輪技術與產業(yè)革命的頂層戰(zhàn)略規(guī)劃，力爭在全球新的技術與產業(yè)革命中建立自身的話語權。
　　二是高度重視標準在工業(yè)轉型升級、兩化深度融合戰(zhàn)略和戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展中的引領作用，大力推進標準的國際化建設。德國是一個重視標準的國家，并將標準放到引領產業(yè)發(fā)展的高度上，認為標準尤其是關于安全、健康和環(huán)保等方面的標準，代表著掌控科技、掌控產業(yè)的進一步發(fā)展。據(jù)德國標準化協(xié)會的計算，1960-1996年間德國每年3.3%的GDP增長中，標準的貢獻率占0.9%，僅次于資本投入。
　　工業(yè)4.0認為，實現(xiàn)工業(yè)4.0目標的關鍵是建立一個人、機器、資源互聯(lián)互通的網絡化社會，物聯(lián)網、互聯(lián)網、服務化的智能聯(lián)接必然要求一個系統(tǒng)框架，在這個框架內，各種終端設備、應用軟件，它們之間的數(shù)據(jù)信息交換、識別、處理、維護等必須基于一套標準化的體系。為了順利實現(xiàn)向工業(yè)4.0的轉化，德國工業(yè)4.0工作組把標準化排在為推進工業(yè)4.0需要在關鍵領域采取的8項行動的第一位，工業(yè)4.0工作組還同時建議在工業(yè)4.0平臺下成立一個工作小組，專門處理標準化和參考架構的問題。為此，2013年12月，德國電氣電子和信息技術協(xié)會發(fā)表了“工業(yè)標準化路線圖”。可以說，德國工業(yè)4.0中的標準化戰(zhàn)略顯示出“前導+研發(fā)”的鮮明模式特征，即在先進技術的研發(fā)的同時，標準化同步甚至超前進行，以便為產業(yè)發(fā)展勾勒出整體框架。
　　為此，我們在推進兩化深度融合的戰(zhàn)略中，不僅要重視發(fā)揮標準化工作在產業(yè)發(fā)展中的引領作用，及時出臺兩化深度融合標準化路線圖，而且還要實現(xiàn)標準的國際化，使得中國設立的標準得到國際上的廣泛采用，以奪取戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展的全球制高點。
　　三是在實施兩化深度融合戰(zhàn)略、發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的過程中，不僅要重視關鍵技術的發(fā)展和突破，更應重視系統(tǒng)配套體系、企業(yè)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的建設。工業(yè)4.0強調系統(tǒng)、集成以及社會資源的再配置，是對整個制造業(yè)體系的發(fā)展的總體思考，而不僅僅把它作為一個新技術發(fā)展的問題。
　　在工業(yè)4.0的雙重戰(zhàn)略中，德國提出不僅要重視發(fā)揮大企業(yè)的龍頭作用，更高度強調如何使中小企業(yè)能夠應用工業(yè)4.0的成果來解決“產、學、研、用”互相結合和促進的問題。德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略不僅有傳統(tǒng)的大公司西門子、博世、庫卡積極參與該計劃，也特別注重吸引中小企業(yè)參與，力圖使中小企業(yè)成為新一代智能制造技術的使用者和受益者，同時也成為先進制造技術的創(chuàng)造者和供應者。
　　可以說，從技術發(fā)展、創(chuàng)新生態(tài)到社會融合，工業(yè)4.0特別注重“工業(yè)系統(tǒng)的整體躍遷”的實現(xiàn)路徑與配套體系建設。我們在實施兩化深度融合戰(zhàn)略中，不但要重視大企業(yè)的龍頭作用，還應充分吸收中小企業(yè)參與，以推動跨學科、跨行業(yè)的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的建設。同時，如何為工業(yè)提供綜合的寬帶互聯(lián)網基礎設施、如何開發(fā)和管理工業(yè)大數(shù)據(jù)、如何保證工業(yè)IT系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)的安全，這些課題都值得我們在實施工業(yè)轉型升級規(guī)劃時重點考慮。尤其重要的是，我們應把推進工業(yè)大數(shù)據(jù)產業(yè)的發(fā)展置于搶占新一輪技術與產業(yè)革命的制高點的高度加以推進，不僅應加強工業(yè)大數(shù)據(jù)的應用研究，更要加強工業(yè)大數(shù)據(jù)分析和處理技術的開發(fā)。