摘要：“工业4.0”在中国逐渐成为一个热门概念，吸引了中国政府部门、企业界、媒体界的关注。当中国经济处在艰难的转型升级阶段时，工业4.0给中国各界带来了一丝期望——工业4.0正是立足于现代工业的另一种转型升级，它也许能给转型中的中国经济发展找到一条“捷径”，或者至少给中国未来的发展找到一个方向。面对工业4.0，国内其实还是存在不小的未知：什么是工业4.0？它有什么特点？它对未来经济与产业发展有何影响？作为“世界工厂”的中国应该怎样抓住工业4.0的机遇？这些问题都有待于仔细了解和回答。
“工业4.0”在中国逐渐成为一个热门概念，吸引了中国政府部门、企业界、媒体界的关注。当中国经济处在艰难的转型升级阶段时，工业4.0给中国各界带来了一丝期望——工业4.0正是立足于现代工业的另一种转型升级，它也许能给转型中的中国经济发展找到一条“捷径”，或者至少给中国未来的发展找到一个方向。面对工业4.0，国内其实还是存在不小的未知：什么是工业4.0？它有什么特点？它对未来经济与产业发展有何影响？作为“世界工厂”的中国应该怎样抓住工业4.0的机遇？这些问题都有待于仔细了解和回答。
 
一、什么是工业4.0？
工业4.0的概念最早出现在德国，它在2013年4月的汉诺威工业博览会上被正式推出，其核心目的是为了提高德国工业的竞争力，维持德国作为世界重要工业基地的领先地位，在新一轮工业革命中占领先机。
要理解工业4.0，首先要理解“四次工业革命”。人类工业发展历史被分为不同的阶段。按照目前共识，工业1.0是蒸汽机时代，以蒸汽机为动力的机械生产设备导致了第一次工业革命；工业2.0是电气化时代，基于劳动分工的以电为动力的大规模生产带来了第二次工业革命；工业3.0是信息化时代，电子和信息技术使得自动化的程度更高；工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代，是一个建立在“网络-实体融合系统”（Cyber-Physical Systems, CPS）基础之上的产业智能化时代。
 
图：四次工业革命

 
德国提出工业4.0的概念不是偶然。德国向来有制造业传统，是全球制造业中最具竞争力的国家之一，其装备制造行业全球领先。这是由于德国在创新制造技术方面的研究、开发和生产，以及在复杂工业过程管理方面高度专业化使然。德国拥有强大的机械和装备制造业、占据全球信息技术能力的显著地位, 在嵌入式系统和自动化工程领域具有很高的技术水平，这些都意味着德国确立了其在制造工程行业中的领导地位。事实上，正是因为德国在制造业领域的强大能力，使得该国在2011年就克服了2008年金融危机所触发的经济崩溃。与其他国家不同，德国的工业尽可能全面地实现了自动化，没有大规模外迁到工资和生活成本较低的国家去。
尽管德国在制造业领域保持领先，但德国对于信息时代的工业变革保持着极高的关注度，在德国工业界看来，工业一直面临着重大变革，变革的核心在于工业、工业产品和服务的全面交叉渗透。这种渗透借助软件，通过互联网和其他网络实现产品及服务的网络化。正是基于对工业变革的高度重视，德国率先提出了开拓新型工业化潜力的工业 4.0概念。
工业4.0时代涉及一些重要概念，除了“第四次工业革命”，还包括“网络-实体融合系统（CPS）”、“智能技术系统”、“物联网”等。在工业4.0时代，企业有可能建立全球网络，把它们的机器、存储系统和生产设施融入到网络-实体融合系统（CPS）中。在制造系统中，这些CPS包括智能机器、存储系统和生产设施，能够相互独立地自动交换信息、触发动作和控制。这有利于从根本上改善包括制造、工程、材料使用、供应链和生命周期管理的工业过程。
 
二、工业4.0的影响如何？
工业4.0是一个尚未成熟、仍在不断发展的概念，同时也是一个飞速发展的进程，它所展示出的可能性将对未来工业、经济形态、技术应用以及国家竞争等方面都产生巨大的影响。
在微观上，工业4.0将对所有企业产生“压迫”，迫使它们不断改变和调整。根据德国学界和产业界的研究，对企业的影响主要表现在如下方面：
一是对企业战略和商业模式形成挑战。在工业4.0之下，智能网络系统可以把企业供应的重点从产品转向服务。与现在相比，服务将在未来扮演越来越重要的角色。对于很多提供硬件产品的企业来说，它们可能需要重新确定服务与硬件的关系。在工业4.0时代，工业界过去习惯的设计战略和企业资产组合的方法，有可能不再有效，甚至连确定企业战略和商业模式的日常议程也会发生根本转变。
二是对企业组织形成挑战。形成传统的工业企业的结构可能要花费数年或者数十年时间，这种结构要求有等级分层和责任，企业做得越大、越好，就有越多的人被纳入到分层体系中来。但在工业4.0时代，随着软件和智能网络的发展，传统的企业组织结构和专业领导可能面临改变，目前企业的开发、实验、生产规划、制造与服务相分离的局面，可能不得不改变。
三是对企业的过程管理提出挑战。过程管理对传统制造企业十分重要，历史上的很多管理创新都与过程管理有关。但在工业4.0时代，当越来越多的产品通过自身IP地址与互联网或其他网络联网时，当软件在产品服务中发挥越来越重要的作用时，必须要有更加灵活、不呆板的管理与之匹配。在工业4.0中，智能工厂使个体顾客的需求得到满足，这意味着即使是生产一次性的产品也能获利。在工业 4.0 之中，动态业务和工程流程使得生产在最后时刻也可以变化，也可能为供应商对生产过程中的干扰与失灵作出灵活反应。制造过程中提供的端到端的透明度有利于优化决策。
四是对方法和工具的挑战。在智能化网络时代，系统数据管理和开发方式的变化，都对过去的研发方法和管理工具提出了挑战。只有当企业使自己在能力、方法、过程以及商业模式方面成功适应了智能网络系统时，才能保持或者扩大在工业4.0时代的优势地位。
在我们看来，工业4.0在产业层面、宏观层面也会带来重大影响和冲击。可以肯定的是，工业4.0的影响是全方位的，它会表现为一种系统的、无处不在的大趋势，冲击、带动着产业体系和经济体系向前发展。这既是一轮新的工业革命，又是一轮新的国家能力和企业能力的竞争。
工业4.0将会重构产业体系。基于智能化网络系统及其应用，工业4.0会创造出一些新的产业，它会推出为数众多的硬件产品、软件产品和服务产品。但更重要的是，它会通过对现有产业的更新，推动相关产业出现脱胎换骨式的发展。就像互联网的发展改变了众多传统产业一样，工业4.0也会起到同样深刻的变革作用。由于工业4.0将带来一系列工业和服务标准的变化，在少数产业起到示范作用之后，其他产业会大量跟进，重新构造出产业体系。
工业 4.0 将应对并解决当今世界所面临的一些重大挑战。如资源和能源利用效率，城市生产和人口结构变化等。工业 4.0 使资源生产率和效率增益不间断地贯穿于整个价值网络。它使工作的组织考虑到人口结构变化和社会因素。智能辅助系统将工人从执行例行任务中解放出来，使他们能够专注于创新、增值的活动。鉴于即将发生的技术工人短缺问题，这将允许年长的工人延长其工龄，保持更长的生产力。灵活的工作组织使得工人能够将他们的工作和私人生活相结合，并且继续进行更加高效的专业发展，在工作和生活之间实现更好的平衡。
工业4.0将在全球掀起又一轮国家竞争，并将拉大国家间的发展差距。在地球中，每一轮技术革命都是对能力不同、发展基础不同的国家，重新打响了发令枪，但每个国家都是在现有位置上再出发！新技术的使用虽然也会带来落后国家跳跃式发展的个案，但整体而言，发达国家与发展中国家的差距可能会继续拉大。以互联网和IT技术的应用为例，世界上南北国家之间的数字鸿沟在加大，发达国家从互联网应用中得到的更多，落后国家在技术和国家能力上已经被拉得越来越远。工业4.0是发端于发达工业国家的、在互联网时代基础上的率先自我升级，能搭上这趟快车的门槛会比较高。不过，对于少数综合能力较强的发展中国家，也存在利用工业4.0加快发展的机遇。拥有很大国内市场的中国，存在这样的追赶机会。
 
三、中国紧盯工业4.0
工业4.0概念出现后，中国的政府部门和部分研究机构对此的反应较快。中国工程院迅速跟进了德国政府的工业4.0发展规划和实施建议，翻译了一些重要的文献。中国政府还注意到，德国研究和提出工业4.0充分利用了公司、研究机构和政府的作用，德国政府已经宣布将工业4.0作为其高科技战略的核心部分。中德两国政府于2014年10月11日公布了《中德合作行动纲要》，其中就包括工业4.0合作的内容，其中一条明确提出，工业生产的数字化（“工业4.0”背景下的发展之一）对于未来中德经济发展具有重大意义。双方认为，两国政府应为企业参与该进程提供政策支持。按照这个纲要，中国工业和信息化部、科技部和德国联邦经济和能源部、联邦教研部将建立“工业4.0”对话。为两国企业在该领域开展自愿、平等的互利合作搭建平台。不仅如此，中德两国还商定将在标准问题上紧密合作，将“工业4.0”议题纳入中德标准化合作委员会。两国还根据自己的需要，将电动汽车、高能效智慧能源控制／智慧家居、供水及污水处理列为两国共同关注的未来型领域。
中国在科技与经济发展方面具有强烈的追赶意识。中国工程院原副院长、院士邬贺铨表示，发达国家是先工业化后信息化，而我国则是工业化与信息化同步发展。这些年互联网在我国已经有了非常广泛的应用，但这种应用更多地是在消费领域，而不是在产业领域。而工业4.0则要求互联网新技术向产业渗透，这对中国的发展很有用，对促进经济社会发展有重要的价值。
中国高度关注工业4.0的出现，与中国经济目前所处的转型升级背景有关。中国经济转型升级的战略方向已经很清楚，但实现的路径则十分艰难，最大的问题是技术体系、政策体系、市场体系没有结合，技术进步不能转化成市场的拉动，从而推动产业体系和经济体系的提升。但有一点非常明确，中国已经紧盯上了工业4.0的发展，很可能会借鉴德国政府的高技术战略2020，从中借鉴用于中国的相关发展战略的制订，成为中国的国家发展战略的一部分。
对中国而言，工业4.0还有一个有吸引力的地方是，工业4.0会带动中小企业加入到这一产业体系重构的进程，带来创造价值的新方式和新的商业模式，将为初创企业和小企业提供发展良机，并提供下游服务。中国在工业化的过程中，一直没有解决中小企业发展的生态和环境问题，过去中国的中小企业过度依赖于以要素比较优势参与全球产业体系分工，在一个阶段获得了较快发展，但面对全球经济和产业调整时，中国的中小企业深受冲击。如何利用工业4.0提供的契机，推动中小企业搭上快车，也是中国政府十分关注的内容。
 
四、世界工厂2.0与工业4.0
在我们看来，中国学习和借鉴工业4.0，实际上是一嘲世界工厂2.0”如何搭上工业4.0列车的过程。在德国正式推出工业4.0发展战略之前，安邦（ANBOUND）研究团队在2012年就正式提出中国发展“世界工厂2.0”的观点。
我们认为，对于以“世界工厂”参与全球化的中国来说，要素成本的提升会侵蚀中国的竞争力，但并不意味着中国完全失去“世界工厂”的地位。分析这个问题不能简单化，制造业转移是全球范围的产业体系调整，中国拥有的“世界工厂”地位是全球产业体系变化的结果，不会轻易被削弱。从中国转移出去的生产制造环节，大部分是非常低端的劳动力密集型产业，对成本因素非常敏感。随着中国的多种成本上升，这些产业环节难以在中国生存，必然转向成本更低的国家和地区。实际上，从全球产业转移的历史来看，制造产业总是不断在全球寻找“成本洼地”。
然而，“世界工厂”的转移并不像搬一条生产线、建个厂房那样简单，它包括很多复杂的产业环节。在我们看来，即使有部分低端制造环节移出中国，在如下领域中国仍能保留一部分优势：一是需要一定技术的产业环节，这需要有具备一定技能的劳动力和配套技术水平；二是需要大量产业配套的产业环节，长期以来形成的产业体系配套，这是中国作为“世界工厂”最重要的优势之一；三是需要贴近中国市场的产业环节，中国巨大的内需市场对外资的吸引力越来越强。此外，最重要的是，中国正在大力推动经济转型和结构调整，希望在全球产业链条上提升层次。
以东盟国家为例，虽然东盟国家的成本也许低于中国，但东盟国家也存在一些问题：一是投资环境不如中国。投资环境是包括政策、产业、技术、劳动力和市场在内的综合环境，东盟国家在这些方面还不具有中国的综合优势；二是东盟国家的经济体量小，市场空间校与投资环境相比，经济体量小的问题对东盟国家的限制性更严重，因为这关系到产业链的配套。如果是制鞋制衣还好办，但如果是复杂的产业配套，在一个小市场里面，有了这个没那个，恐怕东盟国家就有困难了。我们并不认为，东盟国家在5到10年会完全替代中国的“世界工厂”地位。
我们相信，“世界工厂”并不是单个国家就能承担的角色，从全世界范围来看，“世界工厂”是一个不同层次的组合。如果说中国过去做的是“世界工厂1.0” 版，那么中国今后的目标是去做“世界工厂2.0” ，在中国前面还有更高级的“世界工厂”——不少发达国家做的是“世界工厂3.0”，德国、日本、美国做的是“世界工厂4.0”、“世界工厂5.0”，这是中国今后长期发展所要追赶的目标。在这种情况下，“世界工厂1.0”版让东盟国家去做，又有何妨？
要升级为“世界工厂2.0”，中国未来需要在如下方面加强：一是控制不恰当的发展模式导致的要素成本大幅上涨，如土地成本上涨，为提升产业素质创造时间和空间；二是强化教育，尤其是职业教育体系，为升级版的“世界工厂”提供较高质量的劳动力供应；三是持续地鼓励和支持企业创新和产业升级，这方面可以配套较多的政策与财政资源支持；四是强化知识产权保护，显著提升对知识创新的保护水平，改善企业创新发展的政策环境。
在中国向“世界工厂2.0”迈进的时候，工业4.0实际上提供了一个极好的样板和发展方向。在制造工程领域，在互联网与产业结合的领域，全球竞争愈演愈烈，许多发达国家都已经清晰地意识到，德国已经将工业4.0列为重要的国家战略，要在制造行业引入物联网和服务。美国也正在采取措施，通过各种计划来应对去工业化，促进“先进制造业”的发展。其他亚洲国家和地区，如韩国、中国大陆和中国台湾地区，分别代表了全球制造业竞争格局中的不同序列。工业4.0为全球产业领域的“洗牌”提供了又一次机会。（正文完）
 
附：德国眼中的工业4.0
为了将工业生产转变到工业 4.0，德国需要采取双重战略。德国的装备制造业应不断地将信息和通信技术集成到传统的高技术战略来维持其全球市场领导地位，以便成为智能制造技术的主要供应商。与此同时，有必要为 CPS 技术和产品建立和培育新的主导市常为了实现这一双重的CPS战略目标，应将工业 4.0 的下列特性加以落实：
l 通过价值网络实现横向集成
l 贯穿整个价值链的端到端工程数字化集成
l 纵向集成和网络化制造系统
 
此外，迈向工业 4.0 需要德国投入大量的研发精力，还应重视由于工业 4.0 系统所建立的工作场所新的社会基础设施，并要继续发展 CPS 技术。如果工业 4.0 能够成功实施，那么研发活动将需要恰当的产业和产业政策决策与之伴随。工业 4.0 工作组认为需要在以下八个关键领域采取行动：
（1）标准化和参考架构：贯穿整个价值网络，工业 4.0 将涉及一些不同公司的网络连接与集成。只有开发出一套单一的共同标准，这种合作伙伴关系才可能形成。需要一个参考架构为这些标准提供技术说明，并促使其执行。
（2）管理复杂系统：产品和制造系统日趋复杂。适当的计划和解释性模型可以为管理这些日益复杂性提供基矗因此，工程师们要配备为开发这些模型所需的方法和工具。
（3）为工业建立全面宽频的基础设施：可靠、全面和高质量的通信网络是工业 4.0 的一个关键要求。因此，不论是德国内部，还是德国与其伙伴国家之间，宽带互联网基础设施需要进行大规模扩展。
（4）安全和保障：安全和保障两个方面对于智能制造系统成功是至关重要的。重要的是要确保生产设施和产品本身不能对人和环境构成威胁。与此同时，生产设施和产品，尤其是它们包含的数据和信息，需要加以保护，防止滥用和未经授权的获龋比如，这将要求部署统一的安全保障架构和独特的标识符，还要相应地加强培训以及增加持续的专业发展内容。
（5）工作的组织和设计：在智能工厂，员工的角色将发生显著变化。工作中的实时控制将越来越多，这将改变工作内容、工作流程和工作环境。在工作组织中应用社会技术方法将使工人有机会承担更大责任，同时促进他们个人的发展。若使其成为可能，有必要设置针对员工的参与性工作设计和终身学习方案，并启动模型参考项目。
（6）培训和持续的专业发展：工业 4.0 将极大改变工人的工作和技能。因此，有必要通过促进学习、使终身学习和以工作场所为基础的持续专业发展的计划，实施适当的培训策略和组织工作。为了实现这一目标，应推动示范项目和“最佳实践网络”，以及研究数字学习技术。
（7）监管框架：虽然在工业 4.0 中新的制造工艺和横向业务网络需要遵守法律，但是考虑到新的创新，也需要调整现行的法规。这些挑战包括保护企业数据、责任问题、处理个人数据以及贸易限制。这将不仅需要立法，而且也需要代表企业的其他类型的行动—需要大量适当手段，包括准则、示范合同和公司协议,或如审计这样的自我监管措施。
（8）资源利用效率：即使抛开高成本不谈，制造业消耗大量的原材料和能源，这也对环境和安全供给带来了若干威胁。工业4.0 将提高资源的生产率与利用效率。这就有必要计算在智能工厂中投入的额外资源与产生的节约潜力之间的平衡。
迈向工业 4.0 将是一个渐进的过程。目前基本的技术和经验需要调整从而适应制造工程的具体要求；同时应探讨为开发新地点和新市场制定创新型解决方案。如果这样做成功的话，工业4.0 将使德国提升全球竞争力，并保护其国内制造业。
 
以下几个方面将构成工业 4.0 的核心特征：
（1）工业 4.0 将在制造领域的所有因素和资源间形成全新的社会-技术互动水平。它将使生产资源（生产设备、机器人、传送 装置、仓储系统和生产设施）形成一个循环网络，这些生产资源将具有以下特性：自主性、可自我调节以应对不同形势、可自我配置、基于以往经验、配备传感设备、分散配置，同时，它们也包含相关的计划与管理系统。作为工业 4.0 的一个核心组成，智能工厂将渗透到公司间的价值网络中，并最终促使数字世界和现实的完美结合。智能工厂以端对端的工程制造为特征，这种端对端的工程制造不仅涵盖制造流程，同时也包含了制造的产品，从而实现数字和物质两个系统的无缝融合。智能工厂将使制造流程的日益复杂性对于工作人员来说变得可控，在确保生产过程具有吸引力的同时使制造产品在都市环境中具有可持续性，并且可以盈利。
（2）工业 4.0 中的智能产品具有独特的可识别性，可以在任何时候被分辨出来。甚至当它们在被制造时，它们就可以知道整个制造过程中的细节。在某些领域，这意味着智能产品能半自主地控制它们生产的各个阶段。此外，智能产品也有可能确保它们在工作范围内发挥最佳作用，同时在整个生命周期内随时确认自身的损耗程度。这些信息可以汇集起来供智能工厂参考，以判断工厂是否在物流、装配和保养方面达到最优，当然，也可以应用于商业管理应用的整合。
（3）在未来，工业 4.0 将有可能使有特殊产品特性需求的客户直接参与到产品的设计、构造、预订、计划、生产、运作和回收各个阶段。更有甚者，在即将生产前或者在生产的过程中，如果有临时的需求变化，工业 4.0 都可立即使之变为可能。当然，这会使生产独一无二的产品或者小批量的商品仍然可以获利。
（4）工业 4.0 的实施将使企业员工可以根据形势和环境敏感的目标来控制、调节和配置智能制造资源网络和生产步骤。员工将从执行例行任务中解脱出来，使他们能够专注于创新性和高附加值的生产活动。因此，他们将保持其关键作用，特别是在质量保证方面。与此同时，灵活的工作条件，将在他们的工作和个人需求之间实现更好的协调。
（5）工业 4.0 的实施需要通过服务水平协议来进一步拓展相关的网络基础设施和特定的网络服务质量。这将可能满足那些具有高带宽需求的数据密集型应用，同时也可以满足那些提供运行时间保障的服务供应商，因为有些应用具有严格的时间要求。