德国制造工业是世界上最具竞争力的制造工业之一，在全球制造装备领域拥有领头羊的地位。这在很大程度上源于德国专注于创新工业科技产品的科研和开发，以及对复杂工业过程的管理。德国拥有强大的设备和车间制造工业，在世界信息技术领域拥有很高的能力水平，在嵌入式系统和自动化工程方面也有很专业的技术，这些因素共同奠定了德国在制造工程工业上的领军地位。在挖掘新型工业化的潜能方面，德国将独一无二地开启一个新的工业时代：工业4.0。

 

    前三次工业革命的到来造就了机械、电气和信息技术。如今，物联网和制造业服务正宣告着第四次工业革命——工业4.0的到来。在未来，厂商们将以“信息物理系统”(Cyber-Physical Systems：CPS)为框架建立包含其设备、仓储系统和工业产品的全球性网络。

 

    在制造业领域，CPS包含能够独立交换信息的小型智能机械、存储系统和高效的产品设备，他们能够独立地完成运作和互相控制。随着CPS的设备基础改进到涉及制造、工程、材料使用和供应链以及生命周期管理的工业工序，智慧工厂似乎已经开始使用一种全新的途径来生产产品了。智能产品的特征十分明显，它们总是被投以关注的目光，我们都知晓它的发展历程，也了解它的当前状况，同时我们也了解它实现的方式。当指令经过CPS系统时，纵向需要经过工厂和公司的商业流程，横向则连接了可以实时管理的衍生价值体系，这两方面共同构建了嵌入式制造的系统网络。此外，每一条指令都需要流经过程链条中的每一个环节。

 

    工业4.0拥有巨大的潜力。智慧工厂让用户的个性定制化需求得以满足，这就意味着，即使是一次性的产品也可以通过颇具收益的方式制造出来。在工业4.0中，对供应商而言，动态商业模式和工程流程使生产和交付变得更加灵活，而且对于生产中断和故障可以灵活反应。现在工业制造在制造流程中已经能够提供端到端的透明化，以促进选择决策的制定。工业4.0将会发掘出创造价值的新方法，开发出商业新模型。特别需要说明是，工业4.0还将给新兴公司和小型投资者的发展带来契机，下游的服务也将从中受益。

 

    此外，工业4.0将致力于解决当今世界遇到的一些挑战，比如资源效率、城镇化和人才结构调整等。工业4.0能够持续带来覆盖整个价值网络的资源生产率和效率的增益。同时能够将人口结构变动和社会因素考虑在内，并设定合适的方式来组织生产。智能辅助系统可以把工人从单调、程式化的工作中解放出来，使其能够将精力集中在创新和增值业务上。在关于熟练工短缺的问题上，工业4.0允许高龄的工人延长他们的工作生涯，使他们能够长时间地保持生产力。灵活的工作组织形式使得工人们能够更好地整合他们自己的工作，私人生活和持续的职业生涯发展将变得更有效率，可以说，工业4.0为工作和生活找到了一个更好的平衡点。

 

    制造业工程领域的全球化竞争变得愈加激烈，德国并不是唯一一个在制造业部署物联网和行业服务的国家。而且，并不是只有亚洲的很多竞争对手对德国造成了威胁，远在大洋彼岸的美国也在通过程序提升“先进制造业”来采取措施反对“限制工业化”。

 

    为了实现工业制造到工业4.0的转变，德国需要实现一项双重策略。不仅应该一如既往地把“信息和通讯科技”和“自身的传统高科技策略”进行整合，以努力成为智能制造科技的主要供应商，寻求稳固自身在全球市场的领导地位。同时，还应创造并服务于CPS科技和产品。

 

    为了达成这个双重要求，以下几个工业4.0的特征应该被执行：

 

    ⑴ 横向集成需要通过价值网络

    ⑵ 端到端的工程立体集成横跨整个价值链

 

    ⑶ 垂直集成和网络化的制造系统

 

    通向工业4.0之路将会要求德国在研发上投入巨大的精力，为了实现双重策略，所进行的研究首先必须实现“制造系统的水平和垂直集成”和“工程上端到端的集成”。此外，出于对工业4.0系统的要求和CPS科技持续发展的目的，在工作场所中新的社会基础设施应该得到更多关注。

 

    如果工业4.0被成功实现，研发也需要与之适应的工业化政策的支持。为此，以下8个领域需要进一步改进：

 

    标准化和参考架构

 

    工业4.0将会涉及网络技术的设计并通过价值网络集成几家不同的公司。如果一揽子共同标准得以实现，这种合作伙伴关系将成为可能，而且需要一个参照架构来为这些标准提供描述并促进标准的实现。

 

    复杂系统的管理

 

    制造系统正在日益变得复杂，适当的计划、描述和说明模型可以为这些复杂系统提供管理基础。工程师们应该为了发展这些模型而进行更多的方法创新和工具应用。

 

    一套综合的工业基础宽带设施

 

    毋庸置疑，综合并高质量的通讯网络是工业4.0的关键要求。无论是在德国国内，还是在德国与其他合作国家之间，宽带网络基础设施也因此需要进一步的、大规模的拓展。

 

    安全和安保

 

    安全和安保是智能制造系统成功的关键。保障设备和产品自身不会引起使用者的危险，也不会对环境造成污染十分重要。同时，设备和产品中包含的信息特别需要被保护，以防止这些信息被滥用或者在未被授权的情况下使用。这将对安全和安保的架构和特殊识别码的集成调用产生更高的要求，同时相关的培训和职业生涯的持续发展规划也要得到加强。

 

    工作的组织和设计

 

    在智慧工厂里，雇员的角色将会发生引人注目的改变。越来越多的实时导向性控制将会让工作内容、工作流程和工作环境发生转变。针对组织工作的社会科技的实现将会给工人提供承担重大责任和加强个人发展的机会。当上述内容成为现实，进行合作的工作设计和职业生涯的学习途径对于启动参照模型课题将变尤为必要。

 

    培训和持续性的职业发展

 

    工业4.0将从根本上改变工人们的工作和职业诉求。实施适合的培训策略并用培养学习的方式组织工作也因此而变得非常必要，可以借此实现“活到老学到老”和基于工作地点的广泛的个人发展。为了达成这项目标，模型课题和“最好的实用网络”应该被进一步开发和提升，立体学习技术也应该投入研究。

 

    规章制度

 

    在工业4.0下建立新的制造流程和水平的商业网络架构时必须遵守法律，而已存在的立法也同样需要在必要时考虑创新对法律带来的影响。面临的挑战包括合作信息的保护、责任议题、管理私人信息和贸易限制等。这将不仅对立法，也对其他代表商务行为的活动提出了要求——制度将作为一个涵盖面广泛的适用工具而存在，其中的内容条款包括指导方针、标准合同和公司集体协议，或者如审计类型的自律行为。

 

    资源效率

 

    除高花费以外，仅是制造工业在原材料和能源上的消费便已足够引起一系列关于环境与安全的探讨。工业4.0将会使得从原材料变为产品的过程更加多产和高效。企业将会权衡“投资在智慧工厂中的额外资源”与“带来的潜在节约”之间的利弊，这对企业将非常必要。

 

    通向工业4.0的路将会是一段革命性的进展。现有的基础科技和经验将不得不为了适应制造工业中的特殊设备而进行改变和革新，而且对于新地域和新市场的创新解决方案将不得不重新探索。一旦这些革新被成功实现，工业4.0将会使德国在继续保持国内制造工业发展的前提下再次提升它的全球竞争力。