工业4.0通俗讲座之工业4.0的背景
我们已经走在工业4.0的路上
首先回顾一下几次工业革命的发展历程与主要特征，如下图所示。
从工业1.0到工业4.0的发展历程
1.工业1.0
18世纪60年代始于英国的第一次工业革命，19世纪中叶结束。这次工业革命通过水力和蒸汽机实现的工厂机械化，其结果是机械生产代替了手工劳动，经济社会从以农业、手工业为基础转型到了以工业以及机械制造带动经济发展的模式。
2.工业2.0
第二次工业领域大变革发生在19世纪后半期至20世纪初，电力的广泛应用形成生产线生产的阶段。通过零部件生产与产品装配的成功分离，开创了产品批量生产的新模式。
3.工业3.0
第二次工业革命在生产过程中产生了高度自动化，引发了第三次工业革命，它始于20世纪70年代，并一直延续到现在。主要标志是通过信息技术和电气化的结合实现的自动化生产，尤其是可编程逻辑控制器（PLC）普遍使用使得制造过程不断实现自动化，机械设备开始替代人类作业。
4.工业4.0
工业4.0是指利用信息物理系统（Cyber—Physical System，CPS）将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化，最后达到快速、有效、个人化的产品供应。工业4.0旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及基因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴，其技术基础是网络实体系统及物联网。智能制造中的生产设备具有感知、分析、决策、控制等功能，是先进的制造技术、信息技术的集成和深度融合。在智能生产过程中，传感器、智能诊断和管理系统通过网络互联，使得由单一、分散的程序控制上升到综合智能控制，从而制造工艺能够根据制造环境和制造过程的变化，进行实时优化，提升产品的质量和生产效率。工业3.0与工业4.0的对比如下图所示。
工业3.0与工业4.0的对比
那么，德国是什么时候提出工业4.0的，其目的是什么？
工业4.0最初概念是在2011年德国举办的“汉诺威工业博览会2011”上被提出的。两年后的2013年4月的“汉诺威工业博览会2013”中发布了工业4.0最终报告——《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》。该报告把工业4.0称之为第四次工业革命。报告认为由信息技术所推动的工业自动化为代表的第三次工业革命正在向第四次工业革命转变，第四次将以全方位的网络化、智能化、绿色化代表的新工业革命，这是继机械化、电气化、自动化之后的第四次工业革命。
工业4.0研究项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成，并已上升为国家级战略。德国联邦政府投入达2亿欧元。
德国政府提出工业4.0战略，其目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。谁主导了这场工业革命，谁可以制订标准，就可以成为这个革命的王者，也可以使德国重新成为世界的霸主。该战略已经得到德国科研机构和产业界的广泛认同，弗劳恩霍夫协会将在其下属6－7个生产领域的研究所引入工业4.0概念，西门子公司已经开始将这一概念引入其工业软件开发和生产控制系统。工业4.0迅速成为德国的另一个标签，并在全球范围内引发了新一轮的工业转型竞赛。
工业4.0通俗讲座之工业4.0的特点
工业4.0概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。
工业4.0具有以下5个特点：
工业4.0的五大特点
1、工业4.0的核心是互联。把设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户紧密连接在一起。
2、工业4.0是数据。随着信息物理系统的推广、智能设备和终端的普及以及各种各样传感器的使用，将会带来无所不在的感知和无所不在的连接，所有的生产设备、感知设备、联网终端，包括生产者本身都在源源不断地产生数据，这些数据将会渗透到企业运营、价值链以及产品的整个生命周期，是工业4.0和制造革命的基石。
3、工业4.0是集成。工业4.0将无处不在的传感器、嵌入式中端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络，使得产品与生产设备之间、不同的生产设备之间以及数字世界和物理世界之间能够互联，使得机器、工作部件、系统以及人类会通过网络持续地保持数字信息的交流。通过这个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器、以及服务与服务之间，能够形成一个互联，从而实现横向、纵向和端到端的高度集成。
4、工业4.0是创新。工业4.0的实施过程是制造业创新发展的过程，制造技术、产品、模式、业态、组织等方面的创新，将会层出不穷，从技术创新到产品创新，到模式创新，再到液态创新，最后到组织创新。
5、工业4.0是转型。在工业4.0时代，互联网和（服）务联网将渗透到工业的各个环节，形成高度灵活、个性化、智能化的产品与服务的生产模式，推动生产方式向大规模定制、服务型制造、创新驱动转变。在这一过程中，用户由部分参与向全程参与转变，用户不仅出现在生产流程的两端，而且广泛、实时参与生产和价值创造的全过程。
从消费意义上来说，工业4.0就是一个将生产原料、智能工厂、物流配送、消费者全部编织在一起的大网，消费者只需用手机下单，网络就会自动将订单和个性化要求发送给智能工厂，由其采购原料、设计并生产，再通过网络配送直接交付给消费者。
对标工业4.0
德国学术界和产业界认为，工业4.0概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。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—信息物理系统相结合的手段，将制造业向智能化转型。
智能制造是工业4.0的核心
工业4.0通俗讲座之工业4.0的战略要点
工业4.0的战略要点可以概括为：建设一个网络、研究三大主题、实现三项集成、八个方面的优先行动领域。
1、一个网络：信息物理系统（CPS）
信息物理系统（CPS）是工业4.0的核心，它通过将物理设备连接到互联网上，让物理设备具有计算、通信、控制、远程协调和自治等五大功能，从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合。信息物理系统可以将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起，从而创造物联网及相关服务，并将生产工厂转变为一个智能环境，是实现设备、产品、人协调互动的基础。智能制造的核心在于实现机器智能和人类智能相互协调，实现生产过程的自感知、自适应、自诊断、自决策、自修复。
CPS
2、研究三大主题
工业4.0研究三大主题：智能工厂、智能生产和智能物流。
智能工厂重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现。
智能工厂
智能生产主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划将特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。
智能物流主要通过互联网、物联网、物流网，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方，则能够快速获得服务匹配，得到物流支持。
3、实现三项集成：纵向集成、横向集成与端对端的集成
（1）纵向集成是企业内部信息流、资金流和物流的集成，工业4.0所要追求的就是在企业内部实现所有环节信息无缝链接，这是所有智能化的基础。
（2）横向集成是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合，为实现各企业间的无缝合作，提供实时产品与服务，推动企业间研产供销、经营管理与生产控制、业务与财务全流程的无缝衔接和综合集成，实现产品开发、生产制造、经营管理等在不同的企业间的信息共享和业务协同。
（3）端到端集成是围绕产品全生命周期的价值链创造，通过价值链上不同企业资源的整合，实现从产品设计、生产制造、物流配送、使用维护的产品全生命周期的管理和服务，它以产品价值链创造集成供应商（一级、二级、三级……）、制造商（研发、设计、加工、配送）、分销商（一级、二级、三级……）以及客户信息流、物流和资金流，在为客户提供更有价值的产品和服务同时，重构产业链各环节的价值体系。
4、八个优先行动领域
八个优先行动领域是工业4.0体系中提出的对中长期任务的一种优化安排，是德国短期内就将着手开展的工作计划。
（1）标准化和参考架构建设；
（2）管理复杂系统。工业4.0战略下，人们所管理的是比前三次工业革命更为复杂的系统，必须开发出管理复杂系统的工具和方法；
（3）一套综合的工业宽带基础设施。实施工业4.0不仅需要加强本国自身的宽带基础设施建设，而且还要加强伙伴国之间的宽带基础设施建设，实现互联互通；
（4）安全与保障。信息安全和系统保护具有更加重要的地位；
（5）工作的组织和设计。进行新的组织与工作设计，使其能适应智能化工厂时代；
（6）培训和持续的职业发展。建立最佳实践网络和数字化学习工具，推进终身学习和个人的职业发展；
（7）监管框架。针对新的产业革命设计科学的管制框架；
（8）资源效率。有效地提高资源利用效率，实现全方位的绿色化。
工业4.0通俗讲座之德国的工业4.0与美国的第三次工业革命的区别
美国提出的第三次工业革命实质上是将互联网技术应用到新能源领域，将新能源资源的分散化、分布式配置，结合互联网技术实现能源的按需双向供给和双向买卖，产生智能电网，带动第三次工业革命。它本质上是推动互联网技术在新能源领域的深度应用，是新能源与互联网相融合的新一次工业革命。
在德国，工业4.0的概念被认为是以智能制造为主导的第四次工业革命，旨在通过深度应用信息技术和网络物理系统等技术手段，将制造业向智能化转型。与美国提出的第三次工业革命的说法不同，德国工业4.0认为，在制造业领域，将各种资源、信息、物品和人融合在一起，相互联网的更多信息物理系统（CPS）形成了 工业4.0。CPS包括智能设备、数据存储系统和生产制造业务流程管理，从生产原材料采购到产品出厂，整个生产制造和物流管理过程，都基于信息技术实现数字化、可视化的智能制造。
德国“工业4.0”与美国第三次工业革命的共同点是都基于互联网。互联网技术带给我们许多创新和意想不到，互联网思维也深深影响着制造业的产品设计。可以说，互联网技术影响了人类社会，并对社会发展起了很大的推动作用，是当今社会面临的各种变革的最大根源。
人工智能赛博物理操作系统
AI-CPS OS
“人工智能赛博物理操作系统”（新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS”：云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能）分支用来的今天，企业领导者必须了解如何将“技术”全面渗入整个公司、产品等“商业”场景中，利用AI-CPS OS形成数字化+智能化力量，实现行业的重新布局、企业的重新构建和自我的焕然新生。
AI-CPSOS的真正价值并不来自构成技术或功能，而是要以一种传递独特竞争优势的方式将自动化+信息化、智造+产品+服务和数据+分析一体化，这种整合方式能够释放新的业务和运营模式。如果不能实现跨功能的更大规模融合，没有颠覆现状的意愿，这些将不可能实现。
领导者无法依靠某种单一战略方法来应对多维度的数字化变革。面对新一代技术+商业操作系统AI-CPS OS颠覆性的数字化+智能化力量，领导者必须在行业、企业与个人这三个层面都保持领先地位：
重新行业布局：你的世界观要怎样改变才算足够？你必须对行业典范进行怎样的反思？
重新构建企业：你的企业需要做出什么样的变化？你准备如何重新定义你的公司？
重新打造自己：你需要成为怎样的人？要重塑自己并在数字化+智能化时代保有领先地位，你必须如何去做？
AI-CPS OS是数字化智能化创新平台，设计思路是将大数据、物联网、区块链和人工智能等无缝整合在云端，可以帮助企业将创新成果融入自身业务体系，实现各个前沿技术在云端的优势协同。AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量与行业、企业及个人三个层面的交叉，形成了领导力模式，使数字化融入到领导者所在企业与领导方式的核心位置：
精细：这种力量能够使人在更加真实、细致的层面观察与感知现实世界和数字化世界正在发生的一切，进而理解和更加精细地进行产品个性化控制、微观业务场景事件和结果控制。
智能：模型随着时间（数据）的变化而变化，整个系统就具备了智能（自学习）的能力。
高效：企业需要建立实时或者准实时的数据采集传输、模型预测和响应决策能力，这样智能就从批量性、阶段性的行为变成一个可以实时触达的行为。
不确定性：数字化变更颠覆和改变了领导者曾经仰仗的思维方式、结构和实践经验，其结果就是形成了复合不确定性这种颠覆性力量。主要的不确定性蕴含于三个领域：技术、文化、制度。
边界模糊：数字世界与现实世界的不断融合成CPS不仅让人们所知行业的核心产品、经济学定理和可能性都产生了变化，还模糊了不同行业间的界限。这种效应正在向生态系统、企业、客户、产品快速蔓延。
AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量通过三个方式激发经济增长：
创造虚拟劳动力，承担需要适应性和敏捷性的复杂任务，即“智能自动化”，以区别于传统的自动化解决方案；
对现有劳动力和实物资产进行有利的补充和提升，提高资本效率；
人工智能的普及，将推动多行业的相关创新，开辟崭新的经济增长空间。
给决策制定者和商业领袖的建议：
超越自动化，开启新创新模式：利用具有自主学习和自我控制能力的动态机器智能，为企业创造新商机；
迎接新一代信息技术，迎接人工智能：无缝整合人类智慧与机器智能，重新
评估未来的知识和技能类型；
制定道德规范：切实为人工智能生态系统制定道德准则，并在智能机器的开
发过程中确定更加明晰的标准和最佳实践；
重视再分配效应：对人工智能可能带来的冲击做好准备，制定战略帮助面临
较高失业风险的人群；
开发数字化+智能化企业所需新能力：员工团队需要积极掌握判断、沟通及想象力和创造力等人类所特有的重要能力。对于中国企业来说，创造兼具包容性和多样性的文化也非常重要。
子曰：“君子和而不同，小人同而不和。” 《论语·子路》云计算、大数据、物联网、区块链和 人工智能，像君子一般融合，一起体现科技就是生产力。
如果说上一次哥伦布地理大发现，拓展的是人类的物理空间。那么这一次地理大发现，拓展的就是人们的数字空间。在数学空间，建立新的商业文明，从而发现新的创富模式，为人类社会带来新的财富空间。云计算，大数据、物联网和区块链，是进入这个数字空间的船，而人工智能就是那船上的帆，哥伦布之帆！
新一代技术+商业的人工智能赛博物理操作系统AI-CPS OS作为新一轮产业变革的核心驱动力，将进一步释放历次科技革命和产业变革积蓄的巨大能量，并创造新的强大引擎。重构生产、分配、交换、消费等经济活动各环节，形成从宏观到微观各领域的智能化新需求，催生新技术、新产品、新产业、新业态、新模式。引发经济结构重大变革，深刻改变人类生产生活方式和思维模式，实现社会生产力的整体跃升。
产业智能官AI-CPS
用“人工智能赛博物理操作系统”（新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS”：云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能），在场景中构建状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升的认知计算和机器智能；实现产业转型升级、DT驱动业务、价值创新创造的产业互联生态链。
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新技术：“云计算”、“大数据”、“物联网”、“区块链”、“人工智能”；新产业：“智能制造”、“智能驾驶”、“智能金融”、“智能城市”、“智能零售”；新模式：“案例分析”、“研究报告”、“商业模式”、“供应链金融”、“财富空间”。
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