工业4.0并非一蹴而就。德国工业4.0战略工作组也认为，德国至少要用10多年，才能全面实现工业4.0。

2025年的德国制造业，通过工业4.0的推广，有望实现成本可控的大规模定制生产，使得制造业出口超过中美成为世界第一。同时，工业4.0还将带动新一代信息技术产业发展，强化工业控制系统的信息安全，还将通过服务化、标准化巩固德国制造业优势，通过高效的工业节能减排生产方式，实现德国制造业的绿色发展和可持续发展。

工业3.0主要是自动化技术，利用预先设计好的制造工艺，搭建固定的生产环境。而工业4.0则是智能制造，采用虚拟与现实结合的方式，能够综合掌控从设计到生产的整个过程。

由此，2025年，生产制造将无需进行详细的设计，生产过程能够自行优化。

德国工业4.0的两大目标是技术领先和市场领先。

产、学、研、用多个层面的联合机制在一定程度上能够化解系统的复杂化，不断完善管理体系。德国“工业4.0”是由德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子、博世等企业等联合发起的，工作组成员也是由产、学、研、用多方代表组成的。因此，“工业4.0”战略一经提出，很快得到了学术界、产业界的积极响应。事实上，发达国家重视产、学、研合作的战略意图不仅仅是扩大市场，主要还是希望通过产、学、研合作创新，来提升竞争力，实现技术领先。

标准先行是“工业4.0”战略的突出特点。“工业4.0”战略的关键是建立一个生产设备、生产资源、生产管理系统互联互通的网络化制造，各种终端设备、应用软件之间的数据信息交换、感知、分析处理、维护等必须基于一套统一的标准化体系。因此，在“工业4.0”平台下成立一个工作组，专门处理标准化和参考架构方面的问题，以期望借助标准实现市场领先。

一、主导标准

标准作为技术规范的参考体系，或者作为不同技术间相互比较的工具，相互兼容的接口，其功能主要体现在信息提供上，减少复杂多样性和不匹配等传统范畴。

可以说，自工业革命以来，标准一直发挥着重要的作用。标准化让代表规模经济的大批量生产得以实现，标准化让市场公平有效地进行交易。标准已经成为制造业中普遍的基础设施，广泛而深刻地影响着以技术为基础的工业经济。

德国是世界工业标准化的发源地。其中，约有全球2/3的国际机械制造标准来自“德国标准化学会标准”——DIN(Deutsches Institutfuer Normung)。资料显示，DIN标准涵盖了机械、化工、汽车、服务业等所有产业门类，超过3万项，是“德国制造”的基础。

在制造业领域，标准决定产品、决定市场已成为不争的现实。随着经济全球化趋势的加快，国际贸易的迅速发展，标准的作用更加突出，尤其是国际标准已成为进军全球市场的不可或缺的准入证。

在这一背景之下，制造业的技术标准一定程度上是技术潮流和市场未来的代言人，世界各国之间的制造业技术的标准化竞争不断加剧。显然，谁先在标准上占据优势，谁就能在国际市场上占有一席之地。

众所周知，标准是影响制造业市场竞争力的必要条件，企业组织生产标准化程度高低，产品应用技术标准的高低，直接影响了制造业企业的市场竞争力。尤其是在知识经济时代的今天，往往是标准先行，世界范围内的技术标准竞争变得越来越激烈，谁制定的标准为世界所认同，谁就会从中获得巨大的市场和经济利益。

随着世界经济一体化的进展，国际标准对各国产业的国际竞争的影响越来越大。如果某一项具有战略性的技术标准被国际性的标准化组织承认或采纳，往往可带来极大的经济利益，甚至能决定一个行业的兴衰，影响国家的经济利益。在这种形势下，发达国家一直投入大量精力和时间放在国际标准化活动上，不遗余力地把本国标准变成国际标准，谋求长期控制国际标准化的技术大权。

二、技术领先

除了通用电气、IBM、Cisco、Intel、AT&T成立“工业互联网联盟（IIC）”之外，美国互联网巨头也开始不再甘心满足于互联网经济领域，而是纷纷开始涉足实体制造业。

就在大家认为美国互联网巨头的人工智能和大数据技术只是进一步提升互联网应用的时候，美国的互联网巨头却悄然利用人工智能和大数据技术进军到了工业领域。Google收购机器人公司，令全球制造业未来充满了变数。Google收购策略变化的背后是其对未来发展新的定位和布局，这种改变不仅将给机器人研制生产带来巨大变化，而且很可能带动未来制造业的变革。

这些业务的延伸，加上Google本身互联网技术的优势，使得Google完全可以打造一个“智能化现实社会网络”。由人工智能系统管理汽车、家电等人类主要生活用品，由机器人进行生产、物流配送和为人们提供各类现实社会服务。这样一来，无疑会大幅提高生产效率、生活效率和社会运转效率。

对于Google来讲，一方面，可以从“智能化现实社会网络”获取的大数据中分析出消费者的潜在需求，进而开发出更能迎合消费潜力的产品，也将使其搜索引擎获得更多的广告机会。另一方面，一旦消费者和生产领域对Google的智能化服务产生依赖，Google就可能实现跨网络世界和物理世界的“主宰”。

美国互联网巨头一旦大规模进军制造业的现实物理世界，必将对制造业市场形成巨大的冲击。

技术领先主要体现于“在制造业中部署物理网络系统”。改进现有的基础电子信息技术，满足制造业的特殊需求。强化制造技术和信息技术，依靠物理网络系统，实现规模经济和效用。

按照“工业4.0”的指导思想，供应商应从设备供应的视角，选取合适的方案，将领先的技术设备解决方案同信息技术提供的新潜力融合在一起，实现创新突破。通过信息通信技术和传统高技术战略的系统融合，在全球市场中开拓新的市场机遇。

其次，德国制造的技术领先还将体现于价值网络的整合。对不同价值创造阶段、生命周期产品、产品范围和相应制造系统进行点对点的数字化整合。重点要将中小企业同步整合在新的价值网络中，平衡大企业与中小企业间的产业结构。着力解决中小企业对于新技术的接受程度和相关人才的培养问题，促进物理网络系统在中小企业的应用。

那么，会涉及哪些技术的领先呢？德国信息产业、电信和新媒体协会（BITKOM）与弗劳恩霍夫应用研究促进学会（Fraunhofer）的研究报告中的一幅图描绘了德国“工业4.0”所涉及的技术。

从中也可以看出，“工业4.0”战略中的智能制造处处与信息技术相关联。“工业4.0”本质是基于“信息物理系统”实现“智能工厂”。在生产设备层面，通过嵌入不同的传感器进行实时感知。通过宽带网络，通过数据对整个过程进行精确控制；在生产管理层面，通过互联网技术、云计算、大数据、宽带网络、工业软件、管理软件等一系列技术构成服务互联网，实现物理设备的信息感知、网络通信、精确控制和远程协作。

通过技术领先，从3个方面强化竞争力。

首先是，提高生产率。生产效率是制造企业首先会考虑的问题。在具体生产流程方面，“工业4.0”对企业的意义在于，它能够将各种生产资源，包括生产设备、工厂工人、业务管理系统和生产设施形成一个闭环网络，进而通过物联网和系统服务应用，实现贯穿整个智能产品和系统的价值链网络的横向、纵向的链接和端对端的数字化集成，从而提高生产效率, 最终实现智能工厂。

其次是，缩短产品上市时间。通过智能工厂制造系统在分散价值网络上的横向连接，就可以在产品开发、生产、销售、物流、服务的过程中，借助软件和网络的监测、交流沟通，根据最新情况，灵活、实时地调整生产工艺，而不再是完全遵照几个月或者几年前的计划。

从而，实现灵活性的提升。“工业4.0”通过CPS系统将不同设备通过数据交互连接到一起，让工厂内部、外部构成一个整体。而这种“一体化”其实是为了实现生产制造的“分散化”。“工业4.0”中，生产模式将从“由集中式中央控制向分散式增强控制”转变，“分散化”后的生产将变得比流水线的自动化方式更加灵活。

三、市场领先

根据德国工程联合会（VDMA）最近的一项调查显示，多数德国机械工程企业仍然将自己视作全球领头羊之一，并且认为其主要的竞争对手均为同国企业，而把国外的竞争者如来自美国和意大利的企业远远甩在身后。机械工程行业的全球销售额在2011年约为2.1兆欧元。对于以上几个被选定国家的工程机械行业的分析数据揭示了一个极不平衡的局面。

尤其是，数据显示，德国以16%的份额占据2013年在全球机械出口首位，中国以11%份额，略低于美国，位于全球第三。同时，在全球设备制造业的32个子行业中，中国已经在7个子行业中取得了领先地位。从近年来中国机械产业的高速增长中，德国看到更多的是“德国制造”自身的危机。除了抗衡美国的技术之外，德国“工业4.0”还体现了对未来市场的危机感。

为此，德国将努力打造、拓展制造业领先市场，加强不同企业间的商务联系，促进不同企业间的密切合作。加强物理网络系统的营销，提升德国制造设备产业。

四、经济增长

德国信息产业、电信和新媒体协会(BITKOM)对德国“工业4.0”的经济效益进行了预测。BITKOM的预测数据显示，相对于2013年，德国经济增加值将保持1.74%的年增长率，到2025年有望高达787.7亿欧元。

其中，化工产业将从400.8亿欧元增至521亿欧元；汽车产业将从740亿欧元增至888亿欧元；机械产业将从767.9亿欧元增至998.3亿欧元；电子产业将从402.7亿欧元增至523.5亿欧元；信息通信技术产业将从936.5亿欧元增至1 077亿欧元。

五、社会效益

在工业化进程中，每个国家都不无例外地遭遇过经济发展、资源利用和环境保护之间失衡, 德国亦是如此。上世纪60至70年代的经济增长称为德国的“经济奇迹”。德国在走出战争的废墟，跻身世界经济强国之列，但同时也破坏了自然环境，以煤炭和钢铁为中心鲁尔区污浊的空气令民众呼吸困难，雾霾也成为那时的普遍现象。因此，自70年代以来，节能减排成为德国发展工业经济的一项基本国策。

资料显示，自1994年起，德国政府把科技政策的支持重点集中在发展环境保护技术和能源技术上, 并且出台了很多新的能源和环境政策, 旨在促进经济发展和环境保护的和谐。90年代以来，德国的能源消耗在经济增长的同时不断下降，逐步解决了工业化过程中的污染问题，环境质量得到明显改善，实现了经济发展模式的转变。尽管如此，根据德国能源署的数据显示，2010年工业占德国总能耗的比率仍然高达16%。

德国是欧洲国家中节能减排法律框架和促进低碳经济政策最完善的国家之一。近年来，德国政府极其重视节能减排和低碳发展，在超额完成《京都议定书》规定的温室气体减排量的基础上，还提出了高于《京都议定书》和欧盟要求的减排目标。但是，尽管如此，作为制造业大国，德国仍是欧盟工业国中遥遥领先的耗能大国，煤炭消耗量位列全球第四，石油天然气消耗量排名全球第六。所以，德国政府，尤其是工业部门一直以来积极致力于解决环境与能源等全球性问题，德国“工业4.0”战略中，充分体现了德国政府对环境与能源问题的重视。

多实战案例分享 智能工厂到底该如何构建

文｜本刊记者王玉编辑整理

智能工厂到底该如何构建，制造企业该如何转型或向工业智能制造方面渗透已经引起了广泛关注。在12月13日，由亚太物流名刊《物流技术与应用》杂志主办的“2017中国物流装备产业发展大会暨中国物流装备企业家年会”现场，昆山同日工业自动化有限公司总经理范晋发表了题为《智能工厂高速公路的构建》的演讲，分享了多个昆山同日打造智能工厂的宝贵经验。

智能工厂高速公路搭建三要素为信息流、生产流、物流。确保在合适的时间，通过合适的装备，将合适的物料送到合适的位置，达到信息流、生产流和物料流的深度融合，达到智能“感知”、精准“互联”和高效“执行”，最终实现技术创新驱动管理创新。

真正的智能工厂构建需要纵向基于产品属性、横向融合行业迭代，导入可靠自动设备，构建综合信息系统；决并不仅局限于某一个工厂内部实现智能制造，还要做到横向连接，通过大数据实现集团内部或者多个相关工厂联动。

实战案例一：汽配行业“工业4.0”标杆工厂

该汽配行业智能工厂项目于2016年8月正式投产，整个工厂两个厂房，上下两层，设备系统包括软件系统、管控系统、各种各样的物料库、AGV系统、输送系统、提升机系统、机器人缓存系统，比较特殊的对于线缆的存储，智能加工、智能物流、生产的管控，以及监控系统，贯穿到了从原材料到最后成品的全过程。每天24小时不停产。因为智能系统应用，该该工厂已经拿到了全世界最顶尖的奔驰、宝马、通用、大众的订单，基本上垄断了这方面的业务。

1.主要流程：AGV系统把半成品加工的物料及时送到工作站；

半成品运输需要空间运输，七十几个提升机系统把生产好的半成品集中转运半成品自动库，全部的流程都是在空中完成。半成品库有两个功能，首先给总装随着提供物料半成品，再就是给几个分厂进行配送，物料配送出厂的过程是在软件系统的调度下，生产从原材料到配送全部是在系统管控下进行的。长达五公里的输送系统，会将半成品、电子器件、口箱、成品，六种不同类型的物料在上面输送。成品仓库，发运给总装厂，汽车行业的总装厂都是迟到一分钟送货，罚款两万美金，所以及时进行配送非常有必要。从成品库里面把空箱发到总装线上。成品仓库原来六个人，现在只需要一个半人，那半个人做监控，监控成品库，也可以监控原料库。最后出库按照系统调度订单，什么时间出什么货。

2.项目亮点：“物料超市”

该工厂的物料超市不是传统意义上的托盘库，更重要的是根据客户的物料存储进行了定制化设计；多个不同类的“线边库”；“机器人回转系统”，可以把几十个产线，不同类型的产品进行整合，全中国第一个我们在真正意义上使用的环形机器人库，里面的箱子大小全部不一样，对机器人夹具要求非常高，把三十几条产线上的产品集中到这里进行配送，机器人库选下来的物料在这里进行码垛，这里的码垛难度也是非常大的，四种托盘，五种不同类型的托盘，再加上我们的盖子，所以整个由一套机器人系统完成。到最后包装之前，出货之前进行物流行业称之为最后的拣选或者说分选，这样节省时间，把物料备放解放出来，不要堆在生产线或者生产设备旁边。“空间输送系统”，有一个大型的空中系统贯穿整个工厂。

实战案例二：汽配行业离散型智能工厂项目

该项目正在建设，已经进入实施阶段。涵盖了冲压、机加工、注塑、焊接、热处理、组装、包装、成品出货整个过程。实现原材料、自制零部件、外协件、成品的集中管控。

1.保证工厂永远可以自由调配。整合整个生命周期的信息化数据，和生产系统连在一起，把大数据全部连接起来，实现全过程的，包括质量追踪等等方面，从空中看，中间最新的部分就是物流中心，叫做中心库，把周边的模具库、缓存库、包装区域，以及生产车间里的针对生产组装的系统用高速公路系统的神经网络系统连接起来。

2.生产领域采用了AGV对生产环节工作站进行直接配送。该工厂里面非常大的特点就是空间是寸土寸金，在工作站及时配料都采用了AGV，一个库在生产线的两边，配送由中心仓库给生产进行及时配送。

3.把所有生产的产品全部集中在环形库里面进行订单整合。在包装前进行整合，送到包装区域，根据需要进行包装。

4.包装要进行挑选。不光是针对总装厂，还针对配件，订单需要什么都非常灵活。

实战案例三：国内首条面向洁具行业的“FMS”智能产线

该项目是一个抽水马桶的全自动柔性组装生产线，据昆山同日客户说，他们在全世界看过各个卫浴公司的工厂，没有一条自动化程度这么高的线，这条线到现在为止还是比较先进的。原来组装线都是人工是流水作业一条产线要24个人进行生产组装，通过这样一套系统，8小时产量达到300套，可以24小时生产人员优化达到了83%，24人优化到4人，合格率提高到98%。另外场地面积缩小了，优化节约75%。

生产工艺流程：出水板和底座的组装，底座的配重，以及粘接和自动拧螺丝，应用了大量的机械手以及钻机进行马桶组装及检测。上下壳体的组装，机器人在中间环节自动换夹具，一台机器人完成两套工序要换夹具。最后还要压接，装好以后压到一起。中间游街环节要滴胶，滴胶的时间一定要很准确，最后进行检测。整个包装环节全自动，自动套袋、装箱。最后机器人码盘。人工干预的是关键环节，产品出厂了要注水进去看漏不漏洞，有没有质量问题。

布局理念：“生产线是围着自动仓库”，这个产线要做四种类型的产品生产，存在着换型号生产的时候，中间有交接期。仓库任何时候、可以供任何料，包括缓存。

整个过程几乎是系统控制生产。关键岗位，比如说检验、试水，或者说异常处理才会由人进行干预。因为是独立产线，现在还没有和原料库进行连接，这也是一个试点，成功以后可以复制，可以复制成很多条线。

实战案例四：戴尔智能工厂项目

该项目为2006年戴尔智能工厂项目，是真正意义的智能工厂。戴尔精益生产和智能工厂结合的非常好。产线由昆山同日实施。电脑硬盘的拆除以前用人工拆非常麻烦，现在采用自动的方式拆，包括组装过程，都是有RFID，包括现场自动贴标，以及产品老化过程当中的转运，基本上尽量做到了全自动。对于戴尔的智能工厂，设备不是最先进的，但是理念是非常好的，到现在为止仍然是笔记本或者说电脑行业全球最先进的生产技术。

项目亮点：

订单全部来自网上，一条产线可以由很多不同类型的笔记本电脑同时生产。

元器件全部采用JIT模式配送上线。

整个生产过程，物料的载具都用RFID进行信息化对接，包括拣选，最早用电子标签，之后变成了屏幕拣选的做法。

满足多品种小批量，订单是动态的人性化的设计，物流和信息化贯穿全流程，成品也是集中式配送，元器件进厂，后面成批出去，零库存。

整个过程信息化做的非常到位，甚至在线体之间可以平衡，哪条线特别忙，哪条线闲都可以随时调度。

实战案例五：零散式机器人在“无人工厂”示范应用

把机器人挂在桁架上进行生产，这不是先进技术，但是我在物流和生产非常好的尝试。

昆山同日工业自动化有限公司 （简称“昆山同日”）专注于工业智能制造及物流装备行业，提供完整的智能制造解决方案，包括面向整体规划方案、信息系统、定制专机、物流仓储等；面向工厂智能制造改造项目，实现不停产改造目标，此外还拥有自主知识产权的智能工厂和智能物流系统的管控平台，全面实现工厂管理的集约化、精益化、柔性化。

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：

1. 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？

2. 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？

3. 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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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：

1. 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；

2. 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；

3. 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：

1. 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；

2. 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；

3. 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；

4. 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；

5. 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。

长按上方二维码关注微信公众号：AI-CPS，更多信息回复：

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”、“智能金融”、“智能零售”、“智能驾驶”、“智能城市”；新模式：“财富空间”、“工业互联网”、“数据科学家”、“赛博物理系统CPS”、“供应链金融”。

官方网站：AI-CPS.NET

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