本文從工業(yè)4.0的起源以及工業(yè)4.0戰(zhàn)略實施入手，研究了工業(yè)4.0的內(nèi)涵及其關(guān)鍵要素?；谏鲜鲅芯窟M一步明確其與工業(yè)3.0以及我國政府提出的“互聯(lián)網(wǎng)+”政策之間的差異。同時，本文調(diào)研了德國企業(yè)在工業(yè)4.0的背景下，有關(guān)企業(yè)的戰(zhàn)略、研發(fā)產(chǎn)品方向、智慧工廠建設(shè)、標準制定、工業(yè)4.0研發(fā)項目參與以及知識產(chǎn)權(quán)布局的最新發(fā)展。根據(jù)上述調(diào)研，本文明確了在工業(yè)4.0背景下參與到工業(yè)4.0的四種主要的企業(yè)類型和發(fā)展方向及重點。同時，基于對于國內(nèi)企業(yè)的現(xiàn)狀研究，本文提出了在現(xiàn)狀下參考工業(yè)4.0中國企業(yè)未來的發(fā)展重點和需要開展的工作，以及政府在支撐企業(yè)發(fā)展過程中的角色定位和應(yīng)當(dāng)采取的措施的建議。

第一部分 工業(yè)4.0概況

一、工業(yè)4.0 的由來及要素組成

工業(yè)4.0的概念最早出現(xiàn)在2011年漢諾威工業(yè)博覽會，德國人工智能研究中心董事兼行政總裁沃爾夫?qū)ね郀査固貭枺╓olfgang Wahlster）教授在開幕式中提到，要通過物聯(lián)網(wǎng)等媒介來推動第四次工業(yè)革命，提高制造業(yè)水平。由此，工業(yè)4.0被譽為第四次工業(yè)革命。

在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的大力推動下，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部于2013年將“工業(yè)4.0”項目納入了《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》的十大未來項目中，計劃投入2億歐元資金，支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，其目的在于奠定德國在關(guān)鍵技術(shù)上的國際領(lǐng)先地位，夯實德國作為技術(shù)經(jīng)濟強國的核心競爭力。隨后，德國機械及制造商協(xié)會（VDMA）等設(shè)立了“工業(yè)4.0平臺”，德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會發(fā)表了德國首個工業(yè)4.0標準化路線圖。

2011年的漢諾威工業(yè)博覽會的口號是“一體化工業(yè)”（Integrated Industry）和“智能效率”（Smart Efficiency）。

沃爾夫?qū)ね郀査固貭柼岢龅墓I(yè)4.0的主題是智慧工廠和智慧生產(chǎn)，同時提出工業(yè)4.0具有以下幾個要素：

①網(wǎng)絡(luò)安全為基礎(chǔ);

②數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴驶?

③產(chǎn)品信息存儲裝置（Product Memories）的大容量化;

④通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)機器與機器、人與機器間的互聯(lián)互通以及自主智能控制的高級別需求;

⑤貫穿整個價值鏈的端到端工程數(shù)字化集成。

二、解讀德國工業(yè)4.0 的戰(zhàn)略實施建議書

（一）德國工業(yè)4.0工作組與戰(zhàn)略實施建議書7

“工業(yè)4.0工作組”是在2011年底由工業(yè)科學(xué)調(diào)查聯(lián)盟（Industry-Science Research Alliance）的KOMMUNIKATION 促進小組（Promoters group）著手組建。

2012年1月，由來自Robert-Bosch GmbH的Dr. Siegfried Dais和來自acatech - German Academy of Science and Engineering的Prof. Henning Kagermann主持的“工業(yè)4.0工作組”成立，其主要任務(wù)是起草關(guān)于工業(yè)4.0實施的戰(zhàn)略建議書。

2012年10月，該工業(yè)4.0工作組向德國聯(lián)邦政府提交了一份工業(yè)4.0戰(zhàn)略實施建議書。

2013年4月8日，在“漢諾威工業(yè)博覽會”上，最終的工業(yè)4.0戰(zhàn)略實施建議書——《保障德國制造業(yè)的未來——關(guān)于實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》（Securing the future of German manufacturing industry——Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0）面世，除了Siegfried Dais和Henning Kagermann，這份報告的編撰也匯集了包括沃爾夫?qū)ね郀査固貭栐趦?nèi)的眾多專家。

（二）解讀工業(yè)4.0戰(zhàn)略實施建議書中的工業(yè)4.0的內(nèi)涵

工業(yè)4.0戰(zhàn)略實施建議書中的關(guān)于工業(yè)4.0的定義為：

由物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）和服務(wù)聯(lián)網(wǎng)（Internet of Services）所引領(lǐng)，最終會將機械、倉儲、產(chǎn)品等都納入信息物理系統(tǒng)中（Cyber-Physical Systems，簡稱CPS），實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置、個性化生產(chǎn)、高度自動化生產(chǎn)等效果。

信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System）就是指連接工業(yè)4.0中的各個要素，構(gòu)建交互網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實物理世界的融合。

工業(yè)4.0戰(zhàn)略實施建議書中的工業(yè)4.0中的關(guān)鍵要素主要包括：

CPS平臺：包括智能機器、儲存系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施，各個部分能夠相互獨立地自動交換信息、觸發(fā)動作和控制。

智慧工廠：主要關(guān)注智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)。

智慧電網(wǎng)等智能基礎(chǔ)設(shè)施：工業(yè)4.0生產(chǎn)的輔助設(shè)施，比如能源控制需求。

用戶端設(shè)施：用戶需求的采集與反饋，用戶的智能互動、智能設(shè)計。

（三）工業(yè)4.0戰(zhàn)略實施建議書中的工業(yè)4.0的特征

1、信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems）

信息物理系統(tǒng)（CPS）是由工業(yè)生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)節(jié)點互相連接而構(gòu)建出的工業(yè)4.0生產(chǎn)系統(tǒng)，它連接著真實的物理世界與虛擬的網(wǎng)絡(luò)世界。CPS又可以進一步的分為信息物理傳感器系統(tǒng)（CPSS）、信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)（CPPS）等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的相互作用與配合最終構(gòu)建成信息物理系統(tǒng)（CPS）。

2、工業(yè)4.0中的三項集成

工業(yè)4.0中的三項集成包括：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。工業(yè)4.0將傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過CPS形成一個網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機器、機器與機器以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實現(xiàn)橫向、縱向和端對端的高度集成。

①縱向集成：縱向集成就是解決企業(yè)內(nèi)部信息集成，解決信息網(wǎng)絡(luò)與物理設(shè)備之間的聯(lián)通問題。比如傳感器與執(zhí)行器、控制、生產(chǎn)管理等元素間的集成。

②橫向集成：橫向集成主要實現(xiàn)企業(yè)與企業(yè)之間、企業(yè)與產(chǎn)品之間的信息集成，將企業(yè)內(nèi)部的業(yè)務(wù)信息向企業(yè)以外的供應(yīng)商、經(jīng)銷商、用戶進行延伸。

③端到端的集成：端對端集成是圍繞產(chǎn)品全生命周期，流程從一個端頭（點）到另外一個端頭（點），中間是連貫的，沒有斷點。端到端的集成即可以是內(nèi)部的縱向集成，也可以是外部的企業(yè)與企業(yè)之間的橫向集成。

通過以上三種集成方式，在CPS平臺的整合下，最終搭建出完整的工業(yè)4.0信息集成網(wǎng)絡(luò)。

三、工業(yè)4.0與其它概念的聯(lián)系與區(qū)別

（一）工業(yè)4.0與工業(yè)3.0 、工業(yè)2.0

工業(yè)4.0是繼工業(yè)1.0機器代替人工時代、工業(yè)2.0的流水線時代、工業(yè)3.0高度自動化時代后的又一個新紀元的開始。

工業(yè)4.0與工業(yè)3.0 以及工業(yè)2.0 存在著聯(lián)系，但是也存在著本質(zhì)性區(qū)別，上述區(qū)別在不同層級和不同角度看有不同解讀。以下為通常的工業(yè)4.0與工業(yè)3.0 、工業(yè)2.0在上層、本層以及底層等各個層級方面的差異。

同時，不同企業(yè)在解讀工業(yè)4.0與工業(yè)3.0、工業(yè)2.0的差異時通常也會有不同。以下為西門子公司的解讀：

（二）工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”及中國制造

工業(yè)4.0是德國提出的對于未來工業(yè)發(fā)展方向的新的探索?？傮w上來講，工業(yè)4.0是基于物聯(lián)網(wǎng)，進一步基于物聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)的融合（CPS），實現(xiàn)集中式控制生產(chǎn)向分散式的自組織生產(chǎn)的智能生產(chǎn)的一種模式。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是由美國提出的對于未來工業(yè)發(fā)展方向的新的探索?？傮w來講，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更加注重軟件、網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)的融合，目的是實現(xiàn)通信控制和計算的集合。

從推動力量上看，工業(yè)4.0是由德國工程院和德國西門子公司等自發(fā)聯(lián)合發(fā)起的。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是由美國通用電氣發(fā)起，并由ATT、思科、IBM以及英特爾成立的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟共同推廣的。二者均由企業(yè)層面主導(dǎo)和推動，因此，企業(yè)對其具有一定的主動性。

從實現(xiàn)基礎(chǔ)和實現(xiàn)方法而言，工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)均基于互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，以打造智能化的體系為目標，網(wǎng)絡(luò)化和智能化是未來發(fā)展的主要方向。工業(yè)4.0提出利用信息化打造工廠和智能生產(chǎn)，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提出將工業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)在各個階段進行充分融合。

然而，二者的不同之處在于，德國企業(yè)提出的工業(yè)4.0偏重于生產(chǎn)制造的硬環(huán)節(jié)，而美國企業(yè)發(fā)起的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)偏重于軟環(huán)節(jié)，旨在形成開放的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，偏重于設(shè)計服務(wù)環(huán)節(jié)，注重物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)對于生產(chǎn)設(shè)備管理與服務(wù)性能的改善。在發(fā)展重點上，德國提出的工業(yè)4.0強調(diào)生產(chǎn)過程的智能化，而美國倡導(dǎo)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)強調(diào)生產(chǎn)設(shè)備的智能化。

我國的“互聯(lián)網(wǎng)+”是2015年3月份的中國政府工作報告中提出的一種概念。其含義為“利用互聯(lián)網(wǎng)的平臺，利用信息通信技術(shù)，把互聯(lián)網(wǎng)和包括傳統(tǒng)行業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)結(jié)合起來，在新的領(lǐng)域創(chuàng)造一種新的生態(tài)?！迸c工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不同的是，“互聯(lián)網(wǎng)+”本身并沒有強調(diào)對于工業(yè)發(fā)展方向的新探索?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”本身強調(diào)的是傳統(tǒng)行業(yè)（不限于工業(yè)，例如零售行業(yè)、交通行業(yè)等）如何利用互聯(lián)網(wǎng)工具實現(xiàn)高效率，其基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng)而非工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”本身與生產(chǎn)過程的智能化和生產(chǎn)設(shè)備的智能化以及個性化定制的目標達成之間尚且沒有直接的實現(xiàn)路徑。

《中國制造2025》則代表“中國版的工業(yè)4.0”的正式提出?！爸袊娴墓I(yè)4.0”既著眼于未來的智能化生產(chǎn)，同時考慮到中國工業(yè)的現(xiàn)狀，立足于工業(yè)2.0補課、工業(yè)3.0普及以及工業(yè)4.0的目標。目標是提升整體制造業(yè)水平，力爭實現(xiàn)數(shù)字化普及，以及智能化生產(chǎn)。基于此，在《中國制造2025》中提出十大重點發(fā)展領(lǐng)域。比較德國工業(yè)4.0和“中國版的工業(yè)4.0”可知，二者之間還是存在顯著差異。首先，德國工業(yè)4.0是基于高度發(fā)達的自動化生產(chǎn)而提出的以智能工廠和智能生產(chǎn)作為目標的戰(zhàn)略，而“中國版的工業(yè)4.0”是在低端制造業(yè)和工業(yè)2.0的基礎(chǔ)上提出的力爭實現(xiàn)數(shù)字化普及的戰(zhàn)略，其主要強調(diào)的是工業(yè)3.0的普及，而工業(yè)4.0屬于其中初步探索部分。其次，德國工業(yè)4.0 所謀劃的是在工業(yè)3.0的基礎(chǔ)上進一步提出的一種新型的工業(yè)生產(chǎn)方式，而“中國版的工業(yè)4.0”則是寄希望于通過著力發(fā)展重點產(chǎn)業(yè)（例如十個重點發(fā)展技術(shù)領(lǐng)域）解決制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的問題，從而達到提高整個中國制造水平的目的。

四、工業(yè)4.0所面臨的難題

德國工業(yè)4.0工作組的最終報告中認為，實現(xiàn)工業(yè)4.0尚存在標準化、工廠組織架構(gòu)問題、通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)安全保障等7大難題。

（1）標準化：工業(yè)4.0融合了各種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，但這些網(wǎng)絡(luò)之間往往具有完全不同的通信協(xié)議，而不同網(wǎng)絡(luò)之間的標準化問題就成為制約工業(yè)4.0發(fā)展的一個重要問題。

（2）工廠組織架構(gòu)問題：工業(yè)4.0下，工人直接進行生產(chǎn)活動越來越少，而更多轉(zhuǎn)向生產(chǎn)的管理和流程的控制。這將對工廠內(nèi)部的組織架構(gòu)造成一定的影響，目前還缺少構(gòu)建工業(yè)4.0下工廠組織架構(gòu)的實踐經(jīng)驗。

（3）通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)：信息流和數(shù)據(jù)流的交互對于通信基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)要求提高。

（4）網(wǎng)絡(luò)安全保障：工業(yè)4.0的龐大數(shù)據(jù)流的控制對于工廠的生產(chǎn)等具有重大的影響，信息系統(tǒng)的控制權(quán)會引發(fā)數(shù)據(jù)安全問題，目前針對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)還并不完善，因此系統(tǒng)安全難以保證。

（5）產(chǎn)品可用性：分布式加工對于進程的要求或者某些部件要求不斷提高，因此若出現(xiàn)上述問題，可能導(dǎo)致產(chǎn)品可用性下降。

（6）人才：工業(yè)4.0中，人才仍然是非常重要的，同時，工業(yè)4.0新的生產(chǎn)模式對于人員的要求也提高了。

（7）商業(yè)模式：多個企業(yè)的聯(lián)合可能引發(fā)商業(yè)模式的變更。

第二部分 工業(yè)4.0 對于德國企業(yè)的影響

2010年7月14日，德國內(nèi)閣提出“高科技戰(zhàn)略2020”。 2012年德國政府通過“高科技戰(zhàn)略行動計劃”，其中包括十大“未來項目（future project）”，并將在2012-2015年投資84億歐元。工業(yè)4.0也是十大“未來項目”之一。 該計劃預(yù)計在2020年將德國打造成領(lǐng)先的CPS供應(yīng)方。

工業(yè)4.0是德國產(chǎn)業(yè)界、學(xué)界、研究機構(gòu)等共同提出并推動的，企業(yè)尤其是最為重要的推動力量之一，典型的企業(yè)包括西門子和SAP等，研究機構(gòu)包括德國弗勞恩霍夫協(xié)會和德國國際科學(xué)與工程院等。由于工業(yè)4.0的智能化很大程度上依賴于傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、IT技術(shù)、和普通制造型企業(yè)，因此，本部分選取在傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、IT技術(shù)、以及普通制造型德國企業(yè)，研究其在工業(yè)4.0的背景下的企業(yè)戰(zhàn)略、研發(fā)產(chǎn)品方向、智慧工廠建設(shè)、標準制定、工業(yè)4.0研發(fā)項目參與、知識產(chǎn)權(quán)布局的最新發(fā)展。根據(jù)研究，展示這些企業(yè)未來在工業(yè)4.0背景下發(fā)展重點。

五、工業(yè)4.0下德國各類企業(yè)的行動

在很多企業(yè)看來，工業(yè)4.0 是IT驅(qū)動的自動化（或IT+OT）。IT與OT的融合是工業(yè)4.0 一個顯著的特點;例如Beckhoff、 Phoenix Contact均持有類似觀點，其他跨國公司同樣持有類似觀點，例如Schneider等。

工業(yè)4.0本質(zhì)上就是將傳統(tǒng)的生產(chǎn)要素彼此連接，構(gòu)建成巨大的網(wǎng)絡(luò)，并基于該網(wǎng)絡(luò)連接虛擬世界與現(xiàn)實世界，實現(xiàn)更高層次的自動化控制。因此，在很多企業(yè)看來，互連是工業(yè)4.0的要素之一，包括人、機器和虛擬世界等互連。SIEMENS認為互連實現(xiàn)自組織生產(chǎn)、自適應(yīng)生產(chǎn)以及虛擬世界與現(xiàn)實世界的融合是工業(yè)4.0的應(yīng)有之意。同樣，另一跨國公司Rockwell（一家美國公司）提出“互聯(lián)”企業(yè)這樣的概念。

以下從工控/自動化企業(yè)、傳感器企業(yè)、通信/IT企業(yè)以及普通制造企業(yè)四個方面進行研究。

（一）工控/自動化企業(yè)

工業(yè)4.0下，工控/自動化企業(yè)承擔(dān)著自動化系統(tǒng)構(gòu)建的重要任務(wù)，是工業(yè)4.0實現(xiàn)的重要推動力以及可行性實施方案的主要提出者。因此，工控/自動化企業(yè)在工業(yè)4.0中占有較大的主動權(quán)，但同時也面臨較大的挑戰(zhàn)。通過對于德國工控/自動化企業(yè)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)4.0的背景下，工控/自動化企業(yè)的主要行動包括：

① 積極參與工業(yè)4.0相關(guān)項目的研究

德國政府為了推進工業(yè)4.0，積極資助企業(yè)項目，比如it's OWL聯(lián)盟，其中匯集了大量的德國優(yōu)秀企業(yè)（Hüttenh?lscher Maschinenbau GmbH & Co. KG、IMA Klessmann GmbH timber processing systems、Schirmer Maschinen GmbH等）的ScAut項目、efa項目等，這些項目主要以進行智能化系統(tǒng)的開發(fā)為主要目標。由于目前工業(yè)4.0的控制系統(tǒng)構(gòu)建還沒有統(tǒng)一的標準，企業(yè)可以通過參與項目研究積累實際經(jīng)驗，拓寬研發(fā)思路。

②強化工控軟件的性能

工業(yè)4.0對工控軟件也提出了新的挑戰(zhàn)，工業(yè)4.0的到來，大大增加了需要處理的數(shù)據(jù)量，多系統(tǒng)整合對于系統(tǒng)的管理控制能力也提出了新的挑戰(zhàn)。同時為了保證操作人員的操作順暢與便捷，數(shù)據(jù)的可視化程度也需要進一步提高，而像產(chǎn)品生命周期管理等新的管理需求，更是以前很少涉及的，因此傳統(tǒng)的工控軟件難以滿足這些需求。強化工控軟件的需求就顯得格外迫切。在這方面，西門子公司表現(xiàn)積極，目前已經(jīng)可以提供產(chǎn)品生命周期管理PLM和管理自動化任務(wù)框架的TIA PORTAL。

③進一步提升工業(yè)以太網(wǎng)的實時性

工業(yè)4.0對數(shù)據(jù)的實時性有著很高的要求，因此，提升工業(yè)以太網(wǎng)的實時性是目前一個十分重要的任務(wù)。德國企業(yè)提升工業(yè)以太網(wǎng)的實時性主要從兩方面入手。一是通過標準化接口設(shè)備及技術(shù)，避免數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)過多的數(shù)據(jù)變化，影響了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。另一方面是提升工業(yè)以太網(wǎng)本身的性能，通過推出新的以太網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化傳輸性能，如Beckhoff就推出了新的以太網(wǎng)系統(tǒng)。

④強化機器人技術(shù)

工業(yè)4.0需要實現(xiàn)更高度的自動化，機器人技術(shù)是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的重要技術(shù)，在工業(yè)4.0的背景下，機器人技術(shù)包括生產(chǎn)機器人和輸送機器人兩類。生產(chǎn)機器人主要用來直接完成生產(chǎn)任務(wù)，對于機器人的精確控制和安全性有更高的要求。工控企業(yè)對生產(chǎn)機器人的研發(fā)都比較活躍，如Beckhoff和西門子等公司都在機器人方面表現(xiàn)的十分積極。

由于生產(chǎn)自動化的提高，除了生產(chǎn)機器人外，輸送機器人系統(tǒng)也越來越受到企業(yè)的重視。輸送機器人系統(tǒng)主要要求其可以實現(xiàn)高精度、高速度運動，同時配合以高精度的識別系統(tǒng)，使運輸、生產(chǎn)和諧統(tǒng)一。目前主要的識別技術(shù)是RFID技術(shù)。在這方面Beckhoff已經(jīng)推出了新的XTS系統(tǒng)，[ WWW.BECKHOFF.COM]西門子公司則推出了RFID識別系統(tǒng)。

⑤構(gòu)建設(shè)備間的通信網(wǎng)絡(luò)

工業(yè)4.0不再是某一生產(chǎn)步驟的自動化，而是整個生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)的全面自動化。這就要求不同功能的生產(chǎn)設(shè)備之間必須能夠彼此協(xié)作配合，因此設(shè)備之間的通信互聯(lián)就顯得尤其重要，相關(guān)的技術(shù)也是各大企業(yè)目前研發(fā)的重點之一。

此外，工業(yè)4.0將極大地減少人的介入，機器必須能夠自行處理一些簡單問題。這就要求機器可以實現(xiàn)自我管理、配置。隨著工業(yè)4.0系統(tǒng)的擴大，生產(chǎn)活動對機器自我管理的能力要求也越來越高。在這方面，西門子和Beckhoff等公司都已經(jīng)展開行動。

⑥尋求與IT企業(yè)的合作

某些大型企業(yè)例如Schneider認為，如果傳統(tǒng)的自動化解決方案企業(yè)例如西門子、Schneider，、Alston等無法整合IT企業(yè)優(yōu)勢的話，將很難在工業(yè)4.0背景下占據(jù)優(yōu)勢地位。與Schneider持有類似觀點的還有Rockwell，該公司與美國思科公司結(jié)成了戰(zhàn)略聯(lián)盟，以在工業(yè)4.0的背景上實現(xiàn)AT+IT的戰(zhàn)略優(yōu)勢地位。同樣，IFM在戰(zhàn)略上加強了與軟件供應(yīng)商SAP的合作，打造“從傳感器到ERP”的戰(zhàn)略。

（二）傳感器企業(yè)

傳感器是工業(yè)4.0的基礎(chǔ)，正確的信息是包括機器互聯(lián)、人機互聯(lián)在內(nèi)的CPS系統(tǒng)的作出正確決策的基礎(chǔ)和依據(jù)。因此，傳感器企業(yè)可以說是工業(yè)4.0背景下除了工控/自動化企業(yè)之外的核心企業(yè)。傳感器企業(yè)在整個工業(yè)4.0中的層級屬于最底層（層級劃分有多種，其中一種為傳感器層級、自動化層級、SCADA層級、 MES層級和 ERP層級），但同時卻是最基礎(chǔ)的層。

傳感器作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要信息采集裝置，早已在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用。但隨著工業(yè)4.0的發(fā)展，普通的傳感器技術(shù)已經(jīng)不能滿足工業(yè)4.0的需求。

工業(yè)4.0具有很高的實時化要求，因此傳感器必須保證具有很高的采集速度，同時傳感器系統(tǒng)與上層系統(tǒng)之間必須保證無縫連接，這其中既包括硬件接口的無縫連接，也包括通信協(xié)議的兼容。針對這些問題和需求，傳感器企業(yè)的行動包括：

①推出智能傳感器

在解決實時傳輸?shù)膯栴}上，目前傳感器企業(yè)基本已經(jīng)達成一致，即最有效解決無縫傳輸問題的手段是使用智能傳感器，在傳感器上安裝處理器或者加裝處理器模塊實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理和儲存，在數(shù)據(jù)采集的同時就已經(jīng)對采集到的數(shù)據(jù)進行了預(yù)處理，增強了信號的兼容性。目前SICK、IFM、PILZ都已經(jīng)推出了自己的智能傳感器。

②智能傳感器帶來的系統(tǒng)布置升級

由于使用了智能傳感器，使數(shù)據(jù)處理任務(wù)分散到各個小型處理器中，中央處理器的作用和地位大大降低，因此有的企業(yè)推出了去中心化的傳感器系統(tǒng)，從而降低了對中央處理器的需求，也增加了系統(tǒng)的可靠性。這方面，PILZ就提出了分布式的數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)。

③安全傳感器系統(tǒng)升級

工業(yè)4.0并不是完全使用機器代替人工，而是讓機器與人在生產(chǎn)上達到統(tǒng)一并相互協(xié)作，那么對于生產(chǎn)安全的要求將更高。在這方面，傳統(tǒng)的安全傳感器系統(tǒng)依舊可以發(fā)揮其作為，比如光幕傳感器、光柵傳感器等。但在此基礎(chǔ)之上，也需要更高防護的安全傳感器系統(tǒng)，目前德國傳感器企業(yè)比較看重的是3D相機監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以全方位的實現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控，更加可靠地保證操作者的安全。比如Pilz就推出了新的3D相機監(jiān)控系統(tǒng)。

④積極參與相關(guān)標準的制定

隨著工業(yè)4.0的深入，現(xiàn)有的安全標準可能難以滿足未來的需要，這對傳感器企業(yè)有很大的影響，因此有實力的傳感器企業(yè)都已經(jīng)積極參與到相關(guān)標準的制定中。如PILZ就積極參與到工業(yè)4.0安全標準的制定中。

（三）通信/IT企業(yè)

在工業(yè)4.0中，IT企業(yè)主要提供軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩方面的支持。

在軟件方面，為了更好地向企業(yè)提供服務(wù)，IT企業(yè)一般需要與工控類企業(yè)合作，借助工控類企業(yè)的經(jīng)驗，從實際的需求出發(fā)，為企業(yè)提供諸如企業(yè)資源規(guī)劃軟件、生產(chǎn)進程管理軟件等管理類軟件。

在通信方面，主要是依托于自身過硬的通信技術(shù)以及云服務(wù)器資源，為企業(yè)或生產(chǎn)單元之間的互聯(lián)搭建橋梁，幫助企業(yè)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲以及傳輸。比如西門子公司就積極從事云服務(wù)器性能提升方面的工作。

①網(wǎng)絡(luò)安全

工業(yè)4.0的一大特征是網(wǎng)絡(luò)化程度的提高，尤其是云計算技術(shù)的使用，極大地提升了生產(chǎn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化程度。此外，設(shè)備自動化程度的提高，使得設(shè)備擁有了越來越多的決策權(quán)，那么工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)一旦遭受攻擊，將導(dǎo)致傳統(tǒng)工業(yè)時代難以比擬的損失和危險。所以在工業(yè)4.0時代，對于網(wǎng)絡(luò)安全的要求也明顯提高。但目前針對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)還并不完善。但相關(guān)需求已經(jīng)引起了業(yè)內(nèi)企業(yè)的重視，如PILZ等企業(yè)已經(jīng)在這方面展開了行動。

②設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信

設(shè)備間的通信是工業(yè)4.0中的重要技術(shù)之一。目前分為有線通信和無線通信兩種。相比于有線通信，無線通信技術(shù)不需要進行額外的線路布置工作，因此簡化了設(shè)備裝配工作，而且也可以使設(shè)備布置更加靈活。盡管目前無線通信在傳輸距離等方面還有問題沒有解決，但總體上相比于有線通信，無線通信更適合工業(yè)4.0的需求。所以無線傳輸技術(shù)將更多地應(yīng)用于設(shè)備間的交互，如Rockwell等公司已經(jīng)開始行動。

③管理軟件升級

工業(yè)4.0使得生產(chǎn)系統(tǒng)中的軟件和硬件數(shù)量及種類都有很大的增長，因此相應(yīng)的管理軟件也需要進行一定的升級，以滿足工業(yè)4.0的需求。除了傳統(tǒng)的監(jiān)控、管理功能外，新的管理軟件也將具有設(shè)備集中配置與生產(chǎn)流程規(guī)劃管理等更高層次的管理能力。如西門子等企業(yè)已經(jīng)在這方面加強了研發(fā)。SAP開發(fā)其ERP系統(tǒng)時將管理軟件的層級盡量下沉。

④云技術(shù)的應(yīng)用與提升

大數(shù)據(jù)的使用是工業(yè)4.0的又一大技術(shù)特征。工業(yè)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)包含生產(chǎn)、研發(fā)、實驗、設(shè)計等各類數(shù)據(jù)，隨著云端數(shù)據(jù)庫的建立與完善，云服務(wù)器將根據(jù)生產(chǎn)需求向企業(yè)傳遞所需的各類數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用將極大地降低企業(yè)的研發(fā)成本，加快研發(fā)進度。因此云端大數(shù)據(jù)的應(yīng)用將成為未來工業(yè)4.0的重要特點之一。這方面如Rockwell等企業(yè)都已經(jīng)開始進行相關(guān)的研究。

目前的云技術(shù)還不能全面地滿足工業(yè)4.0的需求，比如云存儲、數(shù)據(jù)處理、流程規(guī)劃、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等技術(shù)都是云技術(shù)在工業(yè)4.0中應(yīng)用所必須解決的重要技術(shù)。這主要是由于工業(yè)4.0要求高度的實時化，這就導(dǎo)致向云端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大增，那么無論是數(shù)據(jù)的存儲、處理還是傳輸都將面臨極大的挑戰(zhàn)，傳輸信道一旦發(fā)生擁堵，將極大地影響數(shù)據(jù)的質(zhì)量和效率，甚至影響生產(chǎn)系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。因此云技術(shù)下的各個技術(shù)分支在未來都需要進一步的提升。

⑤輔助構(gòu)建完整的生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)

工業(yè)4.0是一個完整的生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)，因此工業(yè)4.0不僅包括基于CPS平臺連接智慧工廠，還包括配套的物流系統(tǒng)、倉儲系統(tǒng)、智能建筑、智能電網(wǎng)等，因此除了工廠相關(guān)的直接生產(chǎn)類技術(shù)大發(fā)展外，相關(guān)的物流系統(tǒng)、倉儲系統(tǒng)、智能建筑、智能電網(wǎng)等都需要進行相應(yīng)的提升與改進，尤其是網(wǎng)絡(luò)化改造的進程將大大加速，多系統(tǒng)融合將加快腳步。而這些系統(tǒng)的融合與數(shù)據(jù)交互離不開IT企業(yè)的支持。

（四）普通制造企業(yè)

普通制造企業(yè)是工業(yè)4.0應(yīng)用的前沿陣地，也是工業(yè)4.0的最大受益者。但實施工業(yè)4.0并不意味著無限地追逐自動化程度，而應(yīng)做到人機之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而大大簡化工人的勞動，提升工作效率和質(zhì)量。比如寶馬就秉持這樣的理念，推動智能科技與傳統(tǒng)制造的融合，推進智慧工廠與智能生產(chǎn)的融合，從而提升生產(chǎn)效率與能力。

①打造智能物流系統(tǒng)

與工控企業(yè)不同，普通制造企業(yè)除了需要完成產(chǎn)品的生產(chǎn)以外，還要完成產(chǎn)品上下游產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建，因此不但要完成工廠內(nèi)的智能化系統(tǒng)構(gòu)建，也要完善工廠外的智能物流系統(tǒng)，以保證整條產(chǎn)業(yè)鏈的完整與高效。

②基礎(chǔ)生產(chǎn)設(shè)備的智能化改造

基礎(chǔ)生產(chǎn)設(shè)備如果不能實現(xiàn)智能化，整個生產(chǎn)的智能化也就無從談起，因此普通制造企業(yè)對于機器人系統(tǒng)和傳輸帶系統(tǒng)等保證基本生產(chǎn)工作的系統(tǒng)都十分重視，各制造商業(yè)在積極開展相關(guān)工作，建設(shè)示范工廠，主動推進自己的智能化進程。

③開發(fā)適合自己的管理系統(tǒng)

由于不同制造企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈中的位置不同，需要完成的生產(chǎn)任務(wù)也大有不同，與上下游的關(guān)系和合作方式也因企業(yè)而異，因此不同類型的制造企業(yè)對于生產(chǎn)管理有不同的需求。所以制造企業(yè)在管理系統(tǒng)的研發(fā)方面也都十分積極。比如寶馬就開發(fā)出數(shù)據(jù)矩陣碼（data matrix code）為新的BMW 7系記錄了整個碳生產(chǎn)過程。

（五）德國企業(yè)在工業(yè)4.0背景下的知識產(chǎn)權(quán)動向

1、重點布局細分技術(shù)

知識產(chǎn)權(quán)作為技術(shù)的延伸，在某種程度上與技術(shù)的重點和發(fā)展等呈現(xiàn)一定的吻合性，總體上，工業(yè)4.0下德國企業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)布局體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）機器互聯(lián)

機器互聯(lián)是工業(yè)4.0的重要內(nèi)容之一，因此機器之間的交互均為重點。Beckhoff布局了關(guān)于傳感器之間相互進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶＠?，同樣，其它德國企業(yè)也布局了機器互聯(lián)的專利。

（2）工業(yè)通信

①數(shù)據(jù)的實時化

使用傳感器采集數(shù)據(jù)以及基于采集的信號控制相關(guān)進程都屬于傳統(tǒng)技術(shù)，但在工業(yè)4.0的環(huán)境下，對于這項技術(shù)有更高的要求。其中最重要的要求就是數(shù)據(jù)的實時化，即數(shù)據(jù)的實時采集、實時處理、及實時控制。進而實現(xiàn)系統(tǒng)或設(shè)備間的無縫連接。

通過對已公開專利（Beckhoff目前已經(jīng)公開的專利）的初步閱讀均涉及到了工業(yè)以太網(wǎng)的實時傳輸。

②數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｕ?/p>

為了實現(xiàn)這樣的連接，首先就要從接口和協(xié)議兩方面為數(shù)據(jù)傳輸提供保證。其次，也需要充分考慮到網(wǎng)絡(luò)和機械兩方面的安全問題。另外，也需要增強設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力，作為整個系統(tǒng)性能提高的基礎(chǔ)條件。通過對已公開專利的初步閱讀，至少Beckhoff、Phoenix Contact目前已公開的專利均涉及到了數(shù)據(jù)傳輸通信的安全問題。

③通信技術(shù)本身以及架構(gòu)

隨著系統(tǒng)化程度的提升，設(shè)備間的聯(lián)系將更加密切，相關(guān)的連接設(shè)備也是保證工業(yè)4.0實現(xiàn)的重要因素，尤其是無線連接技術(shù)有很大的發(fā)展空間。此外，系統(tǒng)化的提高使得系統(tǒng)級的控制也變得日益重要。

通過對專利的初步閱讀，Beckhoff和其它德國企業(yè)目前已經(jīng)公開的專利中，均涉及到了通信技術(shù)本身以及架構(gòu)問題。

（3）智能控制

系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)進行學(xué)習(xí)決策等

不僅是單純的對大數(shù)據(jù)庫的數(shù)調(diào)用，而且要求通過全球化的系統(tǒng)使得生產(chǎn)（或其他）系統(tǒng)之間具有自我學(xué)習(xí)、聯(lián)合控制、聯(lián)合決策等能力。

（4）人機交互

隨著智能設(shè)備的發(fā)展，人機交互界面的可能性大大提高。從多點觸控面板到智能手機，再到Google Glass，人機交互的便捷性日益提高。同時，相關(guān)的安全問題也逐漸凸顯。這些都是企業(yè)發(fā)展的方向。

2、各企業(yè)重點技術(shù)專利布局比對表

從專利的布局特點看，生產(chǎn)系統(tǒng)間在網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)交互技術(shù)、從單個傳感器到云端的各類系統(tǒng)、電氣設(shè)備等領(lǐng)域?qū)＠季州^為密集，反映出了這些技術(shù)的重要性和企業(yè)的掌握程度較高。這些特點也與德國工業(yè)4.0偏“硬”有關(guān)系。

六、工業(yè)4.0 下德國產(chǎn)業(yè)界的智慧工廠的最新進展

目前德國產(chǎn)業(yè)界智慧工廠主要包括以下三家：西門子、Bosch以及Wittenstein。

（一）西門子在Amberg的智慧工廠

西門子在Amberg設(shè)立的工廠，主要生產(chǎn)PLC、DCS和隸屬于SIMATIC系列，西門子S7系列控制器，遠程終端模塊ET200，HMI人機界面C7系列等產(chǎn)品，其使用自己提供的軟件和PLC自動化設(shè)備組建了數(shù)字化化生產(chǎn)系統(tǒng)。西門子在Amberg的智慧工廠目前已經(jīng)達到了75%的自動化程度，另外25%需要人工協(xié)助。該工廠目前作為工業(yè)4.0的雛形工廠，主要實現(xiàn)了產(chǎn)品與設(shè)備的交互以及所有的過程均通過IT優(yōu)化和控制。

1、產(chǎn)品與設(shè)備的交互

主要是通過大量的掃描儀提取產(chǎn)品的各類信息，追蹤產(chǎn)品的生命周期。車間的產(chǎn)品上都會有獨特的RFID碼，會告訴生產(chǎn)單元它本身需要什么服務(wù)，實現(xiàn)產(chǎn)品與設(shè)備的交互。為了按期交付，產(chǎn)品和機器將共同決定應(yīng)當(dāng)首先在哪條生產(chǎn)線上完成哪道工序。

2、IT優(yōu)化和控制的工藝流程

西門子工廠通過Teamcenter實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理。零件列表和生產(chǎn)計劃將直接傳遞到ERP，且技術(shù)信息傳遞到Simatic IT（MES）。通過不斷收集和補充來自Teamcenter的數(shù)據(jù)，完善各個軟件的信息，實現(xiàn)對工藝的控制和優(yōu)化。

（二）Bosch 在Hombur的智慧工廠

Bosch是工業(yè)4.0中的引領(lǐng)者，其在工業(yè)4.0方面已經(jīng)有100多個研發(fā)項目。

Bosch與Rexroth合作，在Hombur建立了智慧工廠。Hombur的工廠的一條生產(chǎn)線在2015年獲得了工業(yè)4.0獎項，被認為是實踐工業(yè)4.0的最佳生產(chǎn)線。

Homburg/Saar生產(chǎn)線特點在于：

該生產(chǎn)線在工件上利用RFID芯片;利用生產(chǎn)線上的9個智能的站點，來識別已經(jīng)完成的產(chǎn)品是如何組裝的;哪一個操作步驟是必須的，顯示器向技術(shù)人員顯示出對應(yīng)的工作指令。

（三）Wittenstein的智慧工廠

Wittenstein認可工業(yè)4.0對于其戰(zhàn)略發(fā)展的重要意義，其定位自身為工業(yè)4.0的引領(lǐng)者，致力于產(chǎn)品制造的優(yōu)化和開發(fā)用于工業(yè)4.0的產(chǎn)品。Wittenstein希望利用其在Fellbach的工廠建立工業(yè)4.0概念?？傮w上，希望實現(xiàn)機床、生產(chǎn)工藝和半成品可在某一點上隨時通過網(wǎng)絡(luò)進行鏈接，人們可以在最后時刻更改齒輪的規(guī)格。

第三部分 工業(yè)4.0 下的機遇/挑戰(zhàn)以及啟示

七、工業(yè)4.0下中國制造企業(yè)發(fā)展面臨的機遇和挑戰(zhàn)

（一）機遇

1、從德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略看CPS市場機遇

2010年7月14日，德國內(nèi)閣提出“高科技戰(zhàn)略2020”。2012年德國政府通過“高科技戰(zhàn)略行動計劃”，其中包括十大“未來項目（future project）”，并將在2012-2015年投資84億歐元。工業(yè)4.0也是十大“未來項目”之一。并計劃在2020年，將德國打造成領(lǐng)先的CPS供應(yīng)方。

從德國以及企業(yè)關(guān)于4.0的調(diào)研情況看中國至少存在以下機會：

德國的2020定位于CPS輸出國，作為制造大國，在未來智能制造的態(tài)勢下，中國國內(nèi)存在著巨大的CPS 市場，這也是中國在未來至少巨大的國內(nèi)市場的支撐所在。

2、從德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略看新一輪工業(yè)革命帶來的機遇

工業(yè)4.0的結(jié)果將是革命性的，在這樣的背景下，工業(yè)4.0對于德國企業(yè)的定位和技術(shù)發(fā)展都有深遠的影響。

從目前德國企業(yè)的行動戰(zhàn)略看：

①通過和IT業(yè)聯(lián)手，可以彌補在工業(yè)4.0 下的企業(yè)IT能力不足，例如IT與工控/自動化企業(yè)合作;

②通過提前參與到工業(yè)4.0 標準制定工作中，有可能會在未來占得先機;

③通過提前并購某些企業(yè)或者儲備一些相應(yīng)的技術(shù)，有可能會在未來更好把握新的工業(yè)形勢下的機會;

總體上，盡管德國企業(yè)具有先天的3.0 的基礎(chǔ)優(yōu)勢，但是同樣面臨一些需要解決的問題，如果中國企業(yè)在這些問題上（即便僅）有一小部分的改進，也有可能在未來的競爭中掌握一定的主動權(quán)。因此，中國企業(yè)面臨 “后發(fā)效應(yīng)”和“彎道超車”的機遇。當(dāng)然，中國企業(yè)由于先天基礎(chǔ)的薄弱，某些行業(yè)某些企業(yè)可能能夠有這樣的機會，對于更多企業(yè)，尤其普通制造業(yè)而言，更需要做的是看準方向，夯實基礎(chǔ)，堅持創(chuàng)新，穩(wěn)步前行。

（二）挑戰(zhàn)

與機遇相比，中國工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)更多，主要源于中國與智能制造相關(guān)的傳感器、自動/控制企業(yè)的整體競爭力尚需提高，中國的IT企業(yè)的整體競爭力，和作為CPS用戶的普通制造型企業(yè)的整體競爭力同樣尚需提高。

1、總體制造業(yè)的競爭力受到約束

①傳統(tǒng)制造業(yè)比重較大，且多處于工業(yè)2.0和工業(yè)3.0階段，不同地域和行業(yè)發(fā)展不平衡。

②制造業(yè)試圖簡單通過引入先進設(shè)備實現(xiàn)行業(yè)升級，造成的結(jié)果往往是“機器多、人少、問題多”，減少人員未必會帶來高效，管理機器的難度可能會更大。

③制造業(yè)處于全球價值鏈中低端，落后產(chǎn)能規(guī)模大，壟斷領(lǐng)域進入難。

④當(dāng)前許多企業(yè)內(nèi)部的基礎(chǔ)設(shè)施和人力等條件還不具備使用工業(yè)機器的要求，同時對于成本回報比率和周期的不確定性，許多企業(yè)對運用智能制造設(shè)備等仍有疑慮。

2、工控自動化/裝備制造業(yè)領(lǐng)域競爭力薄弱

①與發(fā)達國家相比，中國智能制造與國外差距很大，只占高端傳感器、智能儀器儀表、高檔數(shù)控系統(tǒng)、和工業(yè)應(yīng)用軟件等不足5%全球市場份額。

工控自動化制造領(lǐng)域涉及三個不同層級企業(yè)：以西門子、Honeywell、Emerson等公司為代表的國際跨國企業(yè)，國內(nèi)部分合資企業(yè)和大中型國內(nèi)綜合型企業(yè)以及數(shù)量眾多水平較為落后的國內(nèi)中小企業(yè)。

上述企業(yè)中，外資或合資企業(yè)占據(jù)重要位置，如Schneider、ABB、Siemens、Phoenix Contact、Honeywell、Emerson等。

②中國企業(yè)機器人普及率較低，目前中國每萬名工人機器人擁有量遠低于其他發(fā)達國家，且沒有掌握核心技術(shù)。

③核心零部件依賴進口，通過零部件功能設(shè)計和數(shù)字化來實現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)化可能會成為一個瓶頸66。

在此領(lǐng)域中，縱觀整個行業(yè)，尚未發(fā)現(xiàn)在工控自動化或者是傳感器方面可能有良好基礎(chǔ)的企業(yè)。

3、IT/通信領(lǐng)域競爭力薄弱

總體上，中國缺少可以與諸如cisco、SAP這樣的工業(yè)管理軟件企業(yè)相提并論的企業(yè)。

IT業(yè)作為工業(yè)4.0的支柱之一，其某種程度上代表著整個工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型的速度，目前中國很多IT企業(yè)已經(jīng)開始嘗試進入工業(yè)領(lǐng)域，比如小米通過合作投資進軍可穿戴硬件和智能家居產(chǎn)品，阿里巴巴入股海爾、美的等。但是工業(yè)4.0產(chǎn)業(yè)競爭的制高點在于智能制造標準體系的建立，中國必須有如AT&T、思科、通用電氣、IBM、SAP等IT基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)軍企業(yè)，才能在標準體系建設(shè)中掌握話語權(quán)，也才能在這場工業(yè)改革狂瀾中站穩(wěn)腳步。

4、總體對于工業(yè)4.0處于概念認知階段

總體上，中國企業(yè)對于工業(yè)4.0尚處于概念認知階段，在工業(yè)4.0的部分要素中所涉及行動企業(yè)尚且沒有可與專注于4.0深入研究的國際跨國大公司相競爭的公司。因此，此處僅對各公司進行寬泛的研究。見諸于報端的與工業(yè)4.0有關(guān)的報道可能與工業(yè)4.0的部分要素看似相關(guān)但實則多數(shù)并不屬于真正意義上的工業(yè)4.0。

5、缺少有足夠科研實力的科研組織機構(gòu)介入到工業(yè)4.0的項目發(fā)展研究中

目前見諸報端的與科研機構(gòu)相關(guān)的科研組織的活動很難有屬于真正意義上的工業(yè)4.0研究。

6、人員

一線產(chǎn)業(yè)工人大部分是沒有受過技能教育和培訓(xùn)的外來務(wù)工人員，這對制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的影響更為直接。

7、標準化問題

數(shù)據(jù)的標準化是“工業(yè)4.0”所面臨的最大挑戰(zhàn)之一，目前在世界上尚未有統(tǒng)一的標準，中國也存在標準化的問題。

（三）中國企業(yè)推進工業(yè)4.0的有利因素

1、政府重視且重視與德國的政府間合作

①政府于2015年正式出臺“中國制造2025”;

②2014年10月9日，國務(wù)院總理李克強訪問德國，簽訂了《中德合作行動綱要》，并進一步于2015年7月簽署了《中德備忘錄》。

2、政策支持和項目資助

政府出臺多項政策，推動工業(yè)4.0的發(fā)展：

①工信部從2015年開始花大約三年時間，選擇重點領(lǐng)域，選擇一些地區(qū)、行業(yè)做一些試點和示范探索，不斷總結(jié)經(jīng)驗，推進智能制造發(fā)展。

②2015年將推動中國寬帶網(wǎng)絡(luò)能力繼續(xù)躍升，積極支撐和服務(wù)智能制造，促進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

③2013年底，工信部發(fā)布了《關(guān)于推進工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出到2020年，培育3-5家具有國際競爭力的龍頭企業(yè)和8-10個配套產(chǎn)業(yè)集群。④2012年政府出臺了《智能制造裝備產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，總體目標是經(jīng)過10年的努力，形成完整的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系，總體技術(shù)水平邁入國際先進行列。

⑤2012年，149個項目分享了5億元物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項資金，應(yīng)用領(lǐng)域包括智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流、智能交通、智能醫(yī)療等。

⑥2011年，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項資金5億元補助了近110個項目，主要包括智能傳感器、超高頻和微波RFID二維條碼識讀設(shè)備、和M2M設(shè)備等方面，可以看出，政府更多的是支持關(guān)鍵核心技術(shù)的研發(fā)，對標準的關(guān)注和要求遠遠沒有形成體系要求。

3、企業(yè)倒逼重視工業(yè)4.0

目前企業(yè)在升級轉(zhuǎn)型過程中或者在海外出口過程中遇到了來自歐美市場客戶的倒逼壓力，符合工業(yè)4.0零部件的需要提供使得處于出口最前沿的部分企業(yè)開始體會到了一些壓力。

4、企業(yè)在開拓國內(nèi)CPS市場時與中國企業(yè)的合作

由于中國國內(nèi)市場巨大，因此，國外企業(yè)在進入中國市場時，通過與國內(nèi)企業(yè)的合作更便于開拓市場，此過程提供了國內(nèi)外企業(yè)共同學(xué)習(xí)和共同成長的機會。

（四）中國工業(yè)4.0的代表性企業(yè)的分析

為了對實施中國工業(yè)4.0的企業(yè)現(xiàn)狀進行深入了解分析，我們參考了工信部網(wǎng)站2015年5月19公示的94個2015年智能制造專項項目，申報單位涉及十幾家科研院所和上市公司73，我們將上述企業(yè)理解為承擔(dān)中國工業(yè)4.0的相關(guān)單位。同時，也對一些雖未承接上述項目，但對在工業(yè)4.0概念下積極響應(yīng)并且具有一定基礎(chǔ)的代表性企業(yè)進行了分析。在篩選確定分析樣本企業(yè)的過程中，我們也同時參考了2015年中國五百強企業(yè)排行榜，遺憾的是，該排行榜中的企業(yè)多為能源型企業(yè)，鮮見高科技企業(yè)，因此，經(jīng)過綜合篩選，選取了以下企業(yè)進行樣本分析。

1、自動化企業(yè)

（1）和利時

和利時是國內(nèi)企業(yè)中自動化與信息技術(shù)解決方案供應(yīng)商，其此次承擔(dān)的工業(yè)4.0的項目名稱為“軌道交通裝備智能制造信息交換以及互操作標準以及試驗驗證系統(tǒng)”。該公司的主要產(chǎn)品包括PLC、DCS等。該公司為地鐵項目提供PLC，例如PLC的隧道監(jiān)控系統(tǒng)，已經(jīng)在美國納斯達克上市。該公司目前在DCS方面例如在核電、化工、水泥、熱電等領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢。

在工業(yè)4.0下，和利時認為未來可能出現(xiàn)一類通用的工業(yè)控制器代替如今的PLC。這類通用的工業(yè)控制器支持邏輯控制、運動控制、調(diào)節(jié)控制、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和先進的算法等，進一步向物聯(lián)網(wǎng)、云計算邁進，這是未來控制器的一個發(fā)展方向73。

（2）浙江中控

浙江中控集團是國內(nèi)裝備自動化和工藝自動化的國內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)，其在國內(nèi)DCS系統(tǒng)市場份額較為領(lǐng)先。該公司為依托浙江大學(xué)的資源，目前是在國內(nèi)自動化企業(yè)中發(fā)展較好的一個企業(yè)。該公司的產(chǎn)品主要包括流程工業(yè)自動化、裝備自動化和機器人等。該公司在DCS方面例如在石化、化工控制等領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢。

在工業(yè)4.0下的戰(zhàn)略和產(chǎn)品方面的行動：浙江中控集團與中鴻集團簽署了戰(zhàn)略協(xié)議，協(xié)同提升控制自動化水平。浙江中控集團此次并未申請2015年智能制造專項項目。

（3）重慶川儀

重慶川儀自動化股份有限公司（以下簡稱“川儀股份”）設(shè)立于1999年11月，其前身是1965年從上海、江蘇、遼寧等地內(nèi)遷重慶的四川熱工儀表總廠，是上世紀六十年代國家重點布局的三大儀器儀表制造基地之一。經(jīng)過多年建設(shè)與發(fā)展，已經(jīng)成為國內(nèi)比較領(lǐng)先的自動化裝置的制造商。 該公司主要產(chǎn)品包括自動化控制系統(tǒng)、工業(yè)自動化儀器儀表等。

在工業(yè)4.0下，重慶川儀參加了2015年智能制造專項項目中的工業(yè)傳感器全生命周期數(shù)據(jù)閉環(huán)智能制造新模式的課題。

總體上，由于技術(shù)力量的薄弱，在自動化領(lǐng)域，本土企業(yè)的DCS市場主要集中在小型項目上，很難進入到大型項目所屬的高端市場中，中高端市場基本為國外企業(yè)所壟斷。上述企業(yè)的技術(shù)力量也和國外企業(yè)有巨大差異，類似如和利時83和浙江中控等已經(jīng)屬于國內(nèi)企業(yè)中較為領(lǐng)先的企業(yè)，但如和利時高管所說，“和利時目前專做國際知名品牌不愿意做或者不能做的地區(qū)和項目”，其總體上屬于低端業(yè)務(wù)，由于工程應(yīng)用能力、質(zhì)量、聲譽等原因，這些產(chǎn)品的應(yīng)用對象，除電力外，仍以中小工程項目為主，或用于大型工程項目的非主要部分，用量更大的大型石化工程主控系統(tǒng)尚未能進入。這也同時說明了盡管國內(nèi)企業(yè)在DCS領(lǐng)域有所進步，但是總體上和國外的自動化企業(yè)的差距仍然較大，國產(chǎn)控制系統(tǒng)難以進入重大工程的關(guān)鍵、核心、和主體裝備。同時如中控高管所說的，我國企業(yè)與國外企業(yè)還有較大差距。同時，和利時在2013年福建寧德核電站一期1號機組正式投入商運，意味著國內(nèi)企業(yè)打破國外企業(yè)壟斷PLC產(chǎn)品，在PLC領(lǐng)域，95%的市場仍然被外國產(chǎn)品占領(lǐng)。

總體上，在DCS和PLC方面的差距均不小，上述公司的技術(shù)先進程度從后面的專利布局也有一定的反映。

（4）專利布局

國內(nèi)自動化企業(yè)總體水平較國際水平較為落后，同時這些企業(yè)的專利布局也證實了這一點，以下針對上述三家企業(yè)和德國的三家自動化企業(yè)的專利做代表性分析，以明確中國企業(yè)的差距。

首先，下表中示出了德國企業(yè)（Beckhoff等三家企業(yè)）在工業(yè)4.0各相關(guān)細分技術(shù)下的專利布局與中國企業(yè)在該技術(shù)下的比對表格，從中可以看出中國企業(yè)在相關(guān)技術(shù)下的空白程度。

其次，基于工業(yè)4.0相關(guān)的一些重要的一級技術(shù)，針對中國企業(yè)和德國企業(yè)的專利總量進行比對分析，西門子作為工控領(lǐng)先企業(yè)與其它企業(yè)之間存在顯著性的領(lǐng)先差距。為了看清楚除西門子之外的其它企業(yè)與中國工控類企業(yè)的比較，現(xiàn)將西門子的數(shù)據(jù)作限制處理（即超出100件的數(shù)量將不再顯示，僅僅以100件作為示意，同樣，由于西門子的明顯領(lǐng)先位置，將不再對其作詳細分析和闡述），進一步分析后獲得下圖：

從該圖中可以看出，傳感器屬于Phoenix Contact的布局重點，同樣，領(lǐng)先于beckhoff和重慶川儀。PLC技術(shù)方面中國三家企業(yè)也僅有少量專利布局。RFID技術(shù)中，Phoenix Contact的優(yōu)勢非常明顯。設(shè)備間互聯(lián)通信技術(shù)中，同樣也是Phonenix Contact和beckhoff具有明顯優(yōu)勢。總體上，在各個技術(shù)分支下，中國企業(yè)具有明顯的劣勢。

2、制造型企業(yè)

三一集團是中國工程機械行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)。該公司入選為中國智能制造的首批示范企業(yè)。該企業(yè)的主要產(chǎn)品包括挖掘機、鋪路機、攪拌機等重型機械。

2011年，三一在長沙投入建設(shè)的總裝車間是三一相對而言自動化程度較高的車間。該車間包括大型計算系統(tǒng)和機械化的操作工具、大型生產(chǎn)設(shè)備的智慧體，每一次生產(chǎn)過程、每一次質(zhì)量檢測、每一個工人的勞動量都記錄在案，可以達到一小時下線一臺泵車的速度。

三一通過自主開發(fā)的信息系統(tǒng)——ECC全球企業(yè)控制中心，可以控制設(shè)備、就近派工服務(wù)，同時采集油耗、安全等信息。ECC（企業(yè)控制中心）通過安裝在設(shè)備上的各類傳感器、控制器，實時向ECC回傳數(shù)據(jù)，掌握設(shè)備的工況，并提出設(shè)備的后續(xù)服務(wù)建議。

三一集團對于工業(yè)4.0是比較重視，在總體上比較關(guān)注智能化制造，這可能與三一集團之前并購德國企業(yè)Putzmeist相關(guān)，同時，三一集團也在與SAP進行合作。從其所描述的95的目前的不同生產(chǎn)線的情況來看，三一集團的整體水平處于3.0和2.0并存的階段。

3、通信/IT企業(yè)

華為公司是中國通訊行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)，是中國優(yōu)質(zhì)的民營企業(yè)，也是中國企業(yè)國際化的代表性企業(yè)。

華為認為工業(yè)4.0需要一個全新的ICT（（Information Communication Technology，信息和通信技術(shù)）基礎(chǔ)架構(gòu)，其基礎(chǔ)是智能的全聯(lián)接工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

工業(yè)4.0時代表現(xiàn)特征有三方面：第一是創(chuàng)新的統(tǒng)一平臺，合作一定是建立在統(tǒng)一的平臺上;其次是要有實時穩(wěn)定的移動寬帶敏捷網(wǎng)絡(luò)作為支撐;最后是萬物互聯(lián)96。

1、統(tǒng)一平臺

華為與恩智浦半導(dǎo)體公司合作，將華為的ICT基礎(chǔ)設(shè)施和連接解決方案與恩智浦半導(dǎo)體的工業(yè)4.0安全連接解決方案充分結(jié)合，打造工業(yè)4.0 ICT平臺。

云端平臺，華為與SAP進行合作，結(jié)合華為ICT基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)勢，將華為的ICT基礎(chǔ)設(shè)施和聯(lián)接解決方案與 SAP HANA云平臺、應(yīng)用和分析工具相互整合，與SAP共同打造物聯(lián)網(wǎng)和云的差異化解決方案98。

2、支撐網(wǎng)絡(luò)

華為認為5G網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)4.0實現(xiàn)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，并且華為5G技術(shù)處在世界領(lǐng)先地位99。

3、萬物互聯(lián)ICT架構(gòu)

最底層，針對未來數(shù)量龐大且種類繁雜的智能設(shè)備，打造開放的智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（CN201210349114.8、CN201110258309.7、CN201180001275.1），兼容各類終端設(shè)備的接口協(xié)議;然后依靠5G通信網(wǎng)絡(luò)與敏捷網(wǎng)絡(luò)（CN201380035267.8、CN201310141854.7）組成的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸通道，將數(shù)據(jù)輸送至ICT多應(yīng)用協(xié)同分布式平臺（CN201280000884.X、CN201110243086.7、CN201410038179.X），實現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)、檢測、物流的跨區(qū)域跨行業(yè)的流通協(xié)作。

如前所述，華為公司在工業(yè)4.0時代具有強大優(yōu)勢。首先，在通信領(lǐng)域經(jīng)過二十多年的發(fā)展，華為掌握著核心技術(shù)（在骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)等領(lǐng)域都具有強大的技術(shù)積累），由企業(yè)網(wǎng)（ICT業(yè)務(wù)）向“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”延伸，具有先發(fā)優(yōu)勢。其次，華為作為一家國際化的公司，具有很強的全球資源整合能力，其獨立知識產(chǎn)權(quán)的手機芯片——海思芯片，就是在這種背景下研發(fā)出來的。再次，華為管理哲學(xué)具有很強的生命力，其“以客戶為中心”的指導(dǎo)思想，以“項目+組織平臺支持”的組織能力，為華為向若干重點行業(yè)的智能化升級提供了組織保障。最后，華為通過與SAP共同打造物聯(lián)網(wǎng)和云的差異化解決方案，為全球行業(yè)客戶快速和簡易地進入物聯(lián)網(wǎng)和云部署提供保證，通過與SAP的合作，華為有可能脫穎而出。綜上，華為極有可能成為國內(nèi)大中型企業(yè)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”建設(shè)的最大受益者。

八、工業(yè)4.0的啟示

（一）企業(yè)相關(guān)的建議

工業(yè)4.0帶給了中國企業(yè)新一輪的機遇和調(diào)整，在發(fā)展過程中，中國企業(yè)應(yīng)當(dāng)正視自己面臨的問題，向德國企業(yè)認真學(xué)習(xí)，以在工業(yè)4.0的過程中，能夠和德國企業(yè)共同成長。以下是德國工業(yè)4.0以及德國企業(yè)給出的關(guān)于工業(yè)4.0的啟示：

1、專業(yè)務(wù)實的科研、產(chǎn)品精神

工業(yè)4.0是一次工業(yè)革命，但在一些德國企業(yè)看來，其更是德國工廠高度自動化的必然結(jié)果，這也是德國能夠提出工業(yè)4.0的原因。智能制造和智慧工廠要求一定的工業(yè)基礎(chǔ)并且是由眾多技術(shù)支撐才有可能實現(xiàn)的，在此基礎(chǔ)上的技術(shù)仍然需要進一步研究與發(fā)展。如第七部分中詳細指出的，目前中國制造型企業(yè)大部分尚且處于工業(yè)2.0的階段，差距很大，存在著諸多的諸如缺少核心傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、IT技術(shù)等問題。

在這樣的背景下，企業(yè)在提升的過程中，需要了解清楚本行業(yè)在工業(yè)4.0的背景下哪些方面需要做提升和改進，譬如務(wù)實的專業(yè)、科研和產(chǎn)品精神，加強向德國企業(yè)的學(xué)習(xí)，掌握技術(shù)，積累一定的研發(fā)能力，通過與先進企業(yè)合作以及自我研發(fā)，逐步縮小與先進企業(yè)的差距。

需要指出的是，工業(yè)4.0不等于“互聯(lián)網(wǎng)+”，工業(yè)4.0也不是互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算這些概念的簡單集合，同樣也不是所謂的“互聯(lián)網(wǎng)思維”。它需要按照工業(yè)4.0的標準對傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)和自動/控制技術(shù)進行創(chuàng)新，并將這些傳統(tǒng)技術(shù)和IT企業(yè)等各方面的先進技術(shù)融合，尤其重要的是基于對上述技術(shù)的深刻理解，從而對于上述技術(shù)進行有目的地整合和創(chuàng)新。在解決工業(yè)基礎(chǔ)薄弱和工業(yè)技術(shù)升級的問題中，需重視基礎(chǔ)和傳統(tǒng)技術(shù)，專業(yè)務(wù)實地開展工作，不斷積累企業(yè)的研發(fā)實力和提升獲得先進技術(shù)的能力，避免工業(yè)4.0 成為又一次的噱頭勝宴。

2、戰(zhàn)略層面的考慮

在企業(yè)的戰(zhàn)略層面，每一家企業(yè)都會有不同的戰(zhàn)略，但是需要注意在工業(yè)4.0 下面的一些戰(zhàn)略的共性問題：

（1）標準問題

工業(yè)4.0融合了傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)、IT云網(wǎng)絡(luò)、傳感器系統(tǒng)等多種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，但這些網(wǎng)絡(luò)之間往往具有完全不同的通信協(xié)議，標準化問題就成為工業(yè)4.0發(fā)展的一個重要問題。這也是為什么每一個家企業(yè)都需要考慮的標準問題。

（2）企業(yè)的信息化問題

由于工業(yè)4.0最終實現(xiàn)各個生產(chǎn)要素之間的互聯(lián)，通過數(shù)據(jù)傳輸和信息交換來實現(xiàn)智能制造，因此，未來的企業(yè)需要較高的信息化能力。針對自動化企業(yè)這方面的戰(zhàn)略考慮尤其突出。同時，對于普通制造型企業(yè)而言，即便作為信息化系統(tǒng)的用戶，由于系統(tǒng)本身的高度信息化，其實質(zhì)上對用戶的信息化能力也有一定的提高要求。

（3）產(chǎn)品增加符合工業(yè)4.0的設(shè)計

由于工業(yè)4.0在未來的主導(dǎo)地位，必須要考慮產(chǎn)品在近期未來和遠期未來需要作出哪些適應(yīng)修改。

（4）技術(shù)和人員儲備

由于工業(yè)4.0在未來的主導(dǎo)地位，必須要提前做好技術(shù)儲備和人員的培養(yǎng)，以適應(yīng)未來的發(fā)展。在工業(yè)4.0的發(fā)展過程中，人是利用工具的主體，只有人強大了，才能夠更好地發(fā)揮工具的長處。

（5）加強與德國企業(yè)的合作

中國企業(yè)總體上存在技術(shù)水平較低的情況，在大部分企業(yè)處于工業(yè)2.0以及少數(shù)企業(yè)處于工業(yè)3.0的背景下，如果要想在工業(yè)4.0的背景下有所作為，外部資源的引進可能是非常重要的，僅僅從內(nèi)部突破可能對于國內(nèi)企業(yè)存在一定的難度。

3.聚焦與4.0相關(guān)的各種細分技術(shù)

工業(yè)4.0的相關(guān)企業(yè)主要涉及傳感器企業(yè)、工控/自動化企業(yè)、IT企業(yè)以及普通制造型企業(yè)。由于不同企業(yè)提供的服務(wù)在工業(yè)4.0的框架下不同，因此，各類型企業(yè)應(yīng)當(dāng)聚焦于本領(lǐng)域的細分技術(shù)。以下所給出的是基于工業(yè)3.0的基礎(chǔ)上開展的重點細分技術(shù)的方向總結(jié)，基于工業(yè)2.0基礎(chǔ)之上的需要同時注意工業(yè)2.0與工業(yè)3.0的差異。

（1）傳感器類企業(yè)/普通制造型企業(yè)

為了滿足工業(yè)4.0高度自動化、實時化、高準確性等需求，圍繞傳感器展開的研究也相對較多，從先進的德國傳感器企業(yè)可以學(xué)習(xí)到的是需要重視以下細分技術(shù)：

①通過植入數(shù)據(jù)處理電路或微處理器，增強傳感器階段的數(shù)據(jù)處理能力，從而大大提高所采集的數(shù)據(jù)在后續(xù)階段的兼容性。同時還能增強傳感器的抗干擾能力和實時采集能力。

②由于人機協(xié)作增多，對于安全傳感器的要求也隨之升高。光柵、光幕等技術(shù)基本可以滿足要求，目前主要3D相機監(jiān)控系統(tǒng)是研發(fā)重點。

③RFID傳感器是產(chǎn)品追蹤的重要技術(shù)，因此是目前最重要的傳感器技術(shù)之一。針對RFID傳感器的主要要求是速度和精度，尤其是在高速傳輸帶上對產(chǎn)品進行掃描識別。

④為了滿足網(wǎng)絡(luò)化的需求，傳感器接口都采用I/O Link技術(shù)。

普通制造型企業(yè)應(yīng)當(dāng)評估在未來發(fā)展戰(zhàn)略中上述技術(shù)的使用對于企業(yè)的意義。

（2）機器人企業(yè)/普通制造型企業(yè)

機器人是工業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)，需要重視機器人的以下技術(shù)：

①機器人需要具有自我管理、配置的能力，機器人之間可以進行相互合作：目前實現(xiàn)這種構(gòu)想的較少。

②機器人系統(tǒng)與安全系統(tǒng)的整合度增高：人機交互增加，對于機器人安全也愈發(fā)重要。

③機器人與傳輸帶的協(xié)調(diào)控制問題：普通制造型企業(yè)應(yīng)當(dāng)評估在未來發(fā)展戰(zhàn)略中上述技術(shù)的使用對于企業(yè)的意義。

（3）傳輸帶企業(yè)/普通制造型企業(yè)

傳輸帶是工業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)，其中綜合了傳輸技術(shù)和各類傳感控制技術(shù)，需要加強不同技術(shù)綜合的研究。普通制造型企業(yè)應(yīng)當(dāng)評估在未來發(fā)展戰(zhàn)略中上述技術(shù)的使用對于企業(yè)的意義。

（4）網(wǎng)絡(luò)企業(yè)/普通制造企業(yè)

網(wǎng)絡(luò)層主要是連接現(xiàn)場層與上層或者現(xiàn)場層設(shè)備之間的紐帶，是實現(xiàn)實時化傳輸?shù)闹匾ＷC，其主要涉及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、接口技術(shù)、協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)安全等問題。

① 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)：加大基礎(chǔ)設(shè)施的研發(fā)力度，使自身擁有基本的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)能力。

② 接口技術(shù)：接口技術(shù)屬于工業(yè)4.0中最通用的技術(shù)，哪怕是現(xiàn)場層的企業(yè)，也需要掌握優(yōu)良的接口技術(shù)。

③ 網(wǎng)絡(luò)安全：網(wǎng)絡(luò)安全問題是工業(yè)4.0所面臨的重要挑戰(zhàn)，而目前的相關(guān)技術(shù)還沒有成熟。其難度在于如何將IT的安全技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)控制向結(jié)合。普通制造型企業(yè)應(yīng)當(dāng)評估在未來發(fā)展戰(zhàn)略中使用上述技術(shù)對企業(yè)的意義。

（5）工控/自動化企業(yè)/普通制造企業(yè)

①工業(yè)控制器/分布式控制系統(tǒng)

對于控制器的研發(fā)應(yīng)當(dāng)是工控/自動化企業(yè)的重點，各種優(yōu)良的控制器層出不窮。在工業(yè)4.0背景下的主要改進在于控制理念，首先在于設(shè)備的自動配置，更有便捷的對傳感器系統(tǒng)進行統(tǒng)一配置的相關(guān)軟件及設(shè)備。隨著控制功能的下移，越來越多的底層設(shè)備將獲得控制能力，而中央控制將弱化，因此分布式控制系統(tǒng)將成為重點。

②硬件

a.多點觸控面板：傳統(tǒng)的觸控面板已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛使用，使用多點觸控面板則可以使工人在操作中進行更多的操作動作，為更高層次的控制打下基礎(chǔ)。

b.移動終端：移動終端包括智能手機、平板電腦、Googleglass等智能設(shè)備，目前相關(guān)技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)。

總體上來說，實現(xiàn)上述控制技術(shù)并沒有很大的技術(shù)難題，目前的主要挑戰(zhàn)還是來自于安全問題。

③軟件

軟件操作的重點在于可視化問題，同時能夠?qū)崿F(xiàn)人機交互，并針對傳感器和執(zhí)行器進行配置。普通制造型企業(yè)應(yīng)當(dāng)評估在未來發(fā)展戰(zhàn)略中使用上述技術(shù)對企業(yè)的意義。

（6）IT企業(yè)/普通制造企業(yè)

在工業(yè)4.0中，云端依舊執(zhí)行存儲和計算工作，是實現(xiàn)企業(yè)互聯(lián)、企業(yè)數(shù)據(jù)交互分析的保證，因此是工業(yè)4.0的核心要素之一。云技術(shù)領(lǐng)域也是企業(yè)重點發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域之一，例如將工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與云結(jié)合以及結(jié)合云的安全控制技術(shù)等。普通制造型企業(yè)應(yīng)當(dāng)評估在未來發(fā)展戰(zhàn)略中上述技術(shù)的使用對于企業(yè)的意義。

在上述技術(shù)中，我們認為，德國和日本企業(yè)在傳感器技術(shù)、自動化控制技術(shù)尤其是PLC等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)達到一定的程度，因此我國企業(yè)應(yīng)當(dāng)通過許可或者買賣的方式引入。同時，我國民用市場已經(jīng)具備一定競爭力的技術(shù)，例如移動終端等，則可以考慮通過改進型創(chuàng)興方式將其運用于在工業(yè)領(lǐng)域中。在以工業(yè)高度自動化為基礎(chǔ)的工業(yè)4.0的技術(shù)發(fā)展中，獨立創(chuàng)新技術(shù)雖然存在困難，但從目前調(diào)研的情況來看，在工業(yè)4.0的各個相關(guān)要素中，我國的一些企業(yè)已經(jīng)開始了相關(guān)的研究與研發(fā)，在針對工廠自身個性化的技術(shù)（例如以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)置等技術(shù)）中，可以考慮獨創(chuàng)性研究并通過專利對各自具有獨特應(yīng)用特點的創(chuàng)新進行保護。

4、重視與工業(yè)4.0相關(guān)的各種技術(shù)的專利布局

專利作為技術(shù)的自然延伸，其重要性對于以高科技為特點的工業(yè)4.0來說不言而喻。

在開展專利布局的時候，要考慮到工業(yè)4.0下專利布局的特點：

（1）考慮到標準的專利布局

工業(yè)4.0融合了傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)、IT云網(wǎng)絡(luò)、傳感器系統(tǒng)等多種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，但這些網(wǎng)絡(luò)之間往往具有完全不同的通信協(xié)議，標準化問題就成為工業(yè)4.0發(fā)展的一個重要問題。當(dāng)標準遇到專利的時候，就會產(chǎn)生一系列的問題，因此，工業(yè)4.0中的標準專利應(yīng)是重中之重。

標準與專利的結(jié)合在通信領(lǐng)域中的顯得尤為突出，標準專利的權(quán)利擁有量也成為通信企業(yè)在市場競爭中的核心競爭力之一。在工業(yè)4.0的大背景下，相關(guān)的企業(yè)將都可能受到標準的約束，因此，標準專利的布局也是在專利布局層面上的一個前瞻性考慮。

（2）考慮到最新技術(shù)前沿的專利布局

如前所述，工業(yè)4.0的技術(shù)前沿在不同的技術(shù)層面是不同的，因此，需要考慮到最新技術(shù)前沿進行專利布局。

（二）政府相關(guān)的建議

1、政府角色定位

如前所述，政府在工業(yè)4.0中的重視程度對于中國工業(yè)4.0具有非常大的推動作用。同時，通過加強中德政府間對話，使得中國企業(yè)能夠參與到德國的工業(yè)4.0中，對于企業(yè)的發(fā)展的有利作用是顯然的。

除了扮演促進中德合作的政府角色以外，需要指出的是，政府在推動中國工業(yè)4.0的過程中，需要更多側(cè)重于將推動力量轉(zhuǎn)換為企業(yè)的內(nèi)力，將進行工業(yè)升級作為企業(yè)的自發(fā)推動，從而實現(xiàn)這場工業(yè)革命的推動力度真正強大。如德國的工業(yè)4.0，本質(zhì)上的推動力量是來源于企業(yè)的，因此，推動的力度也是非常之大。因此，政府應(yīng)當(dāng)在給予支持的前提下，承擔(dān)一個輔助的角色，而非主導(dǎo)的角色。

基于以上所述，政府應(yīng)在企業(yè)在工業(yè)4.0的中德企業(yè)的合作和人才引進中發(fā)揮促進作用。

此外，在工業(yè)4.0的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，建議由政府給予適當(dāng)引導(dǎo)和政策支持，促進相關(guān)行業(yè)的中國企業(yè)能夠積極介入涉及工業(yè)4.0的創(chuàng)新活動甚至標準建立，使得企業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展方向明確，發(fā)展少走彎路，最終形成一批可以在國際上與國外先進企業(yè)具備競爭能力的骨干力量。

2.創(chuàng)新文化的制度保障

工業(yè)4.0本身需要創(chuàng)新文化的制度保障。整體的知識產(chǎn)權(quán)司法環(huán)境的改善會對于創(chuàng)新文化的營造起到積極作用。目前國內(nèi)的知識產(chǎn)權(quán)侵權(quán)執(zhí)法的制度和執(zhí)行需要進一步加強。

3、工業(yè)4.0試點項目與中國制造2025的總體定位的一致性

中國制造2025的總體定位于工業(yè)2.0補課，工業(yè)3.0普及以及工業(yè)4.0的目標，這在一定程度上與中國目前的工業(yè)實際情況是符合的。在工業(yè)4.0的項目試點實施中，建議以一些重點技術(shù)領(lǐng)域的工業(yè)3.0普及以及工業(yè)4.0的目標相關(guān)的項目開展活動，尤其是分別針對與工業(yè)4.0相關(guān)的不同類型企業(yè)均進行相關(guān)資助，例如傳感器類企業(yè)、自動化類企業(yè)、IT類企業(yè)等。譬如IT類企業(yè)，其實質(zhì)上是實現(xiàn)工業(yè)4.0的過程中的重要的一種類型的企業(yè)，也需要在這些項目試點中進行考慮。同樣， 在上述項目試點實施中，也應(yīng)當(dāng)考慮到針對工業(yè)4.0和工業(yè)3.0的項目進行區(qū)分，從而對上述項目目標實現(xiàn)針對性地考核。

4、關(guān)于專利相關(guān)法律的前瞻性法律的修訂

工業(yè)4.0是信息驅(qū)動的又一次工業(yè)革命，由于各個要素的互聯(lián)，信息傳輸和交換成為各個要素互聯(lián)的基礎(chǔ)，而實現(xiàn)信息傳輸和交換的一些技術(shù)中，有一些是偏向硬件的技術(shù)，而另外一些則是偏向軟件的技術(shù)。這些偏向軟件的技術(shù)是否能夠成為專利法的保護客體，需要進一步進行考慮?？紤]到我國目前并不允許軟件相關(guān)技術(shù)方案作為專利保護的客體，因此，政府需要提前考慮對于相關(guān)法律的修訂，以適應(yīng)于未來的發(fā)展。特別是，建議關(guān)注國內(nèi)外涉及工業(yè)4.0的產(chǎn)業(yè)專利發(fā)展趨勢，并適時對有關(guān)法律法規(guī)進行修改調(diào)整，為企業(yè)在工業(yè)4.0的發(fā)展過程中提供助力，為國家工業(yè)4.0的創(chuàng)新發(fā)展保駕護航。

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