第一次工業革命是水和蒸汽動力帶來的機械化。第二次工業革命是電力的使用使大規模生產成為可能。第三次工業革命是電子工程和IT技術的采用，以及它們帶來的生產自動化。工業4.0是第四次工業革命。相對來說，這一次變革仍然處于起步階段。依靠高級的軟件和能夠通信的機器設備，工業4.0將使工業生產進一步優化。

　　工業4.0的關鍵是智能工廠。智能工廠是一種高能效的工廠，它基于高科技的、適應性強的、符合人體工程學的生產線。智能工廠的目標是整合客戶和業務合作伙伴，同時也能夠制造和組裝定制產品。

　　而且，未來的智能工廠將很可能在生產效率和安全性方面具有更大的自主決策能力。工業4.0更多的是依靠機器進行工作并解釋數據，而不是依靠人類的智慧。當然，人的因素仍然制造工藝是核心，但人更多地是起到控制、編程和維護的作用，而不是在車間進行作業。

　　工業4.0的核心技術是什么？

　　目前是一個工業4.0時代，也是所謂第四次工業革命，按照馬克思指出的那樣，工業革命不僅僅是生產力的快速提升，同時還是生產關系的改變。那我們所處的時代真正的核心驅動力是什么？

　　大約250年前，英國發生了第一次工業革命。當時英國因為工人工資比較高，資本家發動了各種技術革新，期望解決工人工資較高的問題，其中機械化的紡織機就是最為典型的代表。機械化的應用，促進了機械化技術在其他領域的廣泛應用，從而導致了全社會掀起了一股機械化改造傳統生產的浪潮。

　　在第一次工業革命之后100年，又開始了第二次工業革命，也就是所謂工業2.0，這一次是以電氣化為代表的技術廣泛應用為特征。伴隨著的是管理的革命。生產車間的流水線應用，大大促進了大規模生產制造的發展，并且產生了一個新的階層(工業1.0產生了工人階級)——專業管理層。按照哈佛商業歷史學家錢德勒在《規模與范圍》中的定義，英國是個人資本主義，德國和美國都是管理資本主義，也就是說英國比較重視個人及家庭對工廠的控制，而德國和美國廣泛的雇傭專業管理人員來對工廠進行管理，這是它們之間的差別，同時也是英國在工業2.0時代落后的一個重要原因。

　　在其后發生的工業3.0，距今不過50年。工業3.0時代是一個信息技術廣泛應用的時代，在這期間，美國等傳統的工業強國積極發展新型電子工業和互聯網產業，相對弱化了傳統的機械制造等工業，這期間中國制造隨之逐步崛起。

　　從工業1.0、2.0和3.0的發展歷史來看，技術創新毫無疑問扮演了非常重要的角色。即便進入了工業4.0時代，技術創新仍然會扮演核心驅動的角色。其中有三大技術特征--高度自動化、高度信息化和高度網絡化，并簡稱為三個高度。

　　這些技術計實際載體也正改變著我們的生活。比如基于電機驅動系統工業機器人，電動汽車，高鐵，高精度機床等。電機驅動系統是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術等多學科而形成的高新技術，電機驅動系統的應用情況，也代表著一個國家工業自動化水平的重要標志。

　　電機驅動系統的發展也離不開測試技術的發展。電機驅動系統是由電機和控制器組成，要實現更加完整測試電機運行系統的性能，那不僅要對電機進行穩態測量，而且也要對電機驅動系統的動態性能進行分析，傳統測功機已經很難滿足測試條件。致遠電子在電機驅動系統測試技術上實現技術創新，可對電機驅動系統的穩態性能和動態性能同時測量，讓國內電機測試技術進入動態時代。

　　德國人創建了新的生產環境，包括新的管理、流程、模型等，還提供新的智能生產裝備和新的技術手段。將推動德國的機器人、制造成套裝備、IT 技術、控制技術、信息技術等核心產業的變革，并加入到工業4.0 體系內。

　　1.信息物理系統（CPS）

　　CPS形式網絡通過（無線）傳感和驅動，能夠應對不斷變化的環境，甚至預測物理系統過程的變化。

　　2.云計算

　　云計算讓儲存在本地的應用程序或者服務連接到物聯網變得可能。

　　3.大數據分析

　　大數據是指大到那些典型的數據庫軟件工具無法收集、儲存、管理和分析的數據集。大數據分析方法讓工業智能化變得可能，比如說機器學習。

　　4.（IT）系統安全

　　數據、數據的傳播以及所有其它工業系統、機器設備和原件都需要被充分保護，免于遭受網絡攻擊。

　　5.增材制造/3D打印

　　增材制造（Additive Manufacturing，AM）技術是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術，相對于傳統的材料去除－切削加工技術，是一種“自下而上”的制造方法。

　　6.增強現實（HMI）

　　使用增強現實眼鏡的工人可以通過遠程接受指令來正確裝配零件或者協助調試。

　　7.機器人/人形機器人（HMI）

　　新技術使交互更安全，比如讓機器人去人類無法達到的地方執行任務，這些機器人往往被設計成人類的樣子。

　　自動化技術朝著工業4.0發展

　　德國的工業4.0概念是建立在德國在自動化裝備全球領先的優勢地位上，幾乎所有國內的大型自動化工業企業，以及上千的中小企業也將加入到這一體系里去。西門子、菲尼克斯電氣、倍福、施耐德電氣、庫卡等都在朝這一方向努力。

　　西門子（Siemens）：憑借全集成自動化（TIA）和“數字化企業平臺”，西門子長久以來占據著信息技術集成領域的領導地位。西門子公司還將與德國弗勞恩霍夫研究院以及大眾汽車公司，通過利用產品生命周期管理軟件（PLM）進行虛擬生產規劃，可降低生產線上機器人的能耗高達50%。

　　菲尼克斯電氣（Phoenix Contact）：全面投入Profinet 工業以太網的開發，目前形成了全面的基于Profinet 工業以太網的競爭力。

　　倍福（Beckhoff）：與傳感器、視覺系統及機械廠商一起參與“科技自動化-系統化工程”與“極速控制-標準加工設備能效提升”兩個項目的實施。

　　施耐德電氣（Schneider Electric）：推出的EcoStruxure 能效管理平臺，除了實現了對電力、工業、建筑樓宇、數據中心和安防5 大領域的技術和專業經驗的整合，EcoStruxure 與其子系統更強調軟件帶來的靈活性。

　　羅克韋爾自動化（Rockwell Automation）：通過與思科密切合作，推進標準以太網EtherNet/IP 快速發展。Ethernet/IP 是未經修改的以太網標準，可以和現在所有的標準以太網設備透明銜接，使得產業融合成為可能。值得關注的是：2014 年4 月全球最大的工業展會“漢諾威工業博覽會”上，西門子展示的新一代汽車生產線吸引了很多人。從表面來看只是機器人對生產線上的車體進行組裝，任何一個汽車工廠都有這樣的組裝線。不過，制造的思路卻完全不同。在該生產線上，車體與機器人一邊“對話”一邊進行組裝。其工作原理為在車體內嵌入IC 標簽，記錄汽車型號、必要零部件以及組裝順序等信息。車體接近機器人時會發出“需要5 扇門”等指示。機器人會按照指示進行作業。

　　與德國的工業4.0 相比，其他工業化國家雖然未普遍使用這一術語，但盡可能降低生產操作成本、提高靈活性和加快創新周期也是這些國家的共同目標。

　　美國：在美國，GE 主導的“工業互聯網”革命同樣如火如荼，已經成為美國“制造業回歸”的一項重要內容。

　　與工業4.0 的基本理念相似，它同樣倡導將人、數據和機器連接起來，形成開放而全球化的工業網絡，但其內涵已經超越制造過程以及制造業本身，跨越產品生命周期的整個價值鏈，涵蓋航空、能源、交通、醫療等更多工業領域（九大平臺）。

　　相比于西門子的“工業4.0”，GE 的“工業互聯網”方案更加注重軟件、網絡、大數據等對于工業領域的服務方式的顛覆—— 與德國強調的“硬”制造不同，“軟”服務恰恰是軟件和互聯網經濟發達的美國經濟較為擅長的。

　　根據GE 的預測，在美國，工業互聯網能夠使生產率每年提高1%-1.5%，那么未來20 年，它將使美國人的平均收入比當前水平提高25%-40%；如果世界其他地區能確保實現美國生產率增長的一半，那么工業互聯網在此期間會為全球GDP 增加10 萬億-15 萬億美元—— 相當于再創一個美國經濟。

　　日本：一是采用“小生產線”的企業增多，本田公司通過采取新技術減少噴漆次數、減少熱處理工序等措施把生產線縮短了40%，并通過改變車身結構設計把焊接生產線由18 道工序減少為9 道，建成了世界最短的高端車型生產線。二是采用小型設備的企業增多，日本電裝公司對鋁壓鑄件的生產設備、工藝進行改革，使得鑄造線生產成本降低了30%，設備面積減少80%，能源消費量降低50%。三是通過機器人、無人搬運機、無人工廠、“細胞生產方式”等突破成本瓶頸，佳能公司從“細胞生產方式”到“機械細胞方式”，再到世界首個數碼照相機無人工廠，大幅度地提高了成本競爭力。

　　此外政府加大了開發力度，加大對3D 打印機等尖端技術的財政投入。2014 年，經濟產業省繼續把3D 打印機列為優先政策扶持對象，計劃當年投資45 億日元，實施名為“以3D 造型技術為核心的產品制造革命”的大規模研究開發項目，開發世界最高水平的金屬粉末造型用3D 打印機。

　　制造的轉變與未來發展路徑

　　德國和美國政府已經撥出專項資金，用于戰略研究和工業4.0的實現。德國撥款2.22億美元用于德國聯邦教育與研究部（BMBF）的RES-COM等項目。同樣，美國已經推出了Smart Manufacturing Leadership Coalition等研究項目。

　　包括英國在內的其他國家也對工業4.0表現出很大的的熱情。GAMBICA和CLPA等制造商和貿易機構已經對此表示支持。雖然這些國家還未宣布推出重大舉措，但它們肯定已經對工業4.0作出了有力支持。

　　令人高興的是，與工業4.0相關的許多技術已經出現。但是，要采用這些技術，企業需要花費巨額資金，尤其是那些希望搶先采用這些技術的公司。

　　對于大多數公司來說，向工業4.0的轉變將是一個漸進的演變，而非一種迅速的革命。未來幾年，舊系統對制造業來說仍然是必要的。

　　作為世界上“最大的工廠”，中國在制造領域發揮著巨大的作用。在中國經濟需要轉型升級的當下，中國的制造業正在從“中國制造”向“中國創造”邁進。

　　但是，面對發達經濟體如火如荼的再工業化運動，以及東盟國家、印度及拉美國家試圖超過中國的阻礙。這樣的形勢之下，保持增長，同時促進產業升級，對于中國制造業領域來說，仍然是最大的挑戰。

　　魯思沃博士建議，通過發展技術創新，促進綠色制造，轉型為以服務為基礎的制造業，中國就能沿著全新的道路走向以高技術含量、優異的產品質量、低能源消耗以及高經濟效率和充分利用人力資源優勢為特征的工業化。同時，他認為，提高生產力、加快產品上市、靈活的生產模式以及提高資源效率，是從“中國制造”轉向“中國創造”的關鍵因素。

　　為了實現這一轉變，需要先進的技術和高效的生產體系。因此，制造企業應該逐步轉向信息化、數字化和智能化，從而將生產水平提升到一個新的高度，為“引領制造業未來”做好準備。

　　而數字化的企業平臺，就是企業實現全生命周期兩化融合的途徑。西門子(中國)有限公司執行副總裁、工業業務領域總裁吳和樂博士向記者介紹，數字化企業平臺是實現數字制造的載體。它可以實現包括產品設計、生產規劃、生產工程，到生產執行和服務的全生命周期的高效運行，以最小的資源消耗獲取最高的生產效率。

　　該平臺的實現需要企業以數字化技術為基礎，在物聯網、云計算、大數據、工業以太網等技術的強力支持下，集成目前最先進的生產管理系統及軟件和硬件，如產品生命周期管理(PLM)軟件和制造執行系統(MES)軟件以及控制和驅動技術等。

　　在提升資源效率層面，制造業企業首先需要考慮設備層面的資源效率提升方案，例如高效電機、變頻器等進行設備層面的節能。同時，企業需要將眼光放遠，關注能夠使全生命周期資源效率提升的整體解決方案。

　　所謂整體解決方案，指將現有的技術和創新全部整合到一個數字化企業平臺中，從企業層面到設備層面給出“基于成本設計”及“基于節能和資源設計”的完整資源方案。產品開發流程和生產流程中的所有環節在生產開始之前就已在虛擬環境達到了最優化。產品設計和生產任務配置所消耗的時間、人力、設備和原材料資源會得到大幅縮減，生產流程也會大大改進。

　　工業4.0給人類社會的影響

　　工業4.0將帶來五大機遇。一是可以通過使用新的數字化技術來提升效率和生產力，以重獲競爭優勢并實現跨越式發展；二是可利用中國頂尖的互聯網生態系統來實現完全數字化的價值鏈，并提供全新的產品和業務模式；三是可把握日益擴大的中產階層對個性化定制產品的需求，并升級制造業部門以實現大規模定制化生產；四是滿足客戶對生命周期加快的期望值，提升供應鏈的速度和靈活性；五是通過更好地理解和滿足客戶需求來提升其滿意度。總體來看，他認為工業4.0給中國帶來的收益主要體現在企業的生產效率提升上。

　　未來5至10年間，越來越多的本土公司會遵循工業4.0時代的要求發展，這將提升國內制造業的整體生產效率。轉換成本（不包括材料成本）的提升幅度為15%~25%。如果將材料成本考慮在內，那么能實現5%~8%的提升幅度。據計算，制造業累計產品銷售成本約85萬億元，這意味著中國工業總體生產效率有4萬億~6萬億元的提升潛力。值得注意的是，各行業的改善程度會參差不齊，工業元件生產商可能實現最高的生產效率提升幅度（20%~35%），而預計汽車公司的提升幅度只有10%~20%。

　　針對中國在落實工業4.0技術方面存在的四大挑戰，即：不同行業和企業網絡內部制造業的成熟程度及工業4.0的準備度差異極大；其他發達國家落實工業4.0技術后競爭壓力會進一步加劇；工業4.0需要跨部門乃至公司上下的通力協作；工業4.0相關議題需要企業發展全新的能力，杜偉建議企業可以分別采取以下四大應對措施。

　　一是因為成熟度不同需要制定有針對性的戰略，各企業實施工作的起點也不盡相同；二是中國可利用其快速行動的優勢來發展競爭力，并在工業4.0大潮中實現跨躍式發展；三是需由上而下推動變革，并推動流程、企業文化和思維方式的轉型；四是中國政府和企業必須密切合作，對專家和員工的教育培訓進行持續性投入。

　　波士頓咨詢公司推出的新報告《工業4.0：未來生產力與制造業發展前景》指出，零部件、機器和人員之間的互聯互通性日益加強，由此生產系統的速度和效率分別能提升30%和25%，同時大規模定制也將實現快速發展。

　　報告認為，在中國，工業4.0帶來的收益主要體現在生產效率提升上。未來5-10年間，越來越多的本土公司會遵循工業4.0時代的要求發展，這將提升國內制造業的整體生產效率。轉換成本（不包括材料成本）的提升幅度為15-25%。如果將材料成本考慮在內，那么能實現5-8%的提升幅度。據計算，制造業累計產品銷售成本約85萬億元，這意味著中國工業總體生產效率有4萬億元-6萬億元的提升潛力。各行業的改善程度會參差不齊。

　　報告強調，工業4.0將對勞動力產生重大影響，大力改變產業工人完成工作的方式，對工人的技能需求卻有重大變化。未來會出現更多就業機會，同時淘汰一些過時的崗位。生產企業將越來越多地使用機器人和其他一些先進技術來輔助人工。這就意味著勞動強度大的常規工作崗位會不斷減少，而更多的工作崗位需要具備靈活應對、解決問題和提出定制化解決方案的能力。