保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议
一、引言
保障德国制造业的未来
德国的制造业是世界上最具竞争力的产业部门之一。这归功于德国制造业能够管理复杂的工业生产过程，不同任务由位于不同地点的合作伙伴完成。近二三十年来，德国制造业已成功地利用信息通信技术（ICT）实现对工业生产过程的管理——如今，大约90%的工业生产过程已应用ICT技术。在过去三十年甚至更早以前，IT革命使我们生活和工作的世界发生了彻底改变，其影响力可媲美分别成就前两次工业革命的机械和电力。
随着个人电脑向智能设备演变，一种新的趋势开始显现：越来越多的IT基础设施和服务通过智能网络（云计算）来提供。伴随微型化和互联网的持续发展，这一趋势宣告了人们期盼的普适计算已成为现实。
通过无线，越来越多功能强大的、自主的微型电脑（嵌入式系统）实现了与其他微型电脑和互联网的互联。这意味着物理世界和虚拟世界（网络空间）以信息-物理系统（CPS）的形式实现了融合。
新的互联网协议IPv6于2012年推出后，目前已经有足够多的IP地址可供智能设备通过互联网实现直接联网。于是，网络资源、信息、物体和人之间能实现物联网及服务互联网。这也将扩展至工业领域：在制造业中，这种技术演化可以描述为“第四阶段的工业化”或“工业4.0”。
18世纪工业化的进程，始于机械制造设备的出现。那时候，纺织机一类的机器大大改变了生产产品的方式。第一次工业革命之后，在劳动分工的基础上，20世纪的第二次工业革命实现了电力驱动的规模化生产。之后，便是从20世纪70年代初直到现在的第三次工业革命。第三次工业革命利用电子和信息技术（IT）提高了制造过程的自动化程度，机器取代了相当一大部分的“体力劳动”和一部分“脑力劳动”。
德国应充分利用其作为世界领先的制造设备供应商及在嵌入式系统领域的优势，通过利用物联网及服务互联网向制造领域扩展这一趋势，在向第四阶段工业化迈进的过程中先发制人。
工业4.0的部署不仅将增强德国的竞争地位，而且有助于应对全球挑战（如资源和能效）和国内挑战（如人口结构的变化）。
然而，在对技术创新进行考虑时，结合社会文化语境是至关重要的，因为文化和社会的变化同样也是在他们各自领域中创新的主要动力。
比如，人口结构的变化拥有改变我们社会所有关键领域的潜力，如组织学习的方式、工作的性质、健康（随着人们活的越来越长）和社区的基础设施。这又将反过来对德国生产力造成显著的影响。通过优化技术和社会创新过程的关系，我们能够为提升德国经济的竞争力和生产力做出重要贡献。
在制造业中利用物联网及服务互联网
物联网及服务互联网能够创造一个包含全部生产过程的网络，将工厂转变成为一个智能环境。信息物理生产系统由智能机器、仓储系统、生产设备组成。该生产系统是数字化的，基于ICT技术实现了端到端的整合——从运入物流到生产，再到营销、运出物流和服务（维修）。信息物理生产系统不仅使生产能够得到更加灵活的配置，也能够充分利用差异化管理和流程控制所提供的机会。
除了优化现有基于IT的流程，工业4.0还将释放对具体流程和全球范围内整体效应进行更多差异化跟踪的潜力。这些都是目前难以实现的。工业4.0还将使商业伙伴（如供应商和客户）、员工之间的关系更加紧密，并提供更多互惠互利的新机遇。
作为世界领先的制造设备供应商，德国需要发掘新形式工业化的潜力，以与其独特的地位相匹配。德国的全球市场领导者包括许多提供专业解决方案的“隐形冠军”（即小而强的公司）——德国前100名中小企业中有22家是机械和设备制造商，其中3家排名在前10位之内。许多德国机械和设备制造领域的领军人物都认为，他们的主要竞争对手是国内厂商。机械设备与汽车、化学品同为德国主要的出口产品之一。
此外，德国的机械和设备制造商都希望保持其在未来的领先地位：60%的德国机械设备制造商都相信，他们的技术竞争优势在未来五年内会得到提高，只有不到40%的制造商希望维持当前的竞争地位。
然而，机械制造领域的全球竞争正在日趋激烈。在亚洲同行日益威胁着德国制造商的同时，美国的对手也在采取措施，通过一系列方案对抗工业退化，大力推进“先进制造业”。
此外，制造业也在变得更加具有活力、也更加复杂。比如，激光烧结技术的进步意味着目前在几小时内已经能够“打印”出高质量的、复杂的3D结构。这引起了全新商业模型和服务的产生，终端消费者变得更为密切相关——消费者能够创造自己的设计，之后发送电子邮件到一家“复印店”，他们也可以让一些物品被扫描和“复印”。
根据工业-科学研究联盟的倡议，工业4.0平台的参与者制定了其工作目标——实施政府确保德国工业竞争力的战略举措。
工业4.0拥有巨大的潜力：
（1）满足用户的个性化需求
工业4.0能够在设计、配置、排序、规划、制造和运行等阶段中纳入个性化的、用户特定的标准，并能够合并最后的修改。通过工业4.0，即使生产一次性项目和极小的生产量（批量大小为一）也可以实现获利。
（2）灵活性
基于CPS的特别网络，使业务流程的不同方面（如质量、时间、任务、稳健性、价格和生态友好性）实现动态配置。这有助于材料和供应链的持续“调整”。这也意味着工程流程能够变得更加灵活，制造流程可以被改变，暂时性短缺（比如由于供应问题）能够被弥补，并且在短时间内实现产量的大幅提高。
（3）优化决策
为了在全球市场获得成功，采取正确的决策（往往在没有事先通知的情况下）变得越来越重要。工业4.0能够提供实时的、端到端的透明度，使工程领域的设计决策得到提早验证，并且能够对损坏做出更加灵活的反应，同时对生产领域中一家公司的所有工厂进行全局优化。
（4）资源生产率和效率
工业生产流程的首要战略目标仍然适用于工业4.0：用定量的资源实现最高的产量（资源生产率）和用最少的资源实现特定的产量（资源效率）。CPS使制造流程在个案基础上实现整个价值网络的优化。此外，无需停止生产，系统能够在生产期间对资源和能源消耗进行持续优化，减少其排放量。
（5）通过新服务创造价值机遇
工业4.0为价值创造提供了新途径，也促成了就业的新形式。比如，智能算法能通过智能设备用于大量的不同数据（即大数据），从而产生新型的服务。这对于为工业4.0开发B2B服务的中小企业和初创型企业而言，是个巨大的机遇。
（6）应对劳动力的人口结构变化
连同工作组织和能力发展计划，人类和技术系统的交互合作将为企业提供将人口结构变化转变为其优势的新途径。面对技术劳动力的短缺和日益多元化（年龄、性别、文化背景），工业4.0将促成多样的、灵活的职业道路，使人们能够持续工作，并在更长的一段时间内保持生产力。
（7）生活和工作的平衡
应用CPS将使公司的工作组织形式变得更加灵活，这意味着公司能够更好的满足员工对于平衡工作和个人生活、个人发展和持续职业发展的需求。比如，智能辅助系统提供了一个灵活性的新标准，在满足公司要求的同时也能够满足员工的个人需求，从而为工作的组织提供了新机遇。随着劳动力规模的下降，该系统将在招募最佳员工的时候使CPS公司获得更多优势。
（8）高工资经济仍拥有竞争力
工业4.0的双重策略将使德国增强其作为领先供应商的地位，并使其成为工业4.0解决方案的领先市场。
然而，工业4.0对于相关行业而言，并不会构成一个专业的技术或IT相关的挑战。不断变化的技术将引起深远的、广泛的影响，为开发新的业务和企业模型、促进更大规模的就业提供新的机会。
在二十世纪80年代，德国通过将可编程序控制器（PLS）整合到制造技术，实现了更加灵活的自动制造，同时通过一种基于社会伙伴关系的措施对劳动力的影响进行管理，从而成功地实施了第三次工业革命（工业3.0）。德国雄厚的工业基础、成功的软件工业和语义技术领域的专业技能，都意味着德国处于实施工业4.0的极其有利地位。当前的障碍是可以克服的，比如技术接受问题、劳动力市场中技术工人的短缺问题等。
然而，只有所有利益相关者密切合作起来，释放物联网及服务互联网对于制造业的潜力，才能确保德国工业的未来。
自2006年以来，德国政府就一直通过高技术战略推动物联网和服务互联网。目前已经成功推出一些技术项目。工业-科学研究联盟目前在跨行业的层面上，推动工业4.0项目的进展。该项目实施的下一步是工业4.0平台的建立。
该平台的秘书处由专业协会德国信息技术、电信和新媒体协会（BITCOM）、德国机械设备制造商联合会（VDMA）和德国电子电气制造商协会（ZVEI）组成。下一步任务将是为关键主题确定研发路线图。
保障德国制造业的未来——这是工业4.0平台所有参与者为他们自己设定的目标。该平台邀请所有利益相关者继续探索工业4.0提供的机遇，这样我们可以一起推动并确保其革命愿景的成功实现。
