保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议
6. 德国如何与世界其他国家相匹敌？
确定在制造业使用物联网的发展趋势（工业互联网）以及证实在工业化过程中，物联网作为对未来制造业的战略性挑战带来了破坏性影响的国家中，德国并不是唯一的。不过，世界各国使用了各种不同的术语来描述工业4.0战略所引发的现象。尤其是在英语国家及欧盟国家中，习惯于依据第三次工业革命的概念谈及物联网和数码化趋势。
4.0这个数字的提出，是将其作为第一次工业革命的一部分，同时包括第二次工业革命（机械批量式生产的建立），或者说是不将由自动化生产过程产生的第三次产业转型算在内，而是作为一次真正的独立的工业革命。
在欧洲、中国和美国，使用“智能生产”，“智能制造”或“智能工厂”这样的术语专门指的是利用生产的数字网络化来创建智能制造系统，而同样时髦的术语“先进制造”囊括了一种在制造环境中范围更广的现代化趋势。
至于全球市场内备受关注的机械、设备制造、电气工程、自动化和信息通信技术，经过挑选，以下将用一些国家的例子来说明他们是如何运用不同的政策以应对这些趋势。
国际市场发展趋势
经过2004年到2008年这段时期内的惊人增长，产量同比增长约38％，全球金融危机引发了德国机械和设备制造商之间订单和生产的急剧下滑。不过，早在2009年年中，业务便开始再次回升，因为企业全力弥补在危机期间受到的损失。需求现已恢复正常，按照预测2013年将会有2个百分点的经济增长。
“在一起工作的过程中，我们很明显能感受到，在制造技术和机械工程的领域里，德国拥有所有必需的能力，来继续享受未来物联网和服务世界所带来的全球性的成功。”
——Siegfried Dais博士（供职于Robert Bosch有限公司，工业4.0战略工作组副主席）
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。（图13）
自2002年以来，由于生产大规模转移到世界其他地区，美国机械工程行业对于进口的依赖性有了急剧的增加。在2002年到2010期间，同行业中的就业人员数下降了25％。尽管如此，自2010年以来，进口和出口的需求都有所上升，还是有一些迹象可以说明行业正在逐步复苏。记者在美国已经迅速抓住一些术语比如“重新支撑”和“派遣热潮”，用来形容这是个翻天覆地的根本性改变。
为了赶上机械工程技术领域其他国家的步伐，并加强其市场地位，中国同样付出了大量的努力。在过去的五年里，中国已经上升成为世界上最大的机械制造商，其2011年的销售额为5630亿欧元。与此同时，中国还在出口方面进行了加倍努力。2011年，中国的投资品行业的出口货物价值877亿欧元，与上年相比，同比增长超过20％。以10.2％的市场份额，中国由此一跃成为世界第四大机械出口国。
自2010年以来，俄罗斯对机械和设备的需求已经有了明显的上升，作为今年的德国汉诺威贸易博览会国家的官方合作国家，俄罗斯已经是德国机械工程公司的第四大出口市场，仅次于中国、美国和法国。
而俄罗斯是今年汉诺威贸易博览会的官方合作国，并且已经成为继中国、美国和法国之后德国机械工程企业的第四大出口市场。德国还是俄罗斯最大的机械产品供应国，市场占有率达22.6%。俄罗斯政府预测俄罗斯市场将在未来几年持续增长，政府将通过数十亿欧元的资助计划为市场增长提供支持。从长期来看，对于出口工业4.0产品的德国器械厂商来说，俄罗斯市场拥有巨大潜力。
2011年全球电气工程市场为3.414万亿欧元。德国以1160亿欧元的市场规模位居世界第五大电气工程市场，排名前四位的分别是中国（1.119万亿欧元）、美国（4960亿欧元）、日本（2840亿欧元）和韩国（1550亿欧元）。
近年来，新兴工业国家电气工程市场发展迅速，2011年市场规模首次赶上发达国家，目前新兴工业国家的规模已达1.7万亿欧元，是全球电气工程市场增长的大部分来源。据估计，2012年和2013年，新兴工业国家在电气工程领域的增长将继续大大超过发达国家。
最近，全球自动化市场已增长到3500亿欧元，占世界电气工程市场的比重超过10%。过去几年，中国迅速发展为世界上最大的区域性市场，目前市场价值为1000亿欧元，占世界市场的29%，已经超过规模仅为930亿欧元的欧洲市场。甩在后面的是美国（400亿欧元，占世界市场12%）和日本（260亿欧元，占世界市场比8%）。德国以210亿欧元的规模位居第四。
在自动化产品制造方面中国更是遥遥领先。全球自动化产品制造总额为3500亿欧元，中国占其中的30%，为1030亿欧元。美国和日本几乎并列第二，分别约占世界市场的11%。德国紧随其后，占世界市场的10%。然而从出口上看，德国是世界上最大的自动化产品和系统出口国（290亿欧元），中国第二（270亿欧元），美国第三（210亿欧元）。
预计今年世界ICT行业营业额将达到2.69万亿欧元，增长4.6%。ICT的两个主要领域信息技术和通信增长强劲，增速分别5.2%和4.2%。但不同区域的市场趋势差异巨大。ICT行业在新兴工业国家蓬勃发展，但在西欧大部分国家行业发展处于停滞甚至出现下降。其中，中国、印度和俄罗斯三国共占今年全球ICT需求的七分之一（14%）。2013年， 仅中国市场预计增速为6.6%，规模达到2350亿欧元，超过日本（2210亿欧元）成为世界第二大ICT市场。
最新数字表明，美国毫无疑问仍是需求最大的ICT市场，市场总量7250亿欧元，增长5.8个百分点。与全球市场相比，西欧市场增长缓慢，预计2013年ICT领域销售额仅上涨1.3%，达6250亿欧元。
相比之下德国信息技术市场态势良好，预计2013年上涨3.0%，达750亿欧元。德国软件市场发展迅猛，预计增速为5.1%，市场规模达178亿欧元。外包和维修等IT服务预计将增长3.0%，市场总量达359亿欧元。硬件市场增速平稳，预计增长1.2%。
德国IT产业集群化程度高。除SAP，Software AG和德国电信（Telekom）等本土公司外，美国（如IMB、惠普）和亚洲的ICT企业也在德国设有分支机构。高度集群化为德国抢占工业4.0的先机带来了新机遇。
部分国家工业资助计划
其他一些国家同样通过资助计划和研究项目支持制造业的现代化发展。但从目前公开的信息来看，在美国和中国等国家，新型材料技术等热点趋势众多，工业4.0能够带来的变革仅被视为其中之一。
美国
美国政府重新重视机械工程领域。美国政府正在探索一条积极的工业政策，鼓励制造业企业重返美国，为本土创造就业机会。2011年夏天，美国总统奥巴马启动高端制造业合作伙伴计划（Advanced Manufacturing Partnership，以下简称AMP），以私有部门为主，联合高校、企业和政府部门代表，共同寻找“新兴技术发展的深化与投资”的道路。
AMP指导委员会由麻省理工学院、加州大学伯克利分校、斯坦福大学、卡耐基·梅隆大学、密歇根大学和乔治亚理工学院等美国顶级工程院校的校长及卡特皮勒、康宁、陶氏化学、福特、霍尼韦尔、英特尔、强生、诺斯洛普·格鲁门、宝洁和联合技术公司等美国大型企业的CEO组成。
2012年7月，AMP指导委员会在报告中详细列出16条建议，包括建立覆盖全国的制造业创新机构网络（National Network of Manufacturing Innovation Institutes）。这些机构采取官办和民办相结合的形式，意欲成为“区域优秀制造业中心”，提升美国企业在全球市场上的竞争力，吸引制造业设施投资。
另外，奥巴马政府还为制造业研究提供大量研发资金。2013年美国政府预算当中，高端制造业拨款增长19%，高达22亿美元。美国标准化工作主管部门美国国家标准与技术研究所（NIST）获1亿美元资金为本土制造行业提供技术性支持、研究设施和专业知识。
美国国家标准与技术研究所还负责建设和维护高端制造业门户网（Advanced Manufacturing Portal）。高端制造业门户网是在AMP的建议下建设的，旨在帮助美国机械工程领域的政府主管部门、高校和企业加强联系。美国政府还通过就业和创新加速挑战计划（Jobs and Innovation Accelerator Challenge Initiative）为10个公私合作的地方集群发展项目投资2000万美元。
信息物理系统和物联网技术从美国政府获得资金支持已有多年。实际上，早在2006年，美国国家自然科学基金委员会（National Science Foundation）已经确立信息物理系统为关键研究领域。
但是，信息物理系统在制造业上的具体应用却开展得很少。网络和信息技术研发计划（Networking and Information Research and Development Programme）为18个不同的研究机构提供框架，协调各自在IT领域不同方向的研究计划，包括人机交互和信息管理等。2011年，网络和信息技术研发计划的可支配预算超过30亿美元。
中国
中国也在大力发展机械工程行业。十二五规划的目标要求减少对外国技术依赖程度，追求全球技术领导力的目标，大力发展高端装备制造和新一代信息技术等七大战略新兴产业。到2015年，中国政府为实现这些目标将提供总额1.2万亿欧元的资金，并通过补贴、减税和其他金融手段鼓励和刺激供需。
中国政府还将提高研发占GDP的比重从现在的1.5%提高到2015年的2%。机床领域的发展的重点包括智能制造装备行业、智能控制系统和高端数控机器，而IT领域的重点包括物联网及其在工业控制和自动化等方面的应用。
2010年起，中国政府越来越重视物联网。从2010年开始举办一年一度的物联网大会，中国的第一个物联网中心在首届物联网大会期间成立了。这一研究中心获得了1.17亿美元的资金研究物联基础网技术和相关的标准。
另外，早在2009年，大连理工大学软件学院就成立了研究小组，研究目标之一即是信息物理系统在自动化工程当中的应用。中国还在江苏省无锡市建立了“物联网产业基地”，已有300多家企业落户，7万多名员工上岗。中国领导人正计划在十二五期间向物联网行业投入总额达8亿美元的资金。
欧盟
欧盟通过研究第七框架计划（2007-2013），大力支持物联网技术的发展。研究第七框架计划向信息通讯领域拨款90亿欧元，是该计划中最大的单项资金。框架计划中包括多个推广物联网在制造业应用的跨行业项目。
由西门子负责的“IoT@Work”项目获得580万欧元的预算，研究即插即用概念在实际环境的应用。ARTEMIS技术平台获框架计划24亿欧元注资供平台中8个子项目开展研发工作，子项目包括生产和制造自动化和物理信息系统。
另外，框架计划还拨款12亿欧元支持公有部门和私有部门的合作项目“未来工厂”（Factories of the Future），未来工厂每年将对外征集智能制造业的项目。其中，由SAP负责的“ActionPlanT”项目最近提交了《制造业2.0愿景》报告，供第八框架计划——2020地平线（2014-2020）讨论未来的资助研究项目。地平线2020的预算为800亿欧元，是世界上最大的研发资助项目。
印度
资助创新是印度五年规划（2012-2017）中的核心任务之一，规划要求将共有部门和私有部门的研发投入占GDP的比重提高到2%。2011年，印度通讯和信息技术部正式启动“信息物理系统创新中心”，开展包括人形机器人在内的多个领域的研究。
此外，博世于2011年11月在班加罗尔成立了信息物理系统研发中心。该中心的顾问包括弗劳恩霍夫应用研究促进协会和印度多个一流研究中心。这项合作计划总额高达228亿欧元，旨在为未来的IT专家提供最佳研究和工作环境。印度今后还会通过研究合同的方式向产业和研究领域提供支持。根据Zebra Tech公司的最新调查，即使今天，印度企业使用物联网技术的水平也位于世界前列。
德国的许多竞争对手已经意识到物联网将越来越多地应用到制造业当中，并且正在通过多种制度和金融的手段推动这一趋势的发展。工业4.0工作组认为，德国有实力成为工业4.0时代的全球领袖。工业4.0平台应定期接受评估，保证德国在计划和实施中走在世界的前列。
应用示例5：生产商因不可控因素突然更换供应商
生产商在遇到不受自身控制的情况时，如自然灾害或政治危机，往往需要在生产过程中临时更换供应商。通过模拟对下游服务的影响，工业4.0可以帮助生产商顺利地在变动中过渡，评估不同供应商，从中做出最佳选择。
现在：
现有条件下，如果供应商不能及时供货，制造商很难评估对当前生产和下游服务造成的影响并及时做出反应。突然断货会导致大量额外成本，推迟生产周期，从而对公司业务造成巨大风险。制造商需要迅速作出决定考虑替代供应商、解决在产品的物流问题、当前库存的维持时间、在产品是否已经使用前一家供应商的零部件以及现有供应商是否具备所需的能力和技术按时提供所需供货能力。目前的IT支持还不能解决上述全部问题。
未来：
工业4.0可以模拟生产流程中的全部步骤，并确定各个步骤对生产的影响。模拟包括存储水平和运输物流，还能跟踪已经投入生产的零部件的使用记录，提供零部件寿命信息。通过这些数据，可以计算出不同产品的起模成本，用最节约的方式重新分配生产资源。工业4.0还可以评估相关风险。这样就能模拟出使用不同供应商的成本、利润和环境影响。广泛连接制造系统可以实时动态分析供应商的供货能力，同时在供应云的安全渠道中直接与供应商沟通联系。
