德國制造工業(yè)是世界上最具競爭力的制造工業(yè)之一，在全球制造裝備領(lǐng)域擁有領(lǐng)頭羊的地位。這在很大程度上源于德國專注于創(chuàng)新工業(yè)科技產(chǎn)品的科研和開發(fā)，以及對復(fù)雜工業(yè)過程的管理。德國擁有強(qiáng)大的設(shè)備和車間制造工業(yè)，在世界信息技術(shù)領(lǐng)域擁有很高的能力水平，在嵌入式系統(tǒng)和自動化工程方面也有很專業(yè)的技術(shù)，這些因素共同奠定了德國在制造工程工業(yè)上的領(lǐng)軍地位。在挖掘新型工業(yè)化的潛能方面，德國將獨(dú)一無二地開啟一個新的工業(yè)時(shí)代：工業(yè)4.0。
前三次工業(yè)革命的到來造就了機(jī)械、電氣和信息技術(shù)。如今，物聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)服務(wù)正宣告著第四次工業(yè)革命——工業(yè)4.0的到來。在未來，廠商們將以“信息物理系統(tǒng)”（Cyber-Physical Systems：CPS）為框架建立包含其設(shè)備、倉儲系統(tǒng)和工業(yè)產(chǎn)品的全球性網(wǎng)絡(luò)。在制造業(yè)領(lǐng)域，CPS包含能夠獨(dú)立交換信息的小型智能機(jī)械、存儲系統(tǒng)和高效的產(chǎn)品設(shè)備，他們能夠獨(dú)立地完成運(yùn)作和互相控制。隨著CPS的設(shè)備基礎(chǔ)改進(jìn)到涉及制造、工程、材料使用和供應(yīng)鏈以及生命周期管理的工業(yè)工序，智慧工廠似乎已經(jīng)開始使用一種全新的途徑來生產(chǎn)產(chǎn)品了。智能產(chǎn)品的特征十分明顯，它們總是被投以關(guān)注的目光，我們都知曉它的發(fā)展歷程，也了解它的當(dāng)前狀況，同時(shí)我們也了解它實(shí)現(xiàn)的方式。當(dāng)指令經(jīng)過CPS系統(tǒng)時(shí)，縱向需要經(jīng)過工廠和公司的商業(yè)流程，橫向則連接了可以實(shí)時(shí)管理的衍生價(jià)值體系，這兩方面共同構(gòu)建了嵌入式制造的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。此外，每一條指令都需要流經(jīng)過程鏈條中的每一個環(huán)節(jié)。
工業(yè)4.0擁有巨大的潛力。智慧工廠讓用戶的個性定制化需求得以滿足，這就意味著，即使是一次性的產(chǎn)品也可以通過頗具收益的方式制造出來。在工業(yè)4.0中，對供應(yīng)商而言，動態(tài)商業(yè)模式和工程流程使生產(chǎn)和交付變得更加靈活，而且對于生產(chǎn)中斷和故障可以靈活反應(yīng)。現(xiàn)在工業(yè)制造在制造流程中已經(jīng)能夠提供端到端的透明化，以促進(jìn)選擇決策的制定。工業(yè)4.0將會發(fā)掘出創(chuàng)造價(jià)值的新方法，開發(fā)出商業(yè)新模型。特別需要說明是，工業(yè)4.0還將給新興公司和小型投資者的發(fā)展帶來契機(jī)，下游的服務(wù)也將從中受益。
此外，工業(yè)4.0將致力于解決當(dāng)今世界遇到的一些挑戰(zhàn)，比如資源效率、城鎮(zhèn)化和人才結(jié)構(gòu)調(diào)整等。工業(yè)4.0能夠持續(xù)帶來覆蓋整個價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的資源生產(chǎn)率和效率的增益。同時(shí)能夠?qū)⑷丝诮Y(jié)構(gòu)變動和社會因素考慮在內(nèi)，并設(shè)定合適的方式來組織生產(chǎn)。智能輔助系統(tǒng)可以把工人從單調(diào)、程式化的工作中解放出來，使其能夠?qū)⒕性趧?chuàng)新和增值業(yè)務(wù)上。在關(guān)于熟練工短缺的問題上，工業(yè)4.0允許高齡的工人延長他們的工作生涯，使他們能夠長時(shí)間地保持生產(chǎn)力。靈活的工作組織形式使得工人們能夠更好地整合他們自己的工作，私人生活和持續(xù)的職業(yè)生涯發(fā)展將變得更有效率，可以說，工業(yè)4.0為工作和生活找到了一個更好的平衡點(diǎn)。
制造業(yè)工程領(lǐng)域的全球化競爭變得愈加激烈，德國并不是唯一一個在制造業(yè)部署物聯(lián)網(wǎng)和行業(yè)服務(wù)的國家。而且，并不是只有亞洲的很多競爭對手對德國造成了威脅，遠(yuǎn)在大洋彼岸的美國也在通過程序提升“先進(jìn)制造業(yè)”來采取措施反對“限制工業(yè)化”。
為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造到工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)變，德國需要實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)雙重策略。不僅應(yīng)該一如既往地把“信息和通訊科技”和“自身的傳統(tǒng)高科技策略”進(jìn)行整合，以努力成為智能制造科技的主要供應(yīng)商，尋求穩(wěn)固自身在全球市場的領(lǐng)導(dǎo)地位。同時(shí)，還應(yīng)創(chuàng)造并服務(wù)于CPS科技和產(chǎn)品。
為了達(dá)成這個雙重要求，以下幾個工業(yè)4.0的特征應(yīng)該被執(zhí)行：
⑴ 橫向集成需要通過價(jià)值網(wǎng)絡(luò)
⑵ 端到端的工程立體集成橫跨整個價(jià)值鏈
⑶ 垂直集成和網(wǎng)絡(luò)化的制造系統(tǒng)
通向工業(yè)4.0之路將會要求德國在研發(fā)上投入巨大的精力，為了實(shí)現(xiàn)雙重策略，所進(jìn)行的研究首先必須實(shí)現(xiàn)“制造系統(tǒng)的水平和垂直集成”和“工程上端到端的集成”。此外，出于對工業(yè)4.0系統(tǒng)的要求和CPS科技持續(xù)發(fā)展的目的，在工作場所中新的社會基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)該得到更多關(guān)注。
如果工業(yè)4.0被成功實(shí)現(xiàn)，研發(fā)也需要與之適應(yīng)的工業(yè)化政策的支持。為此，以下8個領(lǐng)域需要進(jìn)一步改進(jìn)：
標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)
工業(yè)4.0將會涉及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的設(shè)計(jì)并通過價(jià)值網(wǎng)絡(luò)集成幾家不同的公司。如果一攬子共同標(biāo)準(zhǔn)得以實(shí)現(xiàn)，這種合作伙伴關(guān)系將成為可能，而且需要一個參照架構(gòu)來為這些標(biāo)準(zhǔn)提供描述并促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)。
復(fù)雜系統(tǒng)的管理
制造系統(tǒng)正在日益變得復(fù)雜，適當(dāng)?shù)挠?jì)劃、描述和說明模型可以為這些復(fù)雜系統(tǒng)提供管理基礎(chǔ)。工程師們應(yīng)該為了發(fā)展這些模型而進(jìn)行更多的方法創(chuàng)新和工具應(yīng)用。
一套綜合的工業(yè)基礎(chǔ)寬帶設(shè)施
毋庸置疑，綜合并高質(zhì)量的通訊網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)4.0的關(guān)鍵要求。無論是在德國國內(nèi)，還是在德國與其他合作國家之間，寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施也因此需要進(jìn)一步的、大規(guī)模的拓展。
安全和安保
安全和安保是智能制造系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。保障設(shè)備和產(chǎn)品自身不會引起使用者的危險(xiǎn)，也不會對環(huán)境造成污染十分重要。同時(shí)，設(shè)備和產(chǎn)品中包含的信息特別需要被保護(hù)，以防止這些信息被濫用或者在未被授權(quán)的情況下使用。這將對安全和安保的架構(gòu)和特殊識別碼的集成調(diào)用產(chǎn)生更高的要求，同時(shí)相關(guān)的培訓(xùn)和職業(yè)生涯的持續(xù)發(fā)展規(guī)劃也要得到加強(qiáng)。
工作的組織和設(shè)計(jì)
在智慧工廠里，雇員的角色將會發(fā)生引人注目的改變。越來越多的實(shí)時(shí)導(dǎo)向性控制將會讓工作內(nèi)容、工作流程和工作環(huán)境發(fā)生轉(zhuǎn)變。針對組織工作的社會科技的實(shí)現(xiàn)將會給工人提供承擔(dān)重大責(zé)任和加強(qiáng)個人發(fā)展的機(jī)會。當(dāng)上述內(nèi)容成為現(xiàn)實(shí)，進(jìn)行合作的工作設(shè)計(jì)和職業(yè)生涯的學(xué)習(xí)途徑對于啟動參照模型課題將變尤為必要。
培訓(xùn)和持續(xù)性的職業(yè)發(fā)展
工業(yè)4.0將從根本上改變工人們的工作和職業(yè)訴求。實(shí)施適合的培訓(xùn)策略并用培養(yǎng)學(xué)習(xí)的方式組織工作也因此而變得非常必要，可以借此實(shí)現(xiàn)“活到老學(xué)到老”和基于工作地點(diǎn)的廣泛的個人發(fā)展。為了達(dá)成這項(xiàng)目標(biāo)，模型課題和“最好的實(shí)用網(wǎng)絡(luò)”應(yīng)該被進(jìn)一步開發(fā)和提升，立體學(xué)習(xí)技術(shù)也應(yīng)該投入研究。
規(guī)章制度
在工業(yè)4.0下建立新的制造流程和水平的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時(shí)必須遵守法律，而已存在的立法也同樣需要在必要時(shí)考慮創(chuàng)新對法律帶來的影響。面臨的挑戰(zhàn)包括合作信息的保護(hù)、責(zé)任議題、管理私人信息和貿(mào)易限制等。這將不僅對立法，也對其他代表商務(wù)行為的活動提出了要求——制度將作為一個涵蓋面廣泛的適用工具而存在，其中的內(nèi)容條款包括指導(dǎo)方針、標(biāo)準(zhǔn)合同和公司集體協(xié)議，或者如審計(jì)類型的自律行為。
資源效率
除高花費(fèi)以外，僅是制造工業(yè)在原材料和能源上的消費(fèi)便已足夠引起一系列關(guān)于環(huán)境與安全的探討。工業(yè)4.0將會使得從原材料變?yōu)楫a(chǎn)品的過程更加多產(chǎn)和高效。企業(yè)將會權(quán)衡“投資在智慧工廠中的額外資源”與“帶來的潛在節(jié)約”之間的利弊，這對企業(yè)將非常必要。
通向工業(yè)4.0的路將會是一段革命性的進(jìn)展?，F(xiàn)有的基礎(chǔ)科技和經(jīng)驗(yàn)將不得不為了適應(yīng)制造工業(yè)中的特殊設(shè)備而進(jìn)行改變和革新，而且對于新地域和新市場的創(chuàng)新解決方案將不得不重新探索。一旦這些革新被成功實(shí)現(xiàn)，工業(yè)4.0將會使德國在繼續(xù)保持國內(nèi)制造工業(yè)發(fā)展的前提下再次提升它的全球競爭力。
