講德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略內容之前，我們先看一下德國人對4次工業(yè)革命的劃分。
一、四次工業(yè)革命的劃分
第一次工業(yè)革命是機械化革命，誕生于18世紀晚期，瓦特發(fā)明蒸汽機后，1784年問世的珍妮紡織機實現(xiàn)了生產的機械化，從而誕生了車間、工廠，大量農民與手工業(yè)者成為產業(yè)工人，機械化革命成就了英國日不落帝國的傳奇，也促使人類從農耕文明走向了工業(yè)文明。
第二次工業(yè)革命是電氣化革命，標志事件是1870年，美國辛辛那提屠宰場的自動化生產線建成，企業(yè)能夠大批量生產、流水線式的生產，該時期以福特汽車為代表，工業(yè)進入了大批量的生產階段。
第三次工業(yè)革命是信息化革命，是上世紀70年代開始的，核心技術就是PLC以及后來的互聯(lián)網。進入信息化革命后，人們可以從繁復的勞動中得到初步解放，從而將更多精力投入到創(chuàng)造性工作當中，因此技術進步呈加速狀態(tài)，新興技術轉化為產品的周期越來越短。
第四次工業(yè)革命就是現(xiàn)在的工業(yè)4.0，通過賽博物理系統(tǒng) (Cyber-Physical System，簡稱CPS系統(tǒng))，將智能機器、存儲系統(tǒng)和生產設施融入到整個生產系統(tǒng)中，并使人、機、料等能夠相互獨立地自動交換信息、觸發(fā)動作和自主控制，實現(xiàn)一種智能的、高效的、個性化的、自組織的生產方式，推動制造業(yè)向智能化轉型。
圖1 工業(yè)革命的四個階段
工業(yè)4.0是以分散式智能制造為方向的全新生產管理模式，是將來的一種發(fā)展趨勢。德國人是這么描述的：“工業(yè)4.0 將在制造領域的所有因素和資源間形成全新的社會—技術互動水平。它將使生產資源（生產設備、機器人、傳送裝置、倉儲系統(tǒng)和生產設施）形成一個循環(huán)網絡，這些生產資源將具有以下特性：自主性、可自我調節(jié)以應對不同形勢、可自我配置、基于以往經驗、配備傳感設備、分散配置，同時，它們也包含相關的計劃與管理系統(tǒng)。作為工業(yè)4.0 的一個核心組成，智能工廠將滲透到公司間的價值網絡中，并最終促使數(shù)字世界和現(xiàn)實的完美結合。”
在德國人的愿景中，工業(yè)4.0是一種高度自動化、高度信息化、高度網絡化的生產狀態(tài)，工廠內人、機、料自主協(xié)同，自組織、高效運轉，工廠外，通過端對端集成、橫向集成，實現(xiàn)了價值鏈的共享、協(xié)作，效率、成本、質量、個性化都得到了質的飛躍。
我們了解了四次工業(yè)革命的劃分及主要特點，下面我們繼續(xù)分析德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略。
二、揚長補短，德國完全有能力絕地反擊
雖然處境很困難，但德國也并非沒有機會。中國俗話說的好，危機危機，危險中孕育著機遇。其實，德國還是很有機會的，完全可以通過揚長補短，把自己的優(yōu)勢鑄就利器，一招制敵，從而帶領德國制造業(yè)突出重圍，取得最終的勝利。
下面從三個方面看看德國制訂工業(yè)4.0戰(zhàn)略的基礎。
1、先天優(yōu)勢可繼續(xù)發(fā)揮
1）發(fā)揮技術優(yōu)勢，CPS系統(tǒng)成為戰(zhàn)略主線
眾所周知，德國具有雄厚的工業(yè)基礎與全球領先的制造業(yè)，如機床、汽車等行業(yè)，占據(jù)絕對的領先優(yōu)勢，另外在嵌入式計算機技術、工業(yè)軟件等，均處于全球領導者的位置，這是德國實施第四次工業(yè)革命的技術基礎。通過將嵌入式計算機技術、工業(yè)軟件、自動化設備等這些德國的優(yōu)勢技術攥成拳頭，形成以CPS為代表的工業(yè)4.0戰(zhàn)略核心，引領全球制造業(yè)發(fā)展，并將帶領德國所向披靡、天下無敵。
CPS是賽博物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System）的縮寫，這是工業(yè)4.0的核心。很多人將CPS翻譯成信息物理系統(tǒng)，是不恰當?shù)摹PS是一個綜合計算、網絡和物理實體的多維復雜系統(tǒng)，通過3C（Computing、Communication、Control）技術的有機融合與深度協(xié)作，通過人機交互接口實現(xiàn)和物理進程的交互，使賽博空間以遠程的、可靠的、實時的、安全的、協(xié)作的方式操控一個物理實體。CPS系統(tǒng)包含了將來無處不在的環(huán)境感知、嵌入式計算、網絡通信和網絡控制等系統(tǒng)工程，使物理系統(tǒng)具有計算、通信、精確控制、遠程協(xié)作和自治功能，從中可以看出，賽博遠非信息二字能代替的。為避免誤導讀者，筆者建議大家用音譯，稱之為賽博物理系統(tǒng)遠勝過信息物理系統(tǒng)。
CPS成為新一次工業(yè)革命的核心，不只是得到德國的高度重視，即便在CPS的發(fā)源地，美國總統(tǒng)科學技術顧問委員會在2007年7月，在《挑戰(zhàn)下的領先——競爭世界中的信息技術研發(fā)》報告中列出了八大關鍵的信息技術，其中CPS位列首位。
因此，德國工業(yè)4.0將CPS定位為核心技術，既是技術發(fā)展的需要，也是德國基于自身優(yōu)勢建立起來的技術堡壘，CPS對德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略來說，具有攻防兼?zhèn)涞墓δ堋?/div>
圖2 CPS系統(tǒng)在工業(yè)4.0的位置
2）發(fā)揮高素質勞動者的優(yōu)勢
一提起德國人，大家不約而同地想到敬業(yè)、嚴謹，這些都是現(xiàn)代工業(yè)所必須要具備的基本素質，而在產業(yè)工人素質方面，德國人在全球都是首屈一指的。
另外，德國在高素質工程技術人員與技術工人培養(yǎng)的方面，也具有非常領先的優(yōu)勢，可以為企業(yè)提供大量技能嫻熟、工作敬業(yè)的高素質勞動者，這也是德國制造業(yè)競爭的優(yōu)勢之一。
3）發(fā)揮成熟的社會化協(xié)作的優(yōu)勢
通過200多年來的工業(yè)革命，德國形成了政府、企業(yè)、研究機構等多層次成熟的協(xié)作體制及協(xié)作能力，這也是促進德國創(chuàng)新的重要動力。比如主導工業(yè)4.0戰(zhàn)略的弗勞恩霍夫協(xié)會，協(xié)會下設80多個研究所，近15000科研人員，年經費10億歐元，是公助、公益、非營利的科研機構，一年可為3000多企業(yè)客戶完成約10000項科研開發(fā)項目，為企業(yè)，特別是中、小企業(yè)開發(fā)新技術、新產品、新工藝，協(xié)助企業(yè)解決自身創(chuàng)新發(fā)展中的組織、管理問題。
德國具有成熟的社會化協(xié)作方面，這些被稱為創(chuàng)新聚集帶的合作模式，是指相關各類型企業(yè)、大學以及研究機構所組成的開放的創(chuàng)新網絡，并根據(jù)各自的優(yōu)勢在鏈條上的不同階段工作。各方可以進行知識、信息的共享，既有消費者、供應商與企業(yè)之間縱向共享，也有在同一產業(yè)企業(yè)之間的橫向共享。
這是將來德國實現(xiàn)三個集成，實現(xiàn)社會化生產，特別是端對端、橫向集成的社會基礎。
因此，德國通過工業(yè)4.0戰(zhàn)略，將這些技術、人才、社會協(xié)作化等方面的優(yōu)勢競爭整合，完全可以形成自己的整體競爭優(yōu)勢。
2、通過技術手段，劣勢瞬間變優(yōu)勢
雖然在全球競爭面前，德國具有老齡化、中小企業(yè)居多等不利因素，但德國可以通過技術手段的改造，這些劣勢瞬間就可以轉變?yōu)閮?yōu)勢。
1）通過網絡化，快艇變航母
上一講說過，德國絕大部分企業(yè)是家族型的中小企業(yè)，他們非常注重品牌與長期競爭力，在產品研發(fā)、質量保障方面投入非常大，企業(yè)具有很強的技術與質量優(yōu)勢，很多是行業(yè)的隱形冠軍，可稱之為商海中的快艇。但由于這些企業(yè)規(guī)模不大，參與全球競爭方面面臨著心有余而力不足的尷尬。
德國人發(fā)現(xiàn)，在成熟社會化分工、協(xié)作的基礎上，通過技術手段，這些缺點就可以完全被避免。如按照產品鏈或者生態(tài)圈的概念，通過縱向集成、端對端集成、橫向集成的三種集成方式，將相關企業(yè)進一步緊密集成在一起，快艇連接成了航母，企業(yè)既具有高度的靈活性與創(chuàng)新能力，又保證了在國際上的競爭能力。通過個性化的、分散式的生產，就可完勝中國集中的、大規(guī)模生產的傳統(tǒng)生產模式，德國劣勢瞬間將會變?yōu)閮?yōu)勢。
下面我們就分析一下工業(yè)4.0中的三項集成是如何幫助德國工業(yè)實現(xiàn)戰(zhàn)略轉變的。
圖3 工業(yè)4.0的三項集成
為充分發(fā)揮社會化協(xié)同制造的優(yōu)勢（包含產品研發(fā)、生產、銷售、服務等內容），德國人在工業(yè)4.0中提出來3項集成：縱向集成、端對端集成、橫向集成。
縱向集成的全稱為“縱向集成和網絡化制造系統(tǒng)”，其實質是“將各種不同層面的IT系統(tǒng)集成在一起（例如，執(zhí)行器與傳感器、控制、生產管理、制造和執(zhí)行及企業(yè)計劃等不同層面）”（摘自德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略計劃實施建議），也就是說將企業(yè)內不同的IT系統(tǒng)、生產設施（以數(shù)控機床、機器人等數(shù)字化生產設備為主）進行全面的集成，目的是建立一個高度集成化的系統(tǒng)，為將來智能工廠中網絡化制造、個性化定制、數(shù)字化生產提供支撐。
圖4 縱向集成和網絡化制造系統(tǒng)
端對端的集成是指“通過產品全價值鏈和為客戶需求而協(xié)作的不同公司，使現(xiàn)實世界與數(shù)字世界完成整合”。（摘自德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略計劃實施建議），也就是說，通過產品的研發(fā)、生產、服務等產品全生命周期的工程活動，最典型的例子，如小米、蘋果手機圍繞產品的企業(yè)間的集成與合作。
請見下圖。（圖示中“產品”二字，是Production execution，此處應該翻譯為“制造執(zhí)行”或者“生產”比較準確，筆者注）
圖5 端對端的集成
橫向集成是“指將各種使用不同制造階段和商業(yè)計劃的IT系統(tǒng)集成在一起，這其中既包括一個公司內部的材料、能源和信息的配置，也包括不同公司間的配置（價值網絡）”（摘自德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略計劃實施建議）。也就是以供應鏈為主線，實現(xiàn)企業(yè)間的三流合一（物流、能源流、信息流），實現(xiàn)一種社會化協(xié)同生產。
圖6 橫向集成
簡單地講，縱向集成是一個企業(yè)內部的集成，包括企業(yè)內部信息化系統(tǒng)之間、信息化系統(tǒng)與生產設備之間的集成，是點的概念，是其他兩個集成的基礎；端對端是圍繞產品生命周期企業(yè)間的集成，是產品價值鏈的集成，是線（或叫鏈）的概念；橫向集成是以供應鏈為主線，企業(yè)間之間的集成，是社會化合作的重要基礎，是生態(tài)圈、是網的概念。
德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略中，通過以上三個集成，全面打通企業(yè)內部（信息化系統(tǒng)及生產設備）、企業(yè)之間、社會化的集成、協(xié)同，實現(xiàn)靈活的、個性化的、高效的、社會化、智能的生產。
2）通過數(shù)字化、智能化，年老變成寶
德國人力資源匱乏、老齡化嚴重，如果在自動化的基礎上，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化生產，體力勞動將大為減少，對勞動者的體力、反應敏捷度等方面的要求也將大大降低。在這種工作環(huán)境中，體力將不再是問題，這些老齡的勞動者可繼續(xù)工作，延長他們的職業(yè)生涯，而他們的豐富經驗與敬業(yè)精神，將有助于提升產品創(chuàng)新、質量與市場的競爭力。
這樣，通過技術手段，老齡化問題就得到最大程度地緩解。
3、在重大新技術面前，德國也毫不遜色
在雄厚的制造業(yè)、工業(yè)軟件、嵌入式技術等基礎上，在當今幾個熱點技術面前，如CPS、物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、機器人、3D打印等，德國的研究與應用已經走在前列，通過持續(xù)的努力，德國完全可能抓住這些重大技術的機遇，從而引領世界。
基于以上分析，無論是德國的傳統(tǒng)優(yōu)勢領域，還是當前略呈劣勢的方面，乃至將來發(fā)展的重大新技術面前，只要制訂科學、合理的戰(zhàn)略，德國就完全有能力突出重圍，從而“確保德國制造業(yè)的未來”。
三、精準布局，工業(yè)4.0成為德國致勝的利器
現(xiàn)在，德國已經將工業(yè)4.0作為《高技術戰(zhàn)略2020》中十大未來項目之一。也就是說，工業(yè)4.0已經上升為德國的國家戰(zhàn)略。
戰(zhàn)略原本是一個軍事術語，下面我們就從戰(zhàn)略的角度來分析一下工業(yè)4.0戰(zhàn)略。
自美國馬克斯維爾•泰勒將軍提出軍事戰(zhàn)略的三大構成要素為目標（ends）、手段（means）、方法（ways） 之后，目標、手段、方法成為戰(zhàn)略的三要素被大家所接受，分析戰(zhàn)略也必然從這三個方面展開。
通過研究、分析德國工業(yè)4.0的相關資料，蘭光創(chuàng)新認為，德國工業(yè)4.0的這三個戰(zhàn)略要素是很清晰的。
圖7 工業(yè)4.0參考架構中不同角度的示例
簡單地講，工業(yè)4.0的戰(zhàn)略目標就是“確保德國制造業(yè)的未來”。
工業(yè)4.0戰(zhàn)略的手段就是1個核心——CPS賽博物理系統(tǒng)，通過信息系統(tǒng)與智能機器、存儲系統(tǒng)和生產設施，將虛實兩世界融合起來，在2個主題（智能工廠與智能生產）進行重點研究與應用，實現(xiàn)企業(yè)內部的“智能化的生產系統(tǒng)及過程，以及網絡分布式生產設施的實現(xiàn)”，并通過3項集成（縱向集成、端對端集成、橫向集成），實現(xiàn)企業(yè)內、企業(yè)間、生態(tài)圈的集成，從而達到高度自動化、高度信息化、高度網絡化的智能化、個性化、社會化的生產與服務模式。
工業(yè)4.0戰(zhàn)略的方法，就是通過以上的技術手段、理念與標準在全球的推廣，實現(xiàn)德國“雙領先戰(zhàn)略”，最終達到“確保德國制造業(yè)的未來”的戰(zhàn)略目標。
第一個領先是“領先的供應商戰(zhàn)略”，強調德國裝備制造供應商要通過技術創(chuàng)新和集成，不斷提供世界領先的技術解決方案，并藉此成為“工業(yè)4.0”產品的全球領先的開發(fā)商、供應商；通過此方法，實現(xiàn)工業(yè)4.0軟硬件及“系統(tǒng)的系統(tǒng)”的解決方案，形成事實上的全球標準，將中國等國家由競爭對手變?yōu)榉桨竷A銷市場，兵不血刃地占領，這也就是為什么默克爾等政要不遺余力推廣工業(yè)4.0的主要原因。
第二個領先是“領先的市場戰(zhàn)略”，強調將德國國內制造業(yè)作為主導市場加以培育，率先在德國國內制造企業(yè)加快推行“工業(yè)4.0”與實施CPS賽博物理系統(tǒng)，進一步壯大德國制造業(yè)。也就是說，用工業(yè)4.0的理念、技術手段等將德國國內企業(yè)武裝起來，提升其生產效率與競爭力，確保在全球競爭中占據(jù)主動地位。
為確保整個戰(zhàn)略的主動，德國在自己優(yōu)勢領域設置了兩個制高點，也即“工業(yè)4.0”的兩大主題：
一是“智能工廠”，重點研究智能化生產系統(tǒng)及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現(xiàn)；
二是“智能生產”，主要涉及整個企業(yè)的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業(yè)生產過程中的應用等。
智能生產是涉及整個企業(yè)包括生產物流管理等宏觀運營的層面，也就是我們中國人說的智能化工廠。
而“智能工廠”是工業(yè)4.0的首要主題，也就是中國人說的智能化車間。前面一句“智能化生產系統(tǒng)及過程”，是說除了包括智能化的機床、機器人等生產設施以外，還包括對生產過程的智能管控，如果換成信息化術語，就是智能化的MES制造執(zhí)行系統(tǒng)。而后面一句：“以及網絡分布式生產設施的實現(xiàn)”，是指將生產所用的生產設施（如機床、熱處理設備、機器人、AGV、測量測試等各種數(shù)字化設備），進行互聯(lián)互通、智能化的管理，實現(xiàn)信息化系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的深度融合，目前很多企業(yè)實施的DNC/MDC(設備聯(lián)網、設備監(jiān)控系統(tǒng))是其基礎。。
而這些，無論是CPS技術、生產設施等方面，德國都具有得天獨厚的優(yōu)勢。
至此，從戰(zhàn)略的角度，我們可以很清晰地勾勒出德國工業(yè)4.0的戰(zhàn)略目標、手段與方法等，可以用一支“利箭”來表示出來：德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略，是以CPS為核心與主線（與中國制造2025中“以兩化深度融合為主線”完全一致），以2個領先戰(zhàn)略為突破口，以智能工廠、智能生產為2個制高點，以3個集成為強勁的后翼，最終目標是“確保德國制造業(yè)的未來”。
圖8 德國工業(yè)4.0“利箭”戰(zhàn)略布局圖
通過以上講解，我們就可以很容易地理解，為什么工業(yè)4.0是“由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變，目標是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產品與服務的生產模式”，德國是為了規(guī)避中國這種大企業(yè)（相對德國）集中生產、大規(guī)模生產、大批量生產的生產模式，向分散式、高度靈活、個性化的智能生產的轉變。
并通過以上的4.0戰(zhàn)略布局圖，我們可以很清晰地知道工業(yè)4.0的一個核心, 兩個主題、三項集成、兩個領先的戰(zhàn)略，這些都是德國人揚長補短、克敵制勝的策略，目的就是”確保德國制造業(yè)的未來。”
本講主要是分析了德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略基礎、目標、方法與手段，并將工業(yè)4.0的一些關鍵技術進行了闡述。
下一講將從美國工業(yè)互聯(lián)網、中國制造2025等另外2個與工業(yè)4.0相近的國家戰(zhàn)略談起，找出這些戰(zhàn)略的共同聚焦點，也即中國制造企業(yè)實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的落腳點與突破口，敬請大家繼續(xù)關注。
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