德国工业4.0(中文版)
工业4.0解读版
现在的工业已经是泛工业了。
所以我想从两个角度谈谈对工业的理解。
德国的工业是什么和中国的工业是什么。
德国的工业：背景：2011年德国汉诺威工业博览会上，德国相关协会提出工业的初步概念，此后德机械设备制造联合会等协会牵头，来自企业、政府、研究机构的专家成立了“工业工作组”进一步加强工业的研究并向德国政府进行报告，2013年发表了工业标准化路线图，组建设了由协会和企业参与的工业平台（），德国政府也将工业纳入《高技术战略2020》中，工业正式成为一项国家战略。
目前，德国正计划制订推进工业的相关法律，把工业从一项产业政策上升为国家法律。
为什么叫工业：德国工业核心技术是CPS（信息物理系统），虚拟网络+实体物理系统。
是德国最擅长的嵌入式系统的技术进化方向。
本质是基于“信息物理系统”实现“智能工厂”。
核心是动态配置的生产方式（汽车生产年10月李克强总理访德期间，双方20多位部长会晤，形成了<中德合作行动纲要>宣布，两国将开展“工业”合作。
2015年3月5日李克强总理做政府工作报告中提出互联网+的概念，并提出中国制造2025。
互联网+，是两化融合（信息化和工业化高层次深度结合）的升级版，不仅仅是工业化，而是将互联网作为当前信息化发展的核心特征，提取出来，并与工业，商业，金融业等服务业的全面融合。
所以互联网+着眼点更宏观，更符合互联网思维，更符合中国国情。
IT高峰论坛上，与会代表达成共识，中国的互联网发展仅次于美国，所以中国应利用现有优势，深入扩展互联网应用，实现弯道超车。
对于互联网+工业的着手点应该既参考德国工业的思想，也要利用互联网思维，实现“混搭”。
3月9日工信部下发了《关于开展2015年智能制造试点示范专项行动的通知》。
建立六方面示范点，流程行业的智能工厂、离散行业的数字化车间、智能装备和产品、智能制造新业态新模式、智能化管理、智能服务。
个人理解前三项是偏向智能工厂、智能生产，后三项偏向于互联网思维，偏向于互联网+。
德国“工业4.0”_内容、动因与前景及其启示
德国“工业4.0”_内容、动因与前景及其启示德国“工业4.0”: 内容、动因与前景及其启示引言：近年来，随着科技的不断发展和产业结构的转型，智能制造与信息技术在全球范围内逐渐崭露头角。
其中，德国作为全球制造业强国，率先提出并推动了“工业4.0”的概念，引领了全球智能制造的潮流。
本文将就德国的“工业4.0”进行深入探讨，包括其内容、动因、前景以及启示。
一、德国“工业4.0”的内容德国“工业4.0”是指将物理设备、数字技术和网络系统有机结合，实现智能工厂和智能制造的理念。
它的核心在于使用信息技术与物联网的应用，通过实时数据的采集与分析，以及设备之间的通信与协作，实现生产过程的自动化、智能化，从而提高生产效率、增加产品的个性化和灵活性。
二、德国“工业4.0”的动因1. 技术发展：随着信息技术和互联网的发展，德国意识到利用数字化和自动化技术来提高企业竞争力的重要性。
2. 挑战孤岛现象：德国的制造业主要由中、小型企业组成，他们往往存在孤岛化的问题，德国希望通过工业4.0的推进，实现企业之间、企业与供应商之间信息的共享和协同，提高整体效率。
3. 持续竞争压力：全球化竞争加剧，德国制造业企业需要通过提高生产效率、降低成本和加大产品创新等措施来保持竞争力。
三、德国“工业4.0”的前景1. 制造业转型升级：德国“工业4.0”将为传统制造业带来巨大的转型和升级机遇，推动传统制造业向智能制造业转型。
2. 提高生产效率：通过智能制造，德国制造业企业将能够实现更高的生产效率、更精准的生产计划和更低的故障率。
3. 激发创新能力：德国“工业4.0”将为企业提供更多的数据和信息，推动产品和生产方式的创新，进而增强企业的竞争力。
4. 推动经济增长：德国作为制造强国，通过“工业4.0”的发展，将进一步促进国内经济的增长，提高就业率。
四、德国“工业4.0”的启示1. 技术创新驱动：科技创新是推动智能制造和工业4.0的关键。
企业需要不断加大技术研发投入，推动科技与制造的融合。
德国工业4.0(中文版)
把握德国制造业的未来实施“工业4.0”攻略的建议工业4.0工作组德国联邦教育研究部2013年9月【编者按】为了在新一轮工业革命中占领先机，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下，“工业4.0”项目在2013年4月的汉诺威工业博览会上被正式推出。
这一研究项目是2010年7月德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一——旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。
本文为“德国工业4.0战略计划实施建议”的全文翻译版本。
如有问题和错误，敬请批评指正。
主编：康金城供稿：中国工程院咨询服务中心刘晓龙、郗振宇、高金金、陈守双、占松林、王波、李贞、陈磊联系人：郗振宇联系方式：xzy@ 59300248目录【编者按】 (I)执行摘要 (1)1 引言 (5)2愿景：工业4.0作为智能、网络化世界的一部分 (12)2.1塑造工业4.0愿景 (13)2.2在工业4.0下未来会是什么样子？ (15)2.3新型的商业机会和模式 (17)2.4工作场所的全新社会基础设施 (19)2.5全新的基于服务和实时保障的CPS平台 (20)2.6工业4.0之路 (22)3双重战略：成为领先的市场和供应商 (27)3.1 领先的供应商策略 (27)3.2 主导市场策略 (28)3.3 双重战略及其关键特征 (29)3.3.1 价值网络下的横向集成 (30)3.3.2 全价值链的端到端工程 (30)3.3.3 纵向集成和网络化制造系统 (31)4 需求研究 (35)5 优先行动领域 (39)5.1标准化和开放标准的一个参考体系 (39)5.2管理复杂的系统 (44)5.3为工业提供一个全面宽频的基础设施 (48)5.4 安保是工业4.0成功至关重要的因素 (49)5.5 数字化工业时代工作的组织和设计 (58)5.6培训和持续的职业发展 (62)5.7规章制度 (67)5.8资源效率 (73)6 德国如何与世界其它国家竞争？ (80)7 展望 (91)背景资料： (92)工业4.0战略计划 (92)工业4.0平台 (94)执行摘要德国是全球制造业中最具竞争力的国家之一，其装备制造行业全球领先。
Germany's Industry 4.0
德国工业4.0 Germany's Industry 4.0German Chancellor Angela Merkel said that the increasingly close German-Chinese economic relationship provides enormous opportunities to cooperate while adopting similar strategies for the industrial process, namely Made in China 2025and Germany's Industry4.0.德国总理默克尔表示，中德两国不断加深的经济合作关系为“中国制造2025”和“德国工业4.0”发展战略的合作对接提供了充分的机会。
中国制造2025（Made in China 2025），是中国政府实施制造强国战略第一个十年的行动纲领（10-year action plan）。
《中国制造2025》提出，坚持“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针（to have manufacturing be innovation-driven, emphasize quality over quantity, achieve green development, optimize the structure of Chinese industry, and nurture human talent），坚持“市场主导、政府引导，立足当前、着眼长远，整体推进、重点突破，自主发展、开放合作”（to have manufacturing be market-oriented, guided by the government, planned both in short-term and long-term interest, pushed forward as a whole, focused on key project breakthrough, independent in development, and open for cooperation）的基本原则，通过“三步走”实现战略强国目标，到新中国成立一百年时，综合实力进入世界制造强国前列（to transform China into a leading manufacturing power by the year 2049）。
德国国家工业战略2030_中文版(v1.0)
德国国家工业战略2030为德国及欧洲的工业政策确立战略方针德国联邦经济事务与能源部部长彼得·阿尔特迈尔工业4.0研究院翻译本文件采取了CC开源授权协议，即报告内容可以在署名的情况下转载或改写。
转载请注明引用来源为“工业4.0研究院”。
前言本草案基于基本的考虑因素，首次制定出一项连贯的德国及欧洲工业战略，以合理地应对当今世界最关键的问题之一：在全球化趋势不断发展、创新进程极大加快、其他国家扩张性和保护主义工业政策日益抬头的背景下，如何可持续地维护及发展德国的私营部门和公共部门的高度繁荣？自路德维希·艾哈德时代以来，德国始终肩负着创造与维护繁荣的重任。
他在《大众的福利》一书中所提出的纲领性方法，已成为对社会各阶层的公民影响深远的政治承诺。
七十多年前，无人能预想到这一承诺能履行得如此出色。
今天，德维希·艾哈德对繁荣、自由和安全的承诺，成为了德意志联邦共和国的国家利益，由产业界、社会伙伴以及整个德国共同保障。
社会市场经济促进了德国的高度繁荣，也因此成为了世界上最成功的经济模式。
无论是过去还是现在，这一模式都优于任何形式的计划经济，就连中国也在四十年前引入了市场经济要素。
自冷战结束以来，市场经济已盛行全球。
然而在德国，国家仍然利用其工业政策屡次干预经济部门：从1969年借助个别企业（包括萨尔茨吉特公司（Salzgitter）、霍尔兹曼公司（Holzmann）、欧宝公司（Opel）和万乐公司（Quell e））的“救援计划”成立空中客车公司（Airbus）到光伏企业的解决方案以及半导体、芯片的生产。
由于国家不可能是一个更好的“企业家”，一些干预措施因资金不足走向失败。
还有一些干预例子不同于上述空中客车的例子，它们着眼于一次性的成效，导致了分配不当且没有起到任何战略作用。
因此，“德国工业战略2030”选取了一种完全不同的方法。
该战略界定了国家干预行为可以视为合理的，甚至可能是必要的情况，以避免国家经济和全民族繁荣陷入严重的不利之中。
德国工业4.0是什么意思
德国工业4.0是什么意思工业4.0是一个由德国提出的概念，旨在描述工业领域的数字化和自动化转型。
它是第四次工业革命的延续，将现代信息技术与传统工业生产紧密结合，推动制造业的数字化、自动化和智能化发展。
工业4.0对于德国而言具有重要意义，因为德国作为制造强国，致力于进一步提升自身工业的竞争力和创新能力。
在工业4.0的框架下，传统的工业生产将发生深刻的变革。
基于物联网、云计算、大数据、人工智能等前沿技术，工业4.0通过实现设备和系统之间的互联互通，实现信息的实时共享和智能化决策。
这将使企业能够更加灵活地生产产品，提高生产效率和质量，并为消费者提供个性化的定制化产品和服务。
工业4.0的核心概念是智能工厂。
智能工厂是指通过网络和传感器互联的设备、机器和系统，能够自主协同工作，实现生产流程的自动化和优化。
在智能工厂中，生产设备具备自我学习、自我优化和自我故障诊断的能力，能够与其他设备进行实时通信和协作，以达到最佳的生产效果。
工业4.0的另一个重要特征是大规模数据的应用。
通过物联网技术，工业设备和产品能够产生海量数据，并实现数据的实时采集和分析。
这些数据可以用来优化整个生产过程，提高设备的利用率和能源效率，减少生产成本和资源浪费。
同时，通过数据分析还可以实现预测性维护，提前发现设备故障，并进行相应的维修和替换，降低生产线停机时间和维修成本。
工业4.0还将产生重要的社会影响。
一方面，它将带来新的就业机会，尤其是在数字技术和数据分析方面的人才需求将大幅增加。
另一方面，由于自动化和智能化的推进，传统劳动力的需求将减少，可能导致部分的工作岗位被取代。
因此，工业4.0的推进需要采取有效的政策措施，促进劳动力的转型和培训，以确保就业市场的稳定和社会的可持续发展。
德国是工业4.0的领导者之一，在推进工业4.0转型方面取得了显著成果。
德国制造业企业在智能化生产设备的研发和应用方面处于领先地位，成为全球领先的工业自动化技术供应商。
翻译德国工业4.0
Germany's Industry 4.0 StrategyThe Internet of Things, Big Data, cloud computing and artificial intelligence are changing how we live. Germany has now adopted a development strategy embracing those trends that it hopes will lead a revolution in how things are made.When the world's most influential automation show – SPC IPC Drives – was held in Nuremberg, Germany, in late November 2014, it felt more like a hardware show than a high-tech fest, with electrical cables, fasteners and nuts in evidence everywhere.But what most caught visitors' eyes was a metal octopus that along with its exhibit embodied Germany's development plans for the next 20 years.Much like rows of assembly lines, a cluster of factories or a string of supply chains, these robotic octopi can be linked together and with a central nerve center to be able to sense each other, communicate and make decisions together and work in unison.Following an emphasis on hidden champions, this is Germany's new development approach. It has mobilized the private and public sectors and academia and fully invested the country's economic might in this new vision – to redefine the manufacturing sector and take charge of its future direction by becoming "the factory of the world's factories."Germany's "octopus" plan has a formal name –Industry 4.0. Its objective is smart and fully networked manufacturing."We think our strength in Germany is the industry, so we think let's start the utilization of the Internet of things in the area where we are strong. And this area is industry," says Bernhard Diegner, head of the research department in the Industry 4.0 section of German electrical industry association ZVEI, one of three unions forming Germany's Industry 4.0 platform.Taiwan was only represented by a handful of companies at the Nuremburg fair –Hiwin Technologies Corp., Delta Electronics Inc., Advantech Corporation and Teco Electric & Machinery Co."As long as your booth had even the slightest relation to Industry 4.0, it drew an especially positive response," says Albert Huang, vice president of Advantech's Industrial Automation Group, who visited all 11 of the trade show's halls and came away deeply impressed.Several seminars were also held at the show, and any of them covering Industry 4.0 were packed.The phenomenon has spread far behind Germany. A cursory Internet search shows that Industry 4.0 – in effect mankind's fourth industrial revolution – has become a hot topic among businesses around the globe."The first industrial revolution was when steam power spurred mechanization. The second waswhen electricity drove mass production, and the third was the explosion in information technology. The fourth is the next step in the global manufacturing sector –smart manufacturing," explains Pao-yuan Wang, a researcher at the Industrial Economics and Knowledge Center under the nonprofit Industrial Technology Research Institute.The Industry 4.0 concept first emerged at the Hannover Messe, the world's leading trade fair for industrial technology, in 2011. The German government made it a national policy priority the next year and put it under the direction of the Federal Ministry of Education and Research and Federal Ministry of Economics and Technology.The plan envisioned integrating the traditional machinery sector, the electrical and electronics sector and the information communications technology sector and creating an industry, academia and government collaboration platform, with big corporations such as Siemens, SAP and Bosch helping smaller companies along.Through its status as "the factory of factories" and its many hidden champions – the most of any country in the world – Germany was already in a dominant position at the time, so why develop Industry 4.0?"Human resources have become precious. They can no longer be wasted on repetitive or low-knowledge, low-technology tasks. Workers have to evolve from machine operators into manufacturing process decision makers and managers," Wang says.Bernd Venohr, an adjunct professor at the Berlin School of Economics and Law who has tracked Germany's more than 1,000 hidden champions, also sees other forces at work in his country's new strategy.He explains that hidden champions could hide and still be leaders in their fields in the past, but those days are gone. They must now be able to link up with outside systems, Venohr says, if not by using similar specifications for their products and services then at least by communicating in the same language so they can connect with bigger networks and create greater value.Champions 'Linking' UpJay Lee, a professor at the University of Cincinnati and founding director of the National Science Foundation Industry/University Cooperative Research Center on Intelligent Maintenance Systems (IMS), cautions that simply equipping machines with sensors cannot provide the information necessary for the machines' users to make better decisions, at a time when information is plentiful. Factory production, traffic conditions, health management, disasters, and bank operations all generate big data, and that information has become relatively easy to collect through smart sensing technology, such as wireless RIFD (radio-frequency identification).Echoing Lee, Venohr questions whether amassing reams of numbers is really what people mean when they hail "bid data," saying that unless the information can be made meaningful for usersafter it has been processed and interpreted, the information itself will have no value.Smart Factories: One Machine, Many FunctionsIn the small southern German town of Kaiserslautern is hidden chemical giant BASF's innovation secret. Here one finds a plain-looking building that is the cradle of German smart manufacturing – the German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI) and its first floor smart factory.The smart factory is equipped with only one production line stocked with red, blue and yellow liquid soap materials, but it can produce customized bottles of soap concentrate made of different formulas at the same time.As plastic bottles come down a conveyor belt, they are armed with a sticker featuring a barely visible embedded chip that contains detailed order information. One after another, the bottles are filled, sealed, and labeled automatically.The sticker resembles the brain of the octopi, telling the production line what colors of liquid soaps to mix in what proportions in each bottle before it ultimately prints out a packaging label. All that's left for the factory's technicians to do is control the production process from in front of a computer.Detlef Zuhlke, scientific director of the DFKI's Innovative Factory Systems division, says the factory can take customized orders and quickly turn them into production, a degree of flexibility he believes will be necessary in the future world of manufacturing.The white-haired, 65-year-old Zuhlke founded this smart factory in 2005, and it soon emerged as a showcase for Industry 4.0, drawing an endless stream of visits from multinational companies such as U.S.-based electronics solutions provider Flextronics International, South Korea's Samsung Electronics, and Japan's Hitachi."Today, it's the production line that determines what product is built. In the future, the product will determine what the production line is producing. So the idea of factory, the production, is turned upside down," says Wolfgang Dorst, the head of the Industry 4.0 division at BITKOM (the Federal Association for Information Technology, Telecommunications and New Media) in his Berlin office.There are two major factors propelling Germany's Industry 4.0 campaign. The most obvious is the desire to seize the lion's share of the global equipment and integrated manufacturing solutions market that Lee describes as "incredibly big," but Germany also hopes it will lure home-grown manufacturers back home.One example: Adidas. The global sporting goods brand's production is almost exclusively concentrated in Asia at present, but Adidas is mulling returning home and setting up a production line that will position it to offer more personalized and customized items.Dorst envisions the day when people in Berlin can order a pair of shoes on the Web and won't have to wait five weeks for the shoes to be produced in Asian and shipped in a container back to Hamburg.That will give many small and medium-sized German enterprises even better opportunities to upgrade their operations.Leaving China BehindInjection molded plastic parts specialist Valder Technologies UG, for example, had a growing problem finding workers, but the Industry 4.0 concept triggered the transformation of this half-century old family business located near Cologne.Valder was originally dependent on a supplier in Shenzhen, but the company's founder and president, Monika Villalba, decided to bring its manufacturing back to Germany. She got a feel for demand based on an analysis of her customers and installed robots in Valder's factory to customize production.Germany's aggressive strategy to upgrade its manufacturing sector has sparked anxiety in China, currently recognized as "the world's factory.""The vice chairman of the German Chamber of Commerce told me: 'You Chinese have a lot of money and have made it big, but I don't care! Our small companies are all engaged in R&D in the revolutionary Industry 4.0 field,'" said Henry Cai, Deutsche Bank's executive chairman of corporate finance for Asia-Pacific, while describing a recent trip to Germany in a speech at a media event in late 2014 on future trends."Everybody should be aware that in this industrial revolution, the West is not bringing China along," Cai warned."The West is already developed. It doesn't need China's cheap labor, because your (China's) labor is no longer very cheap."Companies around the world are all facing a reduced supply of labor, rising costs, shortened life cycles for products and services and rapid changes in consumer tastes and needs. Germany has adopted an Industry 4.0 strategy to deal with those challenges, and should that strategy be successful, it will seize the controlling voice in the world's industrial future.。
德国工业4.0标准化路线图v3
开源 用例
服务机器人
德国工业4.0标准化路线图（第三版）
人和工作
人 性 化 的 工 作 设 计
工 作 系 统 的 设 计
组 织 工 作 的 设 计
任 务 和 工 作 的 设 计
产 品 ︐ 设 备 和 接 口 的 设 计
工 作 环 境 ︐ 工 作 区 和 工 作 站 的 设 计
设 计 工 作 要 促 进 学 习 和 能 力 发 展
•人和工作 产品，设备和接口的设计 工作环境，工作空间和工作站的设计
设计工作，以促进学习和能力的发展
Question？
谢谢！
Thank You!
14
•主题和标准化需求
语义
语义，属性，本体 形式化描述工业系统语义的图论方法（工业自动化 和控制系统 - IACS）
标准化术语 参考模型
德国工业4.0标准化路线图（第三版）
•主题和标准化需求
体系结构和数据模型
数字模型 参考架构模型 属性 参考架构模型RAMI 4.0 管理外壳和工业4.0组件 产品准则 国际几何产品规范（GPS）
德国工业4.0标准化路线图（第三版）
•人和工作 人性化的工作设计
工作系统设计的人体工程学原理 正在增长的需求：与信息一起工作 与标准化无关的领域的联接 IT安全：人类的角色
德国工业4.0标准化路线图（第三版）
•人和工作 工作系统的设计 工作组织的设计
任务的设计
德国工业4.0标准化路线图（第三版）
德国工业4.0标准化路线图（第三版）
•主题和标准化需求 生产系统的生命周期
应用领域 开发 维护
非功能性特性
定义非功能性特性的术语。 功能安全 安全保密 可靠性和鲁棒性 可维护性 用标准明确非功能特性
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把握德国制造业的未来实施“工业4.0”攻略的建议工业4.0工作组德国联邦教育研究部2013年9月【编者按】为了在新一轮工业革命中占领先机，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下，“工业4.0”项目在2013年4月的汉诺威工业博览会上被正式推出。
这一研究项目是2010年7月德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一——旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。
本文为“德国工业4.0战略计划实施建议”的全文翻译版本。
如有问题和错误，敬请批评指正。
主编：供稿：中国工程院咨询服务中心刘晓龙、郗振宇、高金金、陈守双、占松林、王波、李贞、陈磊联系人：郗振宇联系方式：******************目录【编者按】 (I)执行摘要 (1)1 引言 (5)2愿景：工业4.0作为智能、网络化世界的一部分 (12)2.1塑造工业4.0愿景 (13)2.2在工业4.0下未来会是什么样子？ (15)2.3新型的商业机会和模式 (17)2.4工作场所的全新社会基础设施 (19)2.5全新的基于服务和实时保障的CPS平台 (20)2.6工业4.0之路 (22)3双重战略：成为领先的市场和供应商 (27)3.1 领先的供应商策略 (27)3.2 主导市场策略 (28)3.3 双重战略及其关键特征 (29)3.3.1 价值网络下的横向集成 (30)3.3.2 全价值链的端到端工程 (30)3.3.3 纵向集成和网络化制造系统 (31)4 需求研究 (35)5 优先行动领域 (39)5.1标准化和开放标准的一个参考体系 (39)5.2管理复杂的系统 (44)5.3为工业提供一个全面宽频的基础设施 (48)5.4 安保是工业4.0成功至关重要的因素 (49)5.5 数字化工业时代工作的组织和设计 (58)5.6培训和持续的职业发展 (62)5.7规章制度 (67)5.8资源效率 (73)6 德国如何与世界其它国家竞争？ (80)7 展望 (91)背景资料： (92)工业4.0战略计划 (92)工业4.0平台 (94)执行摘要德国是全球制造业中最具竞争力的国家之一，其装备制造行业全球领先。
这是由于德国在创新制造技术方面的研究、开发和生产，以及在复杂工业过程管理方面高度专业化使然。
德国拥有强大的机械和装备制造业、占据全球信息技术能力的显著地位,在嵌入式系统和自动化工程领域具有很高的技术水平，这些都意味着德国确立了其在制造工程行业中的领导地位。
因此，德国以其独特的优势开拓新型工业化的潜力：工业4.0。
前三次工业革命源于机械化、电力和信息技术。
现在，将物联网和服务应用到制造业正在引发第四次工业革命。
将来，企业将建立全球网络，把它们的机器、存储系统和生产设施融入到虚拟网络—实体物理系统（CPS）中。
在制造系统中，这些虚拟网络—实体物理系统包括智能机器、存储系统和生产设施，能够相互独立地自动交换信息、触发动作和控制。
这有利于从根本上改善包括制造、工程、材料使用、供应链和生命周期管理的工业过程。
正在兴起的智能工厂采用了一种全新的生产方法。
智能产品通过独特的形式加以识别、可以在任何时候被定位、并能知道它们自己的历史、当前状态和为了实现其目标状态的替代路线。
嵌入式制造系统在工厂和企业之间的业务流程上实现纵向网络连接，在分散的价值网络上实现横向连接，并可进行实时管理—从下订单开始，直到外运物流。
此外，他们形成的且要求的端到端工程贯穿整个价值链。
工业4.0拥有巨大的潜力。
智能工厂使个体顾客的需求得到满足，这意味着即使是生产一次性的产品也能获利。
在工业4.0中，动态业务和工程流程使得生产在最后时刻也可以变化，也可能为供应商对生产过程中的干扰与失灵作出灵活反应。
制造过程中提供的端到端的透明度有利于优化决策。
工业4.0也将带来创造价值的新方式和新的商业模式。
特别是，它将为初创企业和小企业提供发展良机，并提供下游服务。
此外，工业4.0将应对并解决当今世界所面临的一些挑战，如资源和能源利用效率，城市生产和人口结构变化等。
工业4.0使资源生产率和效率增益不间断地贯穿于整个价值网络。
它使工作的组织考虑到人口结构变化和社会因素。
智能辅助系统将工人从执行例行任务中解放出来，使他们能够专注于创新、增值的活动。
鉴于即将发生的技术工人短缺问题，这将允许年长的工人延长其工龄，保持更长的生产力。
灵活的工作组织使得工人能够将他们的工作和私人生活相结合，并且继续进行更加高效的专业发展，在工作和生活之间实现更好的平衡。
在制造工程领域，全球竞争愈演愈烈，德国不是唯一已经认识到要在制造行业引入物联网和服务的国家。
再者，不仅仅亚洲对德国工业构成竞争威胁，美国也正在采取措施，通过各种计划来应对去工业化，促进“先进制造业”的发展。
为了将工业生产转变到工业4.0，德国需要采取双重战略。
德国的装备制造业应不断地将信息和通信技术集成到传统的高技术战略来维持其全球市场领导地位，以便成为智能制造技术的主要供应商。
与此同时，有必要为CPS技术和产品建立和培育新的主导市场。
为了实现这一双重的CPS战略目标，应将工业4.0的下列特性加以落实：●通过价值网络实现横向集成●贯穿整个价值链的端到端工程数字化集成●纵向集成和网络化制造系统迈向工业4.0需要德国投入大量的研发精力。
为了实施双重战略，需要研究制造系统的横、纵向集成，以及工程端到端集成。
此外，应重视由于工业4.0系统所建立的工作场所新的社会基础设施，并要继续发展CPS技术。
如果工业4.0能够成功实施，那么研发活动将需要恰当的产业和产业政策决策与之伴随。
工业4.0工作组认为需要在以下八个关键领域采取行动：●标准化和参考架构：贯穿整个价值网络，工业4.0将涉及一些不同公司的网络连接与集成。
只有开发出一套单一的共同标准，这种合作伙伴关系才可能形成。
需要一个参考架构为这些标准提供技术说明，并促使其执行。
●管理复杂系统：产品和制造系统日趋复杂。
适当的计划和解释性模型可以为管理这些日益复杂性提供基础。
因此，工程师们要配备为开发这些模型所需的方法和工具。
●为工业建立全面宽频的基础设施：可靠、全面和高质量的通信网络是工业4.0的一个关键要求。
因此，不论是德国内部，还是德国与其伙伴国家之间，宽带互联网基础设施需要进行大规模扩展。
●安全和保障：安全和保障两个方面对于智能制造系统成功是至关重要的。
重要的是要确保生产设施和产品本身不能对人和环境构成威胁。
与此同时，生产设施和产品，尤其是它们包含的数据和信息，需要加以保护，防止滥用和未经授权的获取。
比如，这将要求部署统一的安全保障架构和独特的标识符，还要相应地加强培训以及增加持续的专业发展内容。
●工作的组织和设计：在智能工厂，员工的角色将发生显著变化。
工作中的实时控制将越来越多，这将改变工作内容、工作流程和工作环境。
在工作组织中应用社会技术方法将使工人有机会承担更大责任，同时促进他们个人的发展。
若使其成为可能，有必要设置针对员工的参与性工作设计和终身学习方案，并启动模型参考项目。
●培训和持续的专业发展：工业4.0将极大改变工人的工作和技能。
因此，有必要通过促进学习、使终身学习和以工作场所为基础的持续专业发展的计划，实施适当的培训策略和组织工作。
为了实现这一目标，应推动示范项目和“最佳实践网络”，以及研究数字学习技术。
●监管框架：虽然在工业4.0中新的制造工艺和横向业务网络需要遵守法律，但是考虑到新的创新，也需要调整现行的法规。
这些挑战包括保护企业数据、责任问题、处理个人数据以及贸易限制。
这将不仅需要立法，而且也需要代表企业的其他类型的行动—需要大量适当手段，包括准则、示范合同和公司协议,或如审计这样的自我监管措施。
●资源利用效率：即使抛开高成本不谈，制造业消耗大量的原材料和能源，这也对环境和安全供给带来了若干威胁。
工业4.0将提高资源的生产率与利用效率。
这就有必要计算在智能工厂中投入的额外资源与产生的节约潜力之间的平衡。
迈向工业4.0将是一个渐进的过程。
目前基本的技术和经验需要调整从而适应制造工程的具体要求；同时应探讨为开发新地点和新市场制定创新型解决方案。
如果这样做成功的话，工业4.0将使德国提升全球竞争力，并保护其国内制造业。
1 引言确保德国制造业的未来德国是世界上制造业最具竞争力的国家之一。
因为它具备管理复杂工业流程的能力，使不同的任务可由不同地理位置的不同合作伙伴来执行。
几十年来，它已经成功地应用信息和通信技术（ICT）做到了这一点。
当今，ICT大约支撑了90%的工业制造过程。
在过去的30年左右的时间里，IT革命给我们生活和工作带来了根本性变革，其影响不亚于第一次和第二次工业革命中机械化和电气化所带来的影响。
从个人电脑到智能设备的演进伴随着这样的趋势，越来越多的IT基础设施和服务将通过智能网络（云计算）提供。
比以往任何时候都更加小型化的设备与势不可挡的互联网相结合，使无处不在的计算成为现实。
功能强大的、自主的微型计算机（嵌入式系统）正越来越多地相互间或与互联网以无线方式互联。
这正在导致引起实体物理世界与虚拟网络世界（cyberspace）以虚拟网络—实体物理系统（CPS）的方式相融合。
继2012年推出新的互联网协议IPv6，现在已有足够的地址使智能对象间通过互联网大范围直接互联。
这意味着有史以来第一次，有可能将资源、信息、物品和人进行互联，从而造就物联网和服务。
这种现象的影响也将反映到工业领域。
在制造领域，这种技术的渐进性进步可以被描述为工业化的第四个阶段，即工业4.0（图1）。
工业化始于18世纪末机械制造设备的引进，那时像纺织机这样的机器彻底改变了货物的生产方式。
继第一次工业革命后的第二次工业革命大约开始于20世纪之交，在劳动分工的基础上，采用电力驱动产品的大规模生产。
20世纪70年代初，第三次工业革命又取代了第二次工业革命，并一直延续到现在。
第三次工业革命引入了电子与信息技术（IT），从而使制造过程不断实现自动化，机器不仅接管了相当比例的“体力劳动”，而且还接管了一些“脑力劳动”。
图1 工业革命的四个阶段德国需要借鉴其作为世界领先的制造设备供应商以及在嵌入式系统领域的长处，广泛地将物联网和服务应用于制造领域，这样它就可以在第四次工业革命的道路上起到引领作用。
推出工业4.0不仅能巩固德国的竞争地位，而且也可推动解决全球性挑战（如资源和能源利用效率）和国家所面临的挑战（如应对人口变化）。
然而，关键是要考虑在社会文化背景下的技术创新，因为文化和社会的改变本身也是创新的主要驱动力。
例如，人口的变化有可能会改变社会中的所有关键领域，如学习方式的组织、伴随着寿命延长工作和健康的性质、以及当地社区基础设施建设等等。
这将反过来显著影响德国的生产率。