德国工业4.0概况及研究计划

德国工业4.0概述

大纲

一、工业4.0的背景

1. 历史回顾

2. 人类社会的工业化进程

3. 工业

4.0提出的原因

二、工业4.0的概念

三、工业 4.0 的目标任务

1．工业4.0的根本目标

2．工业4.0的任务

四、工业4.0的内涵

1．工业化与互联网

2．工业4.0战略的互联网与工业相融合

3. 工业

4.0的核心基础——信息物理系统

知识点汇总

原理和观点

K01：工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划。

K02：工业4.0是运用信息物理系统(CPS, Cyber Physical System)，实现设计、采购、制造、销售等生产信息的数据化、网络化、智能化，最后达到快速、有效、个性化的产品供应。

K03：工业4.0也可以表述为信息化加上工业化，即两化融合。两化融合是信息化和工业化的高层次的深度结合，是指以信息化带动工业化、以工业化促进信息化，走新型工业化道路；两化融合的核心就是信息化支撑，追求可持续发展模式。

K04：工业4.0的根本目标是对智能工厂实行标准化。

K05：工业4.0的首要任务是提升价值附加链，拓展新的商业模式，其重要任务是提出整体方案，解决安全、隐私及知识保护等问题。

K06：工业4.0的核心基础是信息物理系统，其实质是物理进程与信息的反馈，即物理对象与互联网融合。

正文

一、工业4.0的背景

1.历史回顾

“工业4.0（Industry 4.0）”一词于2011年首次提出。“工业4.0”的提出者是德国人工智能研究中心（DFKI）的CEO和科学总监Wolfgang Wahlster 教授。2013年德国乌尔里希·森德勒编著出版了《工业4.0》一书，正式开启了德国工业4.0时代，在全球引起了巨大反响。工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划。

德国政府于2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出“工业4.0”研究项目，其目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。工业4.0的地位是国家级战略，推动者是德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界。该项目由德国联邦教育及研究部和联邦经济技术部联合资助，投资预计达2亿欧元，旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴，其技术基础是网络实体系统及物联网。

“工业4.0”战略已上升为德国的国家级战略，并得到德国科研机构和产业界的广泛认同。2013年底，德国电气电子和信息技术协会发布了德国工业4.0标准化路线图，德国弗劳恩霍夫协会在其下属6－7个生产领域的研究所引入工业4.0概念。德国西门子公司已经将工业4.0概念引入其工业软件开发和生产控制系统。

2.人类社会的工业化进程

究竟什么是“工业4.0”呢？为什么是“4.0”？而不是“3.0”“2.0”“1.0”呢？首先需要了解一下人类社会的工业化进程。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。第一次工业革命也就是工业1.0，创造了机器工厂的“蒸汽机”时代。1784年出现了第一台机械织布机标志着工业1.0的诞生；继第一次工业革命后的第二次工业革命大约开始于20世纪初，在劳动分工的基础上，采用电力驱动产品的大规模生产。工业2.0，将人类带入分工明确、大批量生产的流水线模式和“电气时代”；到了20世纪的五六十年代，信息化的浪潮席卷全世界，第三次工业革命的标志性事件是基于半导体技术的硅材料的信息化的运用，即晶体管的发明，进一步提高了生产的自动化水平，引领了至今的信息化革命，第三次工业革命引入了电子与信息技术，从而使制造过程不断实现自动化，并一直延续到现在。那么几十年过去了，第四波的工业革命浪潮是否来临呢，它的基础和特征又是什么呢？随着德国工业4.0项目的隆重推出，工业革命已经进入到了第四个阶段，其特征就是智能化。

第一次工业革命，以英国1784年蒸汽机的发明为标志，延续时间86年。第二次工业革命，以美国1870年发电机的发明为标志，延续时间99年。第三次工业革命，以美国1960年半导体晶体管的发明为标志，直到现在并还会延续20

年左右。第四次工业革命，以德国2013年工业4.0研究项目的推出为标志，预计将延续30到40年。

3.工业

4.0提出的原因

德国政府提出工业4.0的原因是什么呢？其内部原因是，德国本来就是制造业强国，需要保持并提高自己的优势。这种优势体现在两个方面，一个是技术水平处在较高的水平，二是高效率的创新体系。工业4.0计划提出的外部原因主要有两个，一是美国等发达国家的“再工业化”带来的刺激，二是以中国为首的新兴国家的崛起使得德国产品在国际市场上的地位受到挑战。因此工业4.0的提出并不完全是德国制造业领先的体现，也是被竞争对手逼出来的应对计划。

二、工业4.0的概念

德国学术界和产业界认为，“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—信息物理系统（Cyber-Physical System)相结合的手段，将制造业向智能化转型。也就是，运用信息物理系统(CPS, Cyber Physical System)，实现设计、采购、制造、销售等生产信息的数据化、网络化、智能化，最后达到快速、有效、个性化的产品供应。

“工业 4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。从另一个角度来看，工业4.0也可以表述为信息化加上工业化，即两化融合。两化融合是信息化和工业化的高层次的深度结合，是指以信息化带动工业化、以工业化促进信息化，走新型工业化道路；两化融合的核心就是信息化支撑，追求可持续发展模式。信息化与工业化主要在技术、产品、业务、产业四个方面进行融合。也就是说，两化融合包括技术融合、产品融合、业务融合、产业衍生四个方面，从而产生工业 4.0的革命性的变化。

图中展示了工业化与信息化的融合形式，以生产商作为图中的核心要素，那么左边就是客户，作为设计者可以直接参与产品的设计，那么右端客户作为生产者，也可以通过一定的形式介入到产品的制造全过程，最终我们的产品买给客户。