1、确保德国制造业的未来对实施“工业 4.0”战略计划的建议确保德国制造业的未来对实施“工业/statistik/daten/studie/151019/umfrage/exportgueter-aus-deutschland/13: VDMA：当前趋势调查：德国机械和设备制造商的全球竞争地位 ，2012 年 10 月。制造业的物和服务联网正款步走来：从本质上来说，工业4.0 将信息物理系统技术融入到制造和物流过程中，并在工业流程中使用物和服务联网。这将对价值创造、商业模式、下游服务和工作组织产生影响。“工业4.0 为德国提供了一个机会，使德国可以进一步巩固其作为生产地、装备制造供应国和 IT 业
2、务解决方案供应国的地位。我们看到，德国的所有利益攸关方正在通过工业4.0 这一平台密切协作，推动落实，这令我们备受鼓舞。”孔翰宁教授、博士德国国家科学与工程院（acatech）产学研联盟通信促进小组（communication promoters group）发言人，工业4.0 工作组联席主席根据产业-科学研究联盟倡议，工业4.0 平台的合作伙伴因此给自己设立了落实德国政府的战略计划的目标，以确保德国工业的竞争力。14: 见德国政府的高科技战略行动计划，战略计划工业4.0，P.52ff。见：/.bmbf.de/pub/HTS-Aktionsplan.pdf工业4.0 计划在以下方面有巨大潜力：
3、满足个人的个性化要求工业4.0 允许在设计、配置（configuration） 、订购、规划、制造和运营阶段纳入个性化的标准，并使将最后一分钟的变化纳入上述过程成为可能。在工业4.0 计划中，生产一次性产品以及生产的产品数量极低（批量大小为 1）并且仍然能够盈利，这种情况是有可能的。灵活性基于信息物理系统的特别网络（ad hoc networking）使动态配置业务流程的不同方面成为可能，例如质量、时间、风险、稳定性（robustness） 、价格和环保性。这促进了材料和供应链的持续“调整” 。这也意味着，工程流程可以更为灵活，制造流程可以改变， （由于供应问题）暂时性短缺可以得到弥补，并在短
4、时间内可以实现产量的大幅提高。决策优化要在全球市场上取得成功，正确决策（通常在很短的时间内）变得至关重要。工业4.0 具有实时的、端到端的透明度（end-to-end transparency，就是在互联网协议(TCPIP)的设计中，将互联网系统中与通信相关的部分(IP 网络)与高层应用(端点)分离，最大限度地简化网络的设计，将尽可能多的复杂性和控制放在用户终端上。译者注） ，这就使工程领域的设计决策能够得到提早核实，并可以对过程中断进行更为灵活的应对，并且在生产领域实现一家企业的所有生产工厂的全球优化（global optimisation） 。资源生产率和效率工业制造流程的首要战略目标仍适
5、用于工业4.0：以特定量的资源实现最多的产品产量（资源生产率） ，以及使用尽可能少的资源生产出特定的产量（资源效率） 。信息物理系统使得在整个价值网络中的制造流程在个案基础上得以优化。此外，在生产期间，系统可以无需停产持续优化资源和能源消耗或减少排放。15: 见 Vogel-Heuser, Birgit 等人：“未来产品自动化”的研究问题， （德国国家科学与工程院材料） ，慕尼黑 2012，第 28 页。通过新的服务创造价值机会工业4.0 开启了创造价值的新方式以及就业的新形式，例如，通过下游服务创造价值与工作岗位。为了提供创新型服务，智能算法可以应用于智能设备记录下来的海量多元化数据（大数据
6、） 。在工业4.0 时代为中小企业和初创企业提供了发展 B2B 服务的巨大机遇。应对工厂的人口结构变化结合工作组织和能力发展计划，人类与技术系统之间的交互协作（interactive collaboration）将为企业提供将人口结构变化转变为优势的新方式。面对熟练劳动力短缺以及劳动力队伍的多元化（在年龄、性别和文化背景方面的多元化） ，工业4.0 将使职业道路更加灵活多样，这将让人们在更长的时间内得以继续高效工作。工作与生活的平衡运用信息物理系统的企业的工作组织模式将更为灵活，这意味着，这些企业在满足员工日益增长的如下需求方面处于有利位置：在工作与私人生活之间以及个人发展与持续职业发展之间实
7、现更好的平衡。例如，智能辅助系统将为以如下方式组织工作提供了新机会：通过采用新的灵活性标准来满足企业和员工个人的需求。随着劳动力队伍规模的缩小，这将使运用信息物理系统的公司在招募最优秀人才方面具备明显优势。仍然具有竞争力的高工资经济体工业4.0 的双重战略将使德国成为头号供应大国，并且成为工业4.0 解决方案的主要市场。然而，工业4.0 给相关产业带来的并不仅仅是技术或 IT 方面的挑战。不断变化的技术也将对组织产生深远的影响，为新的商业模式和企业模式的发展创造了机会，并促进员工提高敬业度。20 世纪 80 年代早期，德国成功地开展了第三次工业革命（“工业 3.0”） ，通过将可编程逻辑控制器
8、（PLC）整合到制造技术中，实现了更为灵活的自动化制造，与此同时，通过一种基于社会合作的方法成功地应对这种技术对劳动力的影响。德国拥有强大的工业基础、成功的软件业以及语义技术（semantic technology）方面的专有技术，这些都意味着德国在实施工业4.0 方面处于极为有利的位置。德国有可能克服当前种种阻碍，比如：技术接受度问题、或劳动力市场中熟练劳动力有限的问题。然而，只有所有利益攸关方通力合作，释放制造业的物和服务联网的潜力，才可能确保德国工业的未来。16: 在“服务网络”旗舰项目的支持下，德国政府为2007-2012 年间的 THESEUS 研究计划提供资金，以此推动基于互联网的
9、新型知识基础设施的发展和试用，进而更好地利用从互联网获得的知识，实现价值最大化。该研究计划着重于研究语义技术，与使用常规方法（例如字母组合）来检测内容（文字、图像、声音）不同，该技术能够识别信息的语义内容并进行分类。更多信息请参见：/.bmwi.de/DE/Themen/Digitale-Welt/Internet-der-Zukunft/internet-der-dienste,did=360458.html自 2006 年以来，德国政府一直以高科技战略为指导来推动物和服务联网的发展，迄今已成功启动了若干技术计划。目前，工业-科学研究联盟正通过工业4.0 项目在跨行业层面推进该计划。德国信息
10、技术、通讯与新媒体协会（BITKOM） 、德国机械及制造商协会（VDMA） 、德国电子电气制造商协会（ZVEI）三个专业协会建立了工业4.0 平台，下设一个秘书处，迈出了实施工业4.0 项目合乎逻辑的下一步。下一个任务将是为关键的优先发展主题设计研发路线图。确保德国制造业的未来这是工业4.0 平台的合作伙伴为自己设立的目标。工业4.0 平台诚邀所有利益攸关方继续探索工业4.0 带来的机遇，这样我们共同努力有助于确保这一革命性愿景的成功实施。17: 更多详情请参见：Promotorengruppe Kommunikation der Forschungsunion WirtschaftWisse
11、n-schaft（著）：Im Fokus：Das Zukunftsprojekt Industrie 4.0Handlungsempfehlungen zur Umsetzung（通信促进小组报告） ，柏林，2012。2 愿景：工业4.0 是智能化、网络化世界的一部分在“智能化、网络化的世界”中，所有关键领域都能感受到物和服务联网的存在。这种变革会催生能源供应领域的智能电网、可持续的移动战略（智能交通、智能物流）以及医疗领域的智能健康（smart health） 。在制造业领域，人们认为，在由越来越多的智能产品与系统组成的整个价值网络中，纵向联网、端到端工程和横向整合将开启工业化的第四阶段“工
12、业4.0” 。18: 2009年，产学研联盟确定了采取行动的 5 个关键领域：气候/能源、移动、健康、安防和通信。更多信息请见：.forschungsunion.de。工业4.0 致力于生产智能产品、创建智能程序和流程。智能工厂是工业4.0的一个主要特征。智能工厂能够成功管理复杂性，不太易于受到干扰/破坏，并且能够更高效地生产商品。在智能工厂中，人、机器和资源如在社交网络中那样自然地相互交流。智能产品清楚其制造的过程细节以及目标用途。智能产品主动为制造过程提供支持，并能够回答诸如“我何时被制造出来” 、 “对我进行加工应该使用哪些参数” 、 “我应该被传送到何处”等这样的问题。智能产品与智能交
13、通、智能物流和智能电网的交互，将使智能工厂成为未来智能基础设施的关键组成部分。这将重塑传统价值链，并引发新商业模式的出现。19: 自第三次工业革命以来，信息和通信技术（ICT）不仅被用于制造业以优化成本和效率，还用于与制造业有关或重叠的过程，例如物流、诊断、质量控制、维护、能源管理或人力资源规划。但是，随着时间的推移各个领域分别开发了不同的IT 系统，与此同时，这些架构各自的发展及其显著的封闭性意味着，从技术上来说，对它们进行整合将是极为复杂的。这使得对 IT 系统的综合性网络整合及对制造系统的灵活再配置都异常困难，这意味着，这种方法带来的潜力根本不具有开发的可能性。但在工业4.0 时代，这些
14、限制将不复存在。因此，不应该孤立地看待工业4.0，而应该将其视为需要采取行动的众多关键领域之一。这样一来，应该以跨学科的方式、以与其他关键领域密切合作的方式来实施工业4.0（见图 2） 。2.1 打造工业4.0 的愿景实现工业4.0 所需的范式转换是一个长期工程，也是一个渐进的过程。在整个过程中，确保现有制造系统的价值被保留是关键。与此同时，有必要提出从早期阶段起就可获益的迁移策略（migration strategy） （也见第三章和第五章第四节） 。尽管如此，一些个别行业可能出现飞跃式创新。图 2：工业4.0 与智能工厂（作为物和服务联网的组成部分）图中 Internet of Servi
15、ces=服务网，Internet of Things=物联网，Smart Factory=智能工厂，Smart Mobility=智能交通，Smart Logistics=智能物流，Smart Grids=智能电网，Smart Buildings=智能建筑，Smart Product=智能产品。在生产及自动化工程和 IT 领域，横向一体化是指制造和业务规划流程不同阶段所使用的各种 IT 系统的一体化，这些流程包括企业内部（如，入厂物流、生产、出货物流、营销）及若干不同企业（价值网络）之间的原材料、能源和信息的交换。横向一体化的目标是提供端到端的解决方案。在生产及自动化工程和 IT 领域，纵向一
16、体化是指不同层面（例如，执行器和传感器、控制、生产管理、制造和执行以及企业规划层面）使用的各种 IT 系统的一体化，目的是为了提供端到端的解决方案。德国工业要想生存并繁荣起来，它需要在推动第四次工业革命方面发挥积极的作用。这意味着有必要发挥德国产业界和学界（the German research community）的传统优势：德国在机械和装备制造业方面的市场领导地位具有全球影响的 IT 竞争力嵌入式系统和自动化工程领域的领先创新者技能水平高且积极性高的劳动力距离供应商和客户较近，在某些情况下供应商与客户之间可以密切合作一流的研究和培训设施实施工业4.0 的目的在于充分发挥德国劳动力的技能、表
17、现和专业技术，通过系统性的创新过程利用现有的技术和经济潜力，打造最优的整体一揽子计划。工业4.0 将致力于以下重要方面：整个价值网络的横向一体化整条价值链内工程的端到端数字一体化纵向一体化及网络化制造系统第三章将在双重战略背景下对这些方面进行更为深入的探讨。2.2 工业4.0 背景下的德国未来工业4.0 将提高工程、规划、制造、运营和物流过程中的灵活性和稳健性，同时将实施最高质量标准。此举将催生动态、实时优化和自组织（self-organising）的价值链的出现，该价值链可以根据各种标准（如成本、可得性和资源消耗）进行优化。这就要求建立一个适当的监管框架以及标准化的交互界面（interfac
18、e）和统一的业务流程。“物和服务联网为制造业创新创造了巨大的潜力。倘若我们能够成功地将基于网络的服务融入到工业4.0 中去，那么这一空间的增长潜力将无可估量。”OLE_LINK13OLE_LINK14Dr. Johannes Helbig德国邮政股份公司产学研联盟通信促进小组成员工业4.0 愿景具有以下几个方面的特征：制造过程中所有参与者和资源之间的社交-技术互动将达到新高度。这将围绕着制造资源网络（制造装备、机器人、传送和仓储系统、以及生产设施）展开，这些制造资源网络是自主运行的，能够自我控制以应对不同情况，具有自配置、以知识为基础、配备有传感器且空间上分散的特点。此外，这些制造资源网络还嵌
19、入了相关规划和管理系统。作为该愿景的重要组成部分，智能工厂将被嵌入到公司内部的价值网络中，端到端工程是其突出特点端到端工程包含制造流程和制成品，最终实现数字与物理世界之间的无缝融合（seamless convergence） 。智能工厂将使工作其间的工人易于管理制造过程中不断增加的复杂性，并将确保生产在城市环境下具有吸引力、可持续，同时还能产生经济效益。工业4.0 时代的智能产品具有唯一标示，能够全程被定位。即使是在生产过程中，这些产品也能掌握自身生产过程的细节。这意味着，在特定行业中，智能产品将有能力半自主地控制其生产的个别阶段。此外，确保制成品掌握其最佳运行参数、识别其生命周期中磨损（we
20、ar and tear）信号将成为可能。整合此类信息有助于智能工厂在物流、部署和维护方面的优化，并且实现与企业管理应用的整合。在工业4.0 时代的未来，将单个客户和具体产品的特征纳入到设计、配置、订购、规划、生产、运营和回收（recycling）阶段将成为可能。甚至还有可能在制造前、或甚至制造过程中以及在运营过程中的最后一分钟的修改请求纳入到上述过程中。这将使制造一次性且少量产品，也能实现盈利。工业4.0 愿景的实施将使员工能够基于形势和环境敏感型目标，对智能制造资源网络和制造过程进行控制、管理和配置。员工将从不得不承担日常工作中解放出来，进而得以专注于创新性、价值增值活动。因此，员工仍将发挥
21、关键作用，在质量保障方面尤其如此。与此同时，弹性（flexible）工作条件可以实现工作与个人需求之间更大程度的兼容。工业4.0 愿景的实施要求进一步扩大相关网络基础设施的规模，以及通过服务水平协议进一步明确网络服务质量。这将使满足数据密集型应用（data-intensive applications）对高速带宽的需求，让服务提供商保证时间敏感型应用（time-critical applications）的运行时间成为可能。图 3：横向价值网络资料来源：Hewlett-Packard 2013图4：物和服务联网人、物和系统的网络化资料来源：博世软件创新公司(Bosch Software Inn
22、ovations)，20122.3 新的商机与模式工业4.0 将催生新的商业和合作模式，这些模式更加适合于满足个性化和客户“最后一分钟”的要求。这些模式也将使中小企业有能力使用在当前许可和商业模式下无力负担的服务和软件系统。新的商业模式将为以下问题提供解决方案：考虑客户与竞争对手情况的动态定价，以及以网络化和商业伙伴间的合作为特点的背景下与服务水平协议（SLAs）的质量相关的问题。新商业模式将努力确保价值链中的所有利益攸关者（其中包括新加入者）都能公平地分享潜在商业利益。更广泛的监管要求，例如减少二氧化碳排放量（见 5.8 节） ，可以且应该被整合到这些商业模式中，以便让商业网络中的合作伙伴共
23、同满足这些要求（见图 3） 。与“网络化制造” 、 “自组织适应性物流（self-organising adaptive logistics） ”和“客户集成工程（customer-integrated engineering） ”等有关的工业4.0 应用情景（use case scenario）将要求如下商业模式：该商业模式主要由高度动态的企业网络来实现，而不是单家企业来实现。这就引发了许多问题，如融资、开发、可靠性、风险、责任、以及知识产权和专有技术保护等有关问题。就该网络的组织及其服务的合理差异化（qualified differentiation）而言，依据相关约束性文件，确保责任在商
24、业网络中被正确分配至关重要。对商业模式的实时详细监测也将在记录处理步骤和系统状态（以证明符合合约和监管条件）方面发挥关键的作用。可以随时跟踪业务流程的各个步骤，这为这些流程的完成情况提供书面证据（也见第 5.7 节） 。为了确保能够高效提供个性化服务，有必要精确地确定：相关服务生命周期的具体特征，哪些承诺能够被保证，以及哪类许可模式和条件将允许新的合作伙伴（尤其是中小企业）加入到该商业网络中来。20: “实时”指与现实世界中的事件同步进行的数据处理，不同于存在延迟的数据处理。鉴于上述情况，工业4.0 很可能产生意想不到的全球影响，造就高度动态的环境。新技术的颠覆性（disruptive nat
25、ure）及其对法律问题（例如，关于技术、敏感的企业数据、责任、数据保护、贸易限制、密码使用等）的影响，可能威胁到现有法律的可执行性。较短的创新周期要求不断更新监管框架，并导致监管实施方面的长期失灵（chronic failings） 。因此，将有必要采用一种全新的方法，并根据此方法，在技术开发之前和开发过程中就技术与法律的兼容性进行测试（见第 5.7 节） 。安全和保障问题是成功实施工业4.0 计划的另一个关键因素（见 5.4 节） 。这一领域再次需要采取一种更积极主动的方法。此外，确保“以设计促保障（Security by Design） ”的观念并不仅仅局限于功能部分，这一点很重要。2.4
26、 工作场所的新社会基础设施工业4.0 将为处于人口结构变化阵痛中的国家带来大量的创新德国的人口老龄化程度全球第二，仅次于日本；与此同时，许多德国制造企业的员工平均年龄大约四十五岁。年轻员工的数量在不断下降，在某些专业领域已经出现熟练劳动力和学徒工短缺的现象。为了确保人口结构变化不会以当前的生活水平为代价，德国将有必要更好地利用现有的劳动力市场储备来发展工业4.0，与此同时维持和提高劳动力大军的生产率。提高就业人口中的老年人和妇女的比例尤其重要。最新的研究表明，员工个体的生产率并不取决于其年龄，而是与他们担任某一特定职位的时间长短、工作的组织方式以及工作环境息息相关。倘若要在延长的工作年限中维持
27、和提高生产率，那么有必要协调和改变工作场所的若干方面，其中包括健康管理和工作组织、终身学习和职业生涯模式（career path model） 、团队结构和知识管理。不仅企业，而且特别是教育系统都将必须应对这一挑战。21: 见Altern in Deutschland ，第 9 卷：Gewonnene Jahre，Empfehlungen der Akademiengruppe，Nova Acta Leopoldina NF 371 号，第 107 卷，斯图加特（Stuttgart 2009） ，第49,56 页。移民和低技能工作者（如果他们接受更进一步的培训）也构成了劳动力市场待开发潜力的来
28、源，见经合组织：外国工人入境：德国（Zuwanderung ausl?ndischer Arbeitskr?fte：Deutschland） ，2013，原文链接：/.oecd-ilibrary.org/social-issues-migration-health/zuwanderung-auslandischer-arbeitskrafte-deutschland-german-version_9789264191747-de因此，决定德国未来竞争力的除了新技术、商业和法律因素外，还包括工业4.0 工厂中的新社会基础设施，这些社会基础设施能够使员工更大程度的结构性参与（structural
29、involvement）创新过程。工业4.0 带来的人与技术以及人与环境交互方面的范式转换也将发挥重要作用，其中新形式的协作工厂工作（collaborative factory work）可以在工厂以外的虚拟、移动办公场所完成。配有多模态（multimodal） 、用户友好型界面的智能辅助系统将为员工的工作提供支持。除了全面培训和持续职业发展这两类措施外，工作组织和设计模式将是实现（受劳动力大军欢迎的）成功转型的关键。这些模式应当将高标准的自我管理（self-regulated autonomy）与分权式（decentralised）领导和管理方法相结合。员工应该拥有更大的决策自由，更加积极地
30、参与公司业务，并调节自己的工作量。在加深对创新过程中人力工作的重要性的认识基础上，工业4.0 计划的社会技术方法将释放新的潜力，促进开发亟需的创新。2.5 基于服务的、实时启用的新型信息物理系统平台工业4.0 战略计划将搭建新型信息物理系统平台，该平台旨在为面向智能工厂和智能产品生命周期各个方面的协作性工业业务流程和相关业务网络提供支持。这些平台所提供的服务和应用将实现人、物和系统的相互连接（见图4） ，并将拥有以下特征：服务与应用（包括基于信息物理系统的软件）的快速和简单编配（orchestration）带来的灵活性参照应用商店（App Store）模式简单配置和部署业务流程整个业务流程提供
31、的全面、安全和可靠的支持从传感器到用户界面所有要素的安全性、保障性和可靠性支持移动终端设备支持业务网络中的协作制造、服务、分析和预测流程。在业务网络中，特别需要有关共享 CPS 平台上的服务与应用的编配的 IT 开发工作，因为这也正是工业业务流程中对信息物理系统、应用和服务进行横向和垂直整合的具体需求所在（也见第 5.1 节） 。对工业4.0 来说， “编配”这个词语应该得到更宽泛的解读，而不仅局限于网络服务这一通常情况，这一点非常重要。该词语应明确包括公司间的协作流程和业务网络中共享的服务和应用的创建。为了编配及后续协作制造和服务流程的高效、可靠、安全和有保障运行，以及为了在信息物理系统平台
32、上动态业务流程的实施，需要对诸如安全和保障、保密、可靠性、使用、运营商模式趋同、实时分析和预测等问题进行审查。此外，这将涉及到应对由各类数据源和终端设备带来的挑战。目前，上述提到的要求仅通过通用的云基础设施计划这种非常初级的方式来满足。IT、软件和服务提供商以及用户本身在公司间使用信息物理系统平台，将要求建立一个工业4.0 的参考架构，该参考架构需要考虑信息通讯技术（ICT）和制造业的不同方面（见第 5.1 节） 。要为这些信息物理系统平台开发新的应用和服务，则需要运用建模的方法（modelled method） ，以便管理因以下几方面带来的复杂性：功能增加、定制化、动态化以及不同学科和组织之
33、间的合作（见第 5.2节） 。要确保必要的安全数据交换，提供一个拥有高速宽带的安全且高效的网络基础设施将很关键（见第 5.3 节） 。2.6 工业4.0 之路工业4.0 愿景的实现将是一个不断发展的过程（evolutionary process） ，各行各业、各企业都将以不同速度向前推进。今年年初，德国信息技术、通讯与新媒体协会（BITKOM） 、德国机械及制造商协会（VDMA） 、德国电子电气制造商协会（ZVEI）三个专业协会针对“工业4.0 的前景”联手开展了一项调查，该调查证实了“工业4.0”这一论题对于德国产业竞争力的重要性，并阐述了对更全面且更有针对性信息的需求（见图 5） 。在此次
34、调查中，约47%的公司表示，它们已经积极地参与了工业4.0。18%的企业表示，它们参与了对工业4.0的研究工作，与此同时，12%的企业声称已将此愿景付诸实践。 22: 278 家企业参与了此次调查，资料来源：德国信息技术、通讯与新媒体协会（BITKOM） 、德国机械及制造商协会（VDMA） 、德国电子电气制造商协会（ZVEI） ，2013 年 1月。图 5：工业4.0 趋势调查的结果（2013 年 1 月）278 家企业参与了此次调查，这些企业主要来自机械和装备制造业。员工数在 500 名以下的受访企业有 205 家。*数字代表企业的数量，*平均得分是基于所有企业的回答计算得出的资料来源：德国
35、信息技术、通讯与新媒体协会（BITKOM） 、德国机械及制造商协会（VDMA） 、德国电子电气制造商协会（ZVEI）2013我们认为，实现工业4.0 愿景面临的三大挑战是：标准化、工作组织以及产品可得性。除了积极参与工作组之外，企业要求的帮助他们实现工业4.0 愿景的其他扶持措施还包括专题研讨会企业可以在会上分享经验和定期通讯。在确保稳定“沟通（flow of communication） ”，与社会伙伴、学术团体和公众密切合作方面，专业协会将发挥重要的作用。近 50%的受访企业表示，他们已经通过其所在的专业协会获得了有关工业4.0 的信息。此外，工作组认为，以下措施对企业实现向工业4.0 的
36、平稳过渡至关重要：落实实时启动的信息物理系统解决方案将对服务与网络基础设施（在空间、技术质量和可靠性方面）的可得性提出了较高要求。为了确保德国的国际竞争力，全球与国家层面的政策制定者都应该支持以下做法：通过引进相关的国际标准实现服务与商业模式的协调统一（也见第 5.1 节和 5.3 节） 。目前，制造业的业务流程通常仍是静态的，并且通过极度缺乏灵活性的软件系统来实施。然而，这些软件系统又不可能一夜之间就被服务系统取代。将新技术整合到旧技术中（反之亦然）将至关重要旧系统需要利用实时启动系统（real-time enabled system）来升级。在物和服务联网中，制造业新商业模式的发展速度将接
37、近于互联网自身的发展和变化的速度。员工将在早期阶段参与工作组织、持续职业发展和技术开发的创新社会技术设计（见第 5.5 节） 。为了实现向工业4.0 的过渡，ICT 产业（适应于短的创新周期）有必要与机械和设备制造商及机电系统供应商（他们通常站在更长的创新周期的角度来思考）密切合作，以便开发令所有合作伙伴们都可接受的商业模式。重要讯息：结合智慧生产、智能物流、智能电网和智能产品，制造业中物和服务联网的使用日益增加将改变价值链，并衍生出新的商业模式。“工业4.0”战略计划将利用现有的技术和商业潜力。工业4.0 提供了新商业机会并为工作场所提供了创新型的社会基础设施。应用实例 1：减少车身组装线在
38、空闲状态下的能耗现今，能效已成为机械设备的一项重要要求。满足该要求的一个关键推动因素是：在生产中断期间，系统切断生产线闲置部分（inactive parts）电源的能力。为此，通过确保将这种能力不断整合到生产设施的规划和运行中去，工业4.0 将更好地利用这些机会。资料来源：西门子 2013资料来源：西门子 2013目前，许多生产线或生产线的部分设备在生产间歇、周末和换班间歇时仍在继续运行并继续消耗了大量能源。例如，使用激光焊接技术的车身组装线总能耗的 12%发生在生产间歇期间。在实行三班制的情况下，该生产线每周运行5 天。虽然该复杂的组装线在周末不生产，但整条生产线仍然处于开机状态，以便在周末
39、结束后立即恢复生产。生产间歇期间 90%的功耗（power consumption）来自以下几方面：机器人（robot） （20-30%） 、排气扇（35-100%）以及激光光源（laser sources）及其冷却系统（0-50%） 。利用能效潜力的措施：未来，即使在暂短的生产间歇期间，机器人理所当然地会断电。如果生产间歇时间较长，机器人将进入待机模式（所谓的“远程唤醒（Wake-On-LAN） ”模式） 。排气扇将利用可以被调节以满足要求的调速电动机，以替代不能以这种方式进行控制的电动机。至于激光光源，进行改进的唯一途径是引进全新的系统。23: 机器人使用 PROFlenergy（指 PR
40、OFINET 用户组织定义的一个与制造商无关的行规，这一行规提供了灵活的、智能的、在短期内关闭一个耗能组件或整个生产单元的方法。译者注）来控制。总之，这些措施将总能耗减少了 12%（从45,000kWh/w 到近40,000kWh/w）,并将生产间歇期间的能耗降低了 90%。在信息物理系统的设计之初，就应该考虑这些能效因素。潜在效益对车身组装线各个组成部分通、断电的协调一致可以提高能效。虽然升级现有机械设备的成本/风险比率以及成本效益并不那么明显，但这种方法将成为工业4.0 主要供应商未来研发新机械设备的一种既定技术标准，从而使能效提高得以实现。3 双重战略：成为领先的市场和供应商第四次工业革
41、命（工业4.0）为德国的制造业带来了巨大的潜力。加大信息物理系统在德国工厂中的部署，将通过提高国内生产的效率，增强德国制造业的实力。与此同时，信息物理系统技术的开发为技术和产品的出口提供了重要机遇。因此，工业4.0 计划的实施应瞄准通过“双重战略”来利用德国制造业的市场潜力。该“双重战略”由以下两方面构成：一方面，在制造业部署信息物理系统；另一方面，营销信息物理系统技术和产品，以增强德国的制造装备业。24: 制造业包括在制造系统中通过加工原材料和半成品，进而制造（或外包制造）实物产品的所有企业。制造业包括机械制造以及基于流程的加工（process-based processing） 。3.1
42、领先的供应商战略领先的供应商战略从设备供应商行业的角度来释放工业4.0 的潜力。德国的设备供应商为制造业提供了世界领先的技术解决方案，因此他们在如下方面处于领先位置：在工业4.0 产品的开发、生产和全球营销方面成为全球领军企业。目前的关键在于，找到智能方法，将卓越的技术解决方案与信息技术带来的新潜力相结合，以便实现创新领域的巨大飞跃。正是信息和通讯技术与传统高科技战略的这种系统性组合，使企业能够成功地管理快速变化的市场和日益复杂的全球市场过程，从而为自身开拓出市场新机遇。25: 设备供应商行业包括机械和设备制造商，自动化产品、系统和解决方案供应商，以及供应产品生命周期管理（PLM）系统、制造或
43、物流软件程序或业务规划软件系统等的软件公司。需要改变现有 IT 基础技术以适应制造业的具体要求，并在考虑到这一特殊运用的情况下继续开发现有 IT 基础技术。为了实现规模经济以及确保广泛有效，有必要对具有信息物理系统功能的现有设施的制造技术和 IT 系统进行提升，这是迈向工业4.0 战略的组成部分。与此同时，有必要为在新厂址设计和实施信息物理系统制造结构制定模式和策略。如果德国希望实现“工业4.0 设备供应商的持久领导地位”的目标，应该优先推进研究、技术和培训计划，着手为自动化工程建模和系统优化制定方法和开发试点应用（见第 5.2 节） 。运用技术创建新的价值网络是另一个关键挑战。这将涉及开发新
44、的商业模式，尤其是将产品与合适的服务联系起来的商业模式。3.2 领先市场战略工业4.0 的领先市场是德国的本土制造业。为了塑造并成功地拓展该领先市场，需要位于各地的企业分支机构实现紧密互联，同时加强不同企业之间的紧密合作。相应地，这需要对不同价值创造阶段、产品的生命周期、产品系列和对应的制造系统实现逻辑的、端到端的数字一体化。一个特殊的挑战是：将目前已在全球运营的大型企业以及通常仅在地区运营的中小企业同时整合到这些新兴价值网络中。德国制造业的优势在很大程度上归因于其平衡的结构德国的制造业由大量的中小企业和少量的大型企业组成。然而，许多中小企业并未为应对工业4.0 将带来的结构性变化做好准备，要
45、么是因为这些中小企业缺少必要的专业人员，要么是因为这些中小企业对其尚不熟悉的技术战略持谨慎甚至是怀疑的态度。“雄厚的产业基础，尤其是在机械和装备制造业、汽车和能源产业，是德国经济的一大特点。实施工业4.0 战略绝对是德国未来发展的关键我们不能允许工业停滞不前。 ”恩斯特布格巴赫尔（Ernst Burgbacher）国务秘书德国联邦经济技术部因此，设计和落实一项综合的知识和技术转让计划是将中小企业融入全球价值网络的关键战略之一。例如，由大型工业企业与中小企业组成的网络方面的试点应用和最佳实践案例，可能有助于凸显网络化价值链的潜力，并说服中小企业采用领先供应商的方法和组织工具与技术。这可以消除如下
46、方面的障碍：中小企业开始了解并接受信息物理系统方法，并在自己的企业中使用这种方法。为了使上述要求成为可能，加速技术基础设施（包括高速宽带数据传输）的利用和发展是必不可少的（见第 5.3 节） 。同样，教育和培训高技术工人（见第 5.6 节） ，同时为复杂的工作安排开展个性化的高效组织设计也很重要（见第5.5 节） 。3.3 双重战略及其主要特征只有在领先的供应商和领先的市场战略协调一致，从而确保各自的潜在效益互补时，才有可能最优实现工业4.0 目标。下文中，这种方法将被称为“双重战略” 。该战略有三大主要特征（也见第 2.1 节）：通过横向整合发展公司间的价值链和网络整条价值链的产品和相关制造系统的数字化端到端工程企业内部可重新配置（reconfigurable） 、灵活的制造系统的开发、实施
