第四次工业革命就是现在的工业4.0，通过赛博物理系统 (Cyber-Physical System，简称CPS系统)，将智能机器、存储系统和生产设施融入到整个生产系统中，并使人、机、料等能够相互独立地自动交换信息、触发动作和自主控制，实现一种智能的、高效的、个性化的、自组织的生产方式，推动制造业向智能化转型。

工业革命的四个阶段

工业4.0是以分散式智能制造为方向的全新生产管理模式，是将来的一种发展趋势。德国人是这么描述的：“工业4.0 将在制造领域的所有因素和资源间形成全新的社会—技术互动水平。它将使生产资源(生产设备、机器人、传送装置、仓储系统和生产设施)形成一个循环网络，这些生产资源将具有以下特性：自主性、可自我调节以应对不同形势、可自我配置、基于以往经验、配备传感设备、分散配置，同时，它们也包含相关的计划与管理系统。作为工业4.0 的一个核心组成，智能工厂将渗透到公司间的价值网络中，并最终促使数字世界和现实的完美结合。”

在德国人的愿景中，工业4.0是一种高度自动化、高度信息化、高度网络化的生产状态，工厂内人、机、料自主协同，自组织、高效运转，工厂外，通过端对端集成、横向集成，实现了价值链的共享、协作，效率、成本、质量、个性化都得到了质的飞跃。

我们了解了四次工业革命的划分及主要特点，下面我们继续分析德国工业4.0战略。

二、扬长补短，德国完全有能力绝地反击

虽然处境很困难，但德国也并非没有机会。中国俗话说的好，危机危机，危险中孕育着机遇。其实，德国还是很有机会的，完全可以通过扬长补短，把自己的优势铸就利器，一招制敌，从而带领德国制造业突出重围，取得最终的胜利。

下面从三个方面看看德国制订工业4.0战略的基础。

1、先天优势可继续发挥

1)发挥技术优势，CPS系统成为战略主线

众所周知，德国具有雄厚的工业基础与全球领先的制造业，如机床、汽车等行业，占据绝对的领先优势，另外在嵌入式计算机技术、工业软件等，均处于全球领导者的位置，这是德国实施第四次工业革命的技术基础。通过将嵌入式计算机技术、工业软件、自动化设备等这些德国的优势技术攥成拳头，形成以CPS为代表的工业4.0战略核心，引领全球制造业发展，并将带领德国所向披靡、天下无敌。

CPS是赛博物理系统(Cyber-Physical System)的缩写，这是工业4.0的核心。很多人将CPS翻译成信息物理系统，是不恰当的。CPS是一个综合计算、网络和物理实体的多维复杂系统，通过3C(Computing、Communication、Control)技术的有机融合与深度协作，通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使赛博空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。CPS系统包含了将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能，从中可以看出，赛博远非信息二字能代替的。为避免误导读者，笔者建议大家用音译，称之为赛博物理系统远胜过信息物理系统。

CPS成为新一次工业革命的核心，不只是得到德国的高度重视，即便在CPS的发源地，美国总统科学技术顾问委员会在2007年7月，在《挑战下的领先——竞争世界中的信息技术研发》报告中列出了八大关键的信息技术，其中CPS位列首位。

因此，德国工业4.0将CPS定位为核心技术，既是技术发展的需要，也是德国基于自身优势建立起来的技术堡垒，CPS对德国工业4.0战略来说，具有攻防兼备的功能。

CPS系统在工业4.0的位置

2)发挥高素质劳动者的优势

一提起德国人，大家不约而同地想到敬业、严谨，这些都是现代工业所必须要具备的基本素质，而在产业工人素质方面，德国人在全球都是首屈一指的。

另外，德国在高素质工程技术人员与技术工人培养的方面，也具有非常领先的优势，可以为企业提供大量技能娴熟、工作敬业的高素质劳动者，这也是德国制造业竞争的优势之一。

3)发挥成熟的社会化协作的优势

通过200多年来的工业革命，德国形成了政府、企业、研究机构等多层次成熟的协作体制及协作能力，这也是促进德国创新的重要动力。比如主导工业4.0战略的弗劳恩霍夫协会，协会下设80多个研究所，近15000科研人员，年经费10亿欧元，是公助、公益、非营利的科研机构，一年可为3000多企业客户完成约10000项科研开发项目，为企业，特别是中、小企业开发新技术、新产品、新工艺，协助企业解决自身创新发展中的组织、管理问题。

德国具有成熟的社会化协作方面，这些被称为创新聚集带的合作模式，是指相关各类型企业、大学以及研究机构所组成的开放的创新网络，并根据各自的优势在链条上的不同阶段工作。各方可以进行知识、信息的共享，既有消费者、供应商与企业之间纵向共享，也有在同一产业企业之间的横向共享。

这是将来德国实现三个集成，实现社会化生产，特别是端对端、横向集成的社会基础。

因此，德国通过工业4.0战略，将这些技术、人才、社会协作化等方面的优势竞争整合，完全可以形成自己的整体竞争优势。

2)通过技术手段，劣势瞬间变优势

虽然在全球竞争面前，德国具有老龄化、中小企业居多等不利因素，但德国可以通过技术手段的改造，这些劣势瞬间就可以转变为优势。

1)通过网络化，快艇变航母

上一讲说过，德国绝大部分企业是家族型的中小企业，他们非常注重品牌与长期竞争力，在产品研发、质量保障方面投入非常大，企业具有很强的技术与质量优势，很多是行业的隐形冠军，可称之为商海中的快艇。但由于这些企业规模不大，参与全球竞争方面面临着心有余而力不足的尴尬。

德国人发现，在成熟社会化分工、协作的基础上，通过技术手段，这些缺点就可以完全被避免。如按照产品链或者生态圈的概念，通过纵向集成、端对端集成、横向集成的三种集成方式，将相关企业进一步紧密集成在一起，快艇连接成了航母，企业既具有高度的灵活性与创新能力，又保证了在国际上的竞争能力。通过个性化的、分散式的生产，就可完胜中国集中的、大规模生产的传统生产模式，德国劣势瞬间将会变为优势。

下面我们就分析一下工业4.0中的三项集成是如何帮助德国工业实现战略转变的。

工业4.0的三项集成

为充分发挥社会化协同制造的优势(包含产品研发、生产、销售、服务等内容)，德国人在工业4.0中提出来3项集成：纵向集成、端对端集成、横向集成。

纵向集成的全称为“纵向集成和网络化制造系统”，其实质是“将各种不同层面的IT系统集成在一起(例如，执行器与传感器、控制、生产管理、制造和执行及企业计划等不同层面)”(摘自德国工业4.0战略计划实施建议)，也就是说将企业内不同的IT系统、生产设施(以数控机床、机器人等数字化生产设备为主)进行全面的集成，目的是建立一个高度集成化的系统，为将来智能工厂中网络化制造、个性化定制、数字化生产提供支撑。

端对端的集成是指“通过产品全价值链和为客户需求而协作的不同公司，使现实世界与数字世界完成整合”。(摘自德国工业4.0战略计划实施建议)，也就是说，通过产品的研发、生产、服务等产品全生命周期的工程活动，最典型的例子，如小米、苹果手机围绕产品的企业间的集成与合作。

请见下图。(图示中“产品”二字，是Production execution，此处应该翻译为“制造执行”或者“生产”比较准确，笔者注)

端对端的集成

横向集成是“指将各种使用不同制造阶段和商业计划的IT系统集成在一起，这其中既包括一个公司内部的材料、能源和信息的配置，也包括不同公司间的配置(价值网络)”(摘自德国工业4.0战略计划实施建议)。也就是以供应链为主线，实现企业间的三流合一(物流、能源流、信息流)，实现一种社会化协同生产。

横向集成

简单地讲，纵向集成是一个企业内部的集成，包括企业内部信息化系统之间、信息化系统与生产设备之间的集成，是点的概念，是其他两个集成的基础;端对端是围绕产品生命周期企业间的集成，是产品价值链的集成，是线(或叫链)的概念;横向集成是以供应链为主线，企业间之间的集成，是社会化合作的重要基础，是生态圈、是网的概念。

德国工业4.0战略中，通过以上三个集成，全面打通企业内部(信息化系统及生产设备)、企业之间、社会化的集成、协同，实现灵活的、个性化的、高效的、社会化、智能的生产。

2)通过数字化、智能化，年老变成宝

德国人力资源匮乏、老龄化严重，如果在自动化的基础上，实现数字化、智能化生产，体力劳动将大为减少，对劳动者的体力、反应敏捷度等方面的要求也将大大降低。在这种工作环境中，体力将不再是问题，这些老龄的劳动者可继续工作，延长他们的职业生涯，而他们的丰富经验与敬业精神，将有助于提升产品创新、质量与市场的竞争力。

这样，通过技术手段，老龄化问题就得到最大程度地缓解。

3、在重大新技术面前，德国也毫不逊色

在雄厚的制造业、工业软件、嵌入式技术等基础上，在当今几个热点技术面前，如CPS、物联网、云计算、大数据、人工智能、机器人、3D打印等，德国的研究与应用已经走在前列，通过持续的努力，德国完全可能抓住这些重大技术的机遇，从而引领世界。

基于以上分析，无论是德国的传统优势领域，还是当前略呈劣势的方面，乃至将来发展的重大新技术面前，只要制订科学、合理的战略，德国就完全有能力突出重围，从而“确保德国制造业的未来”。

三、精准布局，工业4.0成为德国致胜的利器

现在，德国已经将工业4.0作为《高技术战略2020》中十大未来项目之一。也就是说，工业4.0已经上升为德国的国家战略。

战略原本是一个军事术语，下面我们就从战略的角度来分析一下工业4.0战略。

自美国马克斯维尔•泰勒将军提出军事战略的三大构成要素为目标(ends)、手段(means)、方法(ways) 之后，目标、手段、方法成为战略的三要素被大家所接受，分析战略也必然从这三个方面展开。

通过研究、分析德国工业4.0的相关资料，兰光创新认为，德国工业4.0的这三个战略要素是很清晰的。

简单地讲，工业4.0的战略目标就是“确保德国制造业的未来”。

工业4.0战略的手段就是1个核心——CPS赛博物理系统，通过信息系统与智能机器、存储系统和生产设施，将虚实两世界融合起来，在2个主题(智能工厂与智能生产)进行重点研究与应用，实现企业内部的“智能化的生产系统及过程，以及网络分布式生产设施的实现”，并通过3项集成(纵向集成、端对端集成、横向集成)，实现企业内、企业间、生态圈的集成，从而达到高度自动化、高度信息化、高度网络化的智能化、个性化、社会化的生产与服务模式。

工业4.0战略的方法，就是通过以上的技术手段、理念与标准在全球的推广，实现德国“双领先战略”，最终达到“确保德国制造业的未来”的战略目标。

第一个领先是“领先的供应商战略”，强调德国装备制造供应商要通过技术创新和集成，不断提供世界领先的技术解决方案，并藉此成为“工业4.0”产品的全球领先的开发商、供应商;通过此方法，实现工业4.0软硬件及“系统的系统”的解决方案，形成事实上的全球标准，将中国等国家由竞争对手变为方案倾销市场，兵不血刃地占领，这也就是为什么默克尔等政要不遗余力推广工业4.0的主要原因。

第二个领先是“领先的市场战略”，强调将德国国内制造业作为主导市场加以培育，率先在德国国内制造企业加快推行“工业4.0”与实施CPS赛博物理系统，进一步壮大德国制造业。也就是说，用工业4.0的理念、技术手段等将德国国内企业武装起来，提升其生产效率与竞争力，确保在全球竞争中占据主动地位。

为确保整个战略的主动，德国在自己优势领域设置了两个制高点，也即“工业4.0”的两大主题：

一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现;

二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。

智能生产是涉及整个企业包括生产物流管理等宏观运营的层面，也就是我们中国人说的智能化工厂。

而“智能工厂”是工业4.0的首要主题，也就是中国人说的智能化车间。前面一句“智能化生产系统及过程”，是说除了包括智能化的机床、机器人等生产设施以外，还包括对生产过程的智能管控，如果换成信息化术语，就是智能化的MES制造执行系统。而后面一句：“以及网络分布式生产设施的实现”，是指将生产所用的生产设施(如机床、热处理设备、机器人、AGV、测量测试等各种数字化设备)，进行互联互通、智能化的管理，实现信息化系统与物理系统的深度融合，目前很多企业实施的DNC/MDC(设备联网、设备监控系统)是其基础。。

而这些，无论是CPS技术、生产设施等方面，德国都具有得天独厚的优势。

至此，从战略的角度，我们可以很清晰地勾勒出德国工业4.0的战略目标、手段与方法等，可以用一支“利箭”来表示出来：德国工业4.0战略，是以CPS为核心与主线(与中国制造2025中“以两化深度融合为主线”完全一致)，以2个领先战略为突破口，以智能工厂、智能生产为2个制高点，以3个集成为强劲的后翼，最终目标是“确保德国制造业的未来”。