“工業(yè)4.0”最早源于德國(guó)聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)手資助的研究項(xiàng)目，由德國(guó)工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)、西門(mén)子公司等學(xué)術(shù)及產(chǎn)業(yè)界的建議和推動(dòng)下形成，并在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式推出。該項(xiàng)目的主要目的是為了提高德國(guó)工業(yè)在全球的競(jìng)爭(zhēng)力，以在新一波的工業(yè)革命中取得先機(jī)。目前該項(xiàng)目目標(biāo)已經(jīng)成為被德國(guó)科研和產(chǎn)業(yè)界廣泛認(rèn)同的國(guó)家戰(zhàn)略，同時(shí)也迅速被世界上其他國(guó)家廣泛關(guān)注，比如美國(guó)也在采取措施，通過(guò)推進(jìn)“高端制造業(yè)”計(jì)劃。技術(shù)理念的變革勢(shì)必帶來(lái)管理的相應(yīng)改變，以滿足新型技術(shù)產(chǎn)生的各類(lèi)挑戰(zhàn)。

1.工業(yè)4.0的概念及特征

“工業(yè)4.0”模式是由傳統(tǒng)的工廠集中式控制方式轉(zhuǎn)向分布式智能型控制方式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個(gè)可以靈活配置的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，具有個(gè)性化和數(shù)字化。在這種模式中，各種分布獨(dú)立的任務(wù)模塊可以自由組合，各種產(chǎn)業(yè)之間不再有明顯的行業(yè)界限，同時(shí)也會(huì)催生出各種新的產(chǎn)業(yè)活動(dòng)領(lǐng)域及合作形式。在這種模式下，創(chuàng)造新價(jià)值的過(guò)程也被改變，形成全新的多組合方式的產(chǎn)業(yè)鏈分工。

德國(guó)的學(xué)者和企業(yè)人士普遍認(rèn)為，“工業(yè)4.0”概念是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或者是一種具有革命性的生產(chǎn)手段，在該工業(yè)模式下，人們可以極大程度地利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的手段，即信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System），將制造業(yè)進(jìn)行智能化轉(zhuǎn)型。也有學(xué)者認(rèn)為它是虛擬制造、智能制造與傳統(tǒng)制造業(yè)的融合，又稱“融合的工業(yè)”。

“工業(yè)4.0”項(xiàng)目組成主要包括兩個(gè)方面，一方面是指“智能工廠”，包括智能化生產(chǎn)所需的工業(yè)傳感器系統(tǒng)、過(guò)程和分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)；另一方面是“智能生產(chǎn)”，包括整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃、物流、現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面以及立體打印技術(shù)在工廠生產(chǎn)中的具體應(yīng)用等。在此計(jì)劃指導(dǎo)下，中小型企業(yè)均可以便捷地參與進(jìn)來(lái)，并成為智能化制造技術(shù)的實(shí)踐者和受益者，以及先進(jìn)工業(yè)制造技術(shù)的創(chuàng)造者、供應(yīng)商。

從概念的定義可以看出，“工業(yè)4.0”是基于分布式網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)將工業(yè)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)地整合，實(shí)現(xiàn)過(guò)程的受控和任務(wù)的分解，具有以下基本特征：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)實(shí)現(xiàn)價(jià)值的綜合集成；端到端的數(shù)字化集成分布于整個(gè)價(jià)值鏈；交叉式和網(wǎng)絡(luò)化的制造系統(tǒng)。

2.工業(yè)4.0面臨的挑戰(zhàn)和需求

我國(guó)的工業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家曾經(jīng)撰文認(rèn)為，德國(guó)的“工業(yè)4.0”仍然屬于“第三次工業(yè)革命”的一部分，但我們必須積極應(yīng)對(duì)這種新的工業(yè)革命。因?yàn)檫@種工業(yè)革命可能會(huì)阻礙后發(fā)國(guó)家的工業(yè)趕超。同時(shí)，對(duì)后發(fā)國(guó)家來(lái)說(shuō)，若能形成自身獨(dú)有的制造技術(shù)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)途徑，則極有可能形成超越。

這里，“第三次工業(yè)革命”對(duì)后發(fā)國(guó)家的阻礙是指，智能制造削弱發(fā)展中國(guó)家的低成本優(yōu)勢(shì)，同時(shí)有利于發(fā)達(dá)國(guó)家構(gòu)建新的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。通過(guò)發(fā)展現(xiàn)代智能制造業(yè)，占領(lǐng)產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)，發(fā)達(dá)國(guó)家可以運(yùn)用現(xiàn)代制造技術(shù)和生產(chǎn)裝備，來(lái)提高傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率，還通過(guò)發(fā)展新技術(shù)產(chǎn)業(yè)來(lái)鞏固新技術(shù)的工程化、產(chǎn)業(yè)化能力。同時(shí)，發(fā)達(dá)國(guó)家在髙端服務(wù)業(yè)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)也會(huì)被進(jìn)一步加強(qiáng)。

因此，后發(fā)國(guó)家的產(chǎn)業(yè)趕超將面臨來(lái)自發(fā)達(dá)國(guó)家的多方面阻礙，如果后發(fā)國(guó)家不能抓住智能化制造技術(shù)帶來(lái)的技術(shù)手段和市場(chǎng)機(jī)會(huì)，則“工業(yè)4.0”會(huì)將世界工業(yè)分工體系進(jìn)一步固化，更不利于發(fā)展中國(guó)家的產(chǎn)業(yè)趕超。那些由于低成本要素而從發(fā)達(dá)國(guó)家轉(zhuǎn)移出的各種生產(chǎn)活動(dòng)，有可能重新向發(fā)達(dá)國(guó)家回流，進(jìn)而導(dǎo)致制造業(yè)的重心再次向發(fā)達(dá)國(guó)家偏移。

“工業(yè)4.0”面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是系統(tǒng)安全問(wèn)題。生產(chǎn)和辦公環(huán)境的信息網(wǎng)絡(luò)化可以提高業(yè)務(wù)流程的效率，但在這一過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)外部的各種危險(xiǎn)，而這些危險(xiǎn)是潛在的，具有隱蔽性，增加了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)程度。

大多數(shù)工業(yè)計(jì)算機(jī)運(yùn)行的是專(zhuān)有工業(yè)控制操作系統(tǒng)，包括過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分布式控制系統(tǒng)（DCS)，程序邏輯控制（PLC）以及其他控制系統(tǒng)等，與外部基本隔離，因此，這些系統(tǒng)中的些安全漏洞常常被人忽略，很少有企業(yè)采取措施來(lái)防范病毒和網(wǎng)絡(luò)攻擊。現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)大多建設(shè)在大型工業(yè)企業(yè)，而這些企業(yè)往往涉及電力、石化、冶金、航空航天、核電等重要工業(yè)領(lǐng)域，屬于國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和國(guó)家安全。

與個(gè)人計(jì)算機(jī)安裝的基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相比，我國(guó)工業(yè)控制操作系統(tǒng)的安全保護(hù)水平程度較低，一直沒(méi)有被重視和關(guān)注。隨著我國(guó)工業(yè)信息化的發(fā)展和裝備智能化進(jìn)程的加速，越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，在極大推動(dòng)生產(chǎn)制造效率的同時(shí)，也給工業(yè)控制系統(tǒng)帶來(lái)了安全問(wèn)題，如木馬、病毒和黑客網(wǎng)絡(luò)攻擊可以造成系統(tǒng)死機(jī)、癱瘓、信息泄露和控制指令被篡改等。

3.“工業(yè)4.0”體系構(gòu)建框架

基于工業(yè)4.0的特征模式和社會(huì)需求，需要在8個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域采取行動(dòng)：

3.1標(biāo)準(zhǔn)化體系框架：“工業(yè)4.0”將涉及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、傳感器、控制器等技術(shù)，并通過(guò)價(jià)值增值網(wǎng)絡(luò)來(lái)集成不同的合作參與方。因此需要標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬件接口、工作協(xié)議和作業(yè)規(guī)則，在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行互聯(lián)互通、信息交換、協(xié)同工作才能成為可能。

3.2工業(yè)寬帶的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)：復(fù)雜的系統(tǒng)、大量的接口、海量的數(shù)據(jù)，這些都需要高質(zhì)量的工業(yè)寬帶網(wǎng)絡(luò)來(lái)支撐。在歐盟等國(guó)家，國(guó)家之間的產(chǎn)業(yè)配套協(xié)作密切，這就更加要求寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行更大規(guī)模的國(guó)際間拓展。

3.3針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的管理：隨著技術(shù)發(fā)展，生產(chǎn)制造系統(tǒng)正變得日益復(fù)雜，因此需要對(duì)這些復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行管理，確保其工作的可靠性、穩(wěn)定性，可以開(kāi)發(fā)和構(gòu)建相關(guān)的模型來(lái)解釋和分析這些復(fù)雜的系統(tǒng)。

3.4安全問(wèn)題：這里的安全問(wèn)題包括生產(chǎn)安全和安全保衛(wèi)，是智能制造系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵重要環(huán)節(jié)。智能制造系統(tǒng)的外部環(huán)境存在各種人為及非人為的危險(xiǎn)因素，因此需要確保生產(chǎn)設(shè)備、工具和產(chǎn)品對(duì)人或環(huán)境沒(méi)有危險(xiǎn)，這是企業(yè)安全運(yùn)行的根本。同時(shí)，生產(chǎn)設(shè)備、工具和產(chǎn)品，以及存儲(chǔ)于它們內(nèi)部的數(shù)據(jù)和信息，都需要加以保護(hù)，以防止被盜、丟失、濫用和非法的訪問(wèn)。

3.5業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)：在智能化的工廠，企業(yè)組織機(jī)構(gòu)、人員分工都將會(huì)發(fā)生很大的改變。工作現(xiàn)場(chǎng)各種信息的實(shí)時(shí)反饋和處理，將促使工廠作業(yè)的內(nèi)容、流程、節(jié)點(diǎn)和工作環(huán)境發(fā)生變化。工作任務(wù)組織以技術(shù)和管理互動(dòng)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)為工作人員提供擔(dān)負(fù)關(guān)鍵任務(wù)和促進(jìn)個(gè)人能力提升的機(jī)會(huì)。

3.6能力的持續(xù)提升：智能化制造技術(shù)還會(huì)從本質(zhì)上改變員工的工作能力和專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力，這樣就需要采取合適的培訓(xùn)策略，以持續(xù)培訓(xùn)和學(xué)習(xí)的方式來(lái)組織工作，通過(guò)這種方式可實(shí)現(xiàn)終身學(xué)習(xí)和基于各個(gè)工作節(jié)點(diǎn)的個(gè)人能力發(fā)展。企業(yè)可以通過(guò)示范學(xué)習(xí)項(xiàng)目或?qū)嵺`活動(dòng)的方式進(jìn)行推廣，網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的培訓(xùn)技術(shù)也不可或缺。

3.7過(guò)程的監(jiān)督和控制：在構(gòu)建智能制造模式、再造新的作業(yè)流程和立體化業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)框架時(shí)，必須遵守社會(huì)規(guī)則、法律法規(guī)，而現(xiàn)有的生產(chǎn)關(guān)系也應(yīng)隨著生產(chǎn)力的發(fā)展而調(diào)整，法律法規(guī)根據(jù)社會(huì)的需求而進(jìn)行修訂和調(diào)整。這里面臨的挑戰(zhàn)主要包括企業(yè)信息的保護(hù)、社會(huì)責(zé)任問(wèn)題、個(gè)人隱私數(shù)據(jù)保護(hù)和貿(mào)易壁壘等。除了法律法規(guī)以外，需要有配套的各種制度來(lái)規(guī)范因此而衍生的各種商業(yè)活動(dòng)，其內(nèi)容可以包括企業(yè)方針目標(biāo)、合約范本、技術(shù)協(xié)議、商業(yè)協(xié)議，以及內(nèi)部監(jiān)督辦法等。

3.8資源轉(zhuǎn)化的效率：智能化制造需要高昂的成本投入，另外生產(chǎn)制造過(guò)程中消耗大量的原材料和能源，對(duì)環(huán)境和安全健康帶來(lái)各種風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，智能化也帶來(lái)資源轉(zhuǎn)化效率的提高。因此，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，在推行智能制造時(shí)，需要權(quán)衡“工廠智能化所需的額外資源”與“帶來(lái)的潛在節(jié)約”之間的利弊，進(jìn)行全面的評(píng)估和比較。

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