導讀：最能表達工業4.0的精髓是應用場景——“訂單控制的生産”和“具有适配能力的工廠”。這兩個場景是理解其他7個應用場景的基礎。

作者：彭慧 | 來源：數字化企業

中國科學院沈陽自動化研究所研究員彭慧老師，再用1.3萬字長文為我們打開德國工業4.0的世界。建議分享收藏！

本文的觀點僅代表作者個人，不代表任何單位、組織，歡迎批評指正

01

背景

自2013年4月德國正式推出工業4.0起，已過去六年左右的時間了。在國内，工業4.0這一名稱，應該說是已深入内心，甚至加以發揚光大，曾經看到有農業4.0、教育4.0等的提法。看來，德國人将軟件開發中常用的版本命名方法引入到工業革命的劃分中，至少在市場推廣上取得了相當大的成功。雖然近期國内工業4.0的風頭被工業互聯網所壓制，但仍然是智能制造主題中不可缺少的盤中盛宴。

但對工業4.0這一術語内涵的理解，并未達成廣泛的共識。非常有意思的是，大多數人都知道工業4.0指的是第四次工業革命，但具體到誰革了誰的命，誰消失了，誰被取代了，誰又出現了，卻并沒有一個很清晰具體的認識。

事實上，工業4.0官方在2013年的白皮書《确保德國制造業的未來——實施戰略行動工業4.0的建議》中，給出的描述也比較粗犷。概言之，其認為将物和服務互聯網（Internet of Things and Services）技術融入制造業，會對制造業的現狀發生巨大的改變，這種改變的彙集，稱之為第四次工業革命。

其原文表述是：

“在制造環境中，垂直網絡化、端到端工程化，以及由越來越多智能産品和系統構成的跨越整個價值網絡的水平集成，引發了工業化第四個階段的到來——工業4.0”。這種改變，包含了生産組織方式、商業模式、法律法規等方方面面。

需要強調的是，工業4.0，目前還是對德國工業未來的願景，是期待，是一場還未發生的、預計會發生革命。而且這種願景，是一種基于直覺、想象力、邏輯推理、個人經驗、專業背景、德國獨特的社會環境等因數的定性的描述。這就為我們每一個人，對工業4.0的理解，留下了廣闊的想象空間。所以，結合各自背景的不同，從不同角度給出對工業4.0理解，也屬于正常現象了。

另外，德國人認為第四次工業革命，是工業革命的第四個階段，既然是階段，就應有累計效應，應該包容前三個階段的成果，在沒有明确什麼不是工業4.0的前提下，國内實踐中将機器換人、建設自動化生産線等現階段技術已經相對成熟的工作，挂上工業4.0的标簽，你也很難說其絕對有問題。事實上，在工業4.0發源地的德國，同樣也存在這樣的問題。在工業4.0平台的官網上，就赫然列出近200個的使用案例。

2013年白皮書的發布，标志着工業4.0作為德國國家戰略已經成熟。既然是一種戰略，要求其描述具體、精準，顯然是一種苛求。需要強調的是，說工業4.0是一種戰略，是因為，其并沒有給出清晰的技術實現途徑。而沒有能給出清晰的技術路線，是因為現有的集成技術、安全技術、商業模式以及法律法規等方面，還不足以支撐其戰略的落地，要實現這種戰略，還需要進行大量的方方面面的研發工作。

2016年1月工業4.0官方發布了報告《實施工業4.0戰略》。個人認為，這個報告是工業4.0從戰略計劃轉變為戰術行動的一個階段性成熟标志。報告的文字描述、内容的可讀性、邏輯的連貫性、技術含量等，與2013年的報告相比高出了不少，拼湊的痕迹大為減少，同時也修正了某些不切實際的表述。大概是，執筆人更換的緣故，另外也是對問題的理解逐步深化的緣故。

其給出了工業4.0的定義如下：

術語工業4.0代表第四次工業革命，是與産品生命周期相對應的整個價值流的下一階段的組織與控制方式。這個産品生産周期，是基于不斷增加的個性化客戶期望，範圍從産品初始想法，訂單，開發，生産，交付給終端用戶，到回收以及相關服務。

這裡的要點是，價值創造過程中涉及到的全部實體連入網絡，全部相關信息可以實時獲取，進而在所有時間都能獲得最好的可行的價值流成為了可能。将人、對象與系統連接起來，會導緻我們可以創建動态的、自組織的、跨機構範圍的、實時優化的價值網絡，這個價值網絡可以依據一定範圍内判據，如成本、資源的可用性以及資源的消耗等，進行優化。

2016年的工業4.0的定義，比2013年的定義，理解起來要容易一些。但對與普通讀者，仍是比較困難的一件事。因為，工業4.0總體上看是技術驅動的戰略模式，屬于自頂向下的灌輸，而不是自底向上問題導向的，對于從事具體工作的企業、非專業人士，看得見，摸不着，理解起來，确實困難。

在2016年，工業4.0的官方發布的工作報告《基于應用場景的研究路線圖概貌》中給出了9個應用場景。當然提出這些應用場景，其目的是服務于工業4.0研究工作推進的需要，但同時也大開了普通讀者進一步理解工業4.0的新視角。

02

工業4.0應用場景概述

2016年給出的應用場景，較之前相比增加到了9個，命名也發生了變化。近期變為了10個。

這9大應用場景如下：

● 訂單控制的生産（OCP – Order-ControlledProduction）

● 具有适配能力的工廠（AF – Adaptable Factory）

● 自組織适應性物流（SAL – Self-organisingAdaptive Logistics）

● 基于價值的服務（VBS – Value-Based Services）

● 交付産品的透明性與适配能力（TAP – Transparency andAdaptability of delivered Products）

● 生産中對員工支持 （OSP – Operator Support inProduction）

● 用于智能生産的智能産品開發（SP2 – Smart Productdevelopment for Smart Production）

● 創新性産品開發（IPD – Innovative ProductDevelopment）

● 循環經濟（CRE – Circular Economy）

這九大應用場景，基本上能夠說清楚工業4.0，是什麼，要做什麼，要取代了什麼，要研發什麼樣的新技術，現行法律法規要做出什麼樣的改變，對勞動力能力新需求，會取得什麼樣的益處，等等。這些應用場景，無論是數量上，内涵上，命名上，随着德國人的認識的不斷深化，也處于不斷的發展變化之中。

個人認為，最能表達工業4.0精髓的是應用場景——“訂單控制的生産”和“具有适配能力的工廠”。這兩個場景是理解其他7個應用場景的基礎。為了避免誤導讀者，也是為了減輕讀者查找原文帶來的不便，首先給出原文翻譯，請讀者自行體會理解，個人認為，原文真的不好理解。之後，奉上自己的解讀。出于篇幅的考慮，本文重點放在了“訂單控制的生産”與“具有适配能力的工廠”這兩個場景。

03

訂單控制的生産

（OCP – Order-Controlled Production）

以下為報告的原文翻譯，出于信息丢失而誤導了讀者的顧慮，盡可直譯，讀起來恐怕不那麼順暢，請讀者見諒：

自治的且自動化的超出了工廠的邊界的生産能力的互聯，可以滿足客戶與市場需求。

當下許多産品以一種前所未有的速度不斷地發生着變化。直到最近智能電話的顯示屏仍舊是扁平的，然而，第一種曲面顯示屏已經投入到市場中。當前，在汽車行業使用的材料系列，也在不斷地擴展，從鋁到高強度的鋼乃至纖維增強塑料，許多種類型的材料都在被使用。

創新與産品周期，正變得越來越短，新的生産技術對制造公司帶來了壓力，促使它們做出越來越快的相應，做出快速的投資決策，無論是對消費品還是對資産品。為了能夠應對這種趨勢，避免較長的投資決策，公司應該啟動超越公司邊界的生産能力網絡的強化工作。

① 關鍵點

訂單控制的生産應用場景描繪了一種靈活的制造配置。擁有一個超出工廠與公司邊界的生産能力與産能網絡，該公司将能夠快速适應一個不斷變化的市場和訂單條件，進而能夠充分利用現有生産設施的能力和産能。在這種情形下，一個網絡向該公司自己所屬的其它工廠提供益處，被用于發揮公司投資組合（特别是在生産方面）的價值，以應對快速變化的客戶與市場需求。特别地，制造鍊被依據各種參數，如成本與時間，進行了優化。

就其核心要點，訂單控制的生産，一方面是基于單個工藝步驟的标準化，另一方面是基于生産設施能力的自描述性。标準化允許自動的訂單計劃、分配與執行，因而考慮到了所有的生産步驟和要求的設施。這有使得将單個的工藝模塊更為靈活、比先前更早地組合起來成為可能，甚至領用了它們的特殊的能力。

在這方面，公司向其它公司提供它們的生産能力，因而增加了它們自己設備的利用率。其它公司可以按需訪問這些能力，因而暫時擴展了它們自己的生産範圍。這樣做，可用生産能力得到更為有效的利用，訂單的波動可能被平滑了。

目的是使将外部工廠連接到一個公司的生産過程中更為容易，盡可能自動化地。特别地，這之中的定單配置過程應當被自動執行。

② 對價值鍊的影響

今天的相對剛性而分離的價值鍊上的公司間的協商關系，将被轉換為一種相當碎片化的動态的價值鍊網路，它可以依據單個訂單的需要發生變化。這既在水平方向上應用到了整個制造過程，也在垂直方向應用到了生産的涉及到的深度。制造公司将焦點放在了增值的步驟上，這使得它們有别于其他的競争者。

創建快速且全球化的客戶—制造商關系，可能會導緻不可預期的競争情況，因為公司可以從訂單到訂單地改變它們的角色。動态集成生産能力，将導緻更好的機器利用率，并且帶來一個結果是減少了機械供應商的需求。

③ 參與者的增值

一方面，制造公司能夠依據需要内在地自動地擴展它們的生産能力和産能，通過利用外部的生産模塊，沒有投資的需要。這使得公司能夠非常靈活地對變化的市場及客戶需求做出反應。另一方面，在市場上提供它們機器的公司可以優化它們機器的利用率。

下圖為其給出訂單控制的生産的價值網絡。如果理解不了，跳過繼續，後面有解讀。

04

進一步理解

“訂單控制的生産”

01 制造業産品價值鍊的演化

制造企業産品價值鍊的演化，大體上可以分為三個階段。第一個階段是局限于企業内部的價值鍊；第二個階段是跨企業邊界的靜态價值鍊；第三個階段，也就是現在所說的未來工業4.0的價值鍊，是跨企業邊界的動态價的自組織自治的值鍊。需要強調的是，這三個階段不是完全互斥的，在特定時空中，第一階段與第二階段存在着交叉，即使是在未來的第三個階段，也會與第一階段與第二階段長期共存。

産品制造價值鍊，采用那種方式，取決于多種因數，産品本身限制，買方市場還是賣方市場，企業産品制造能力，資源獲取能力，産品的技術含量，專業分工協作，市場競争的壓力，等等。

① 局限于企業内部的價值鍊

如下圖所示：

這一階段價值鍊的特點是：所有增值活動都由制造企業自行完成；價值鍊是剛性的，如圖中直線箭頭所示；價值鍊的集成是靜态的，集成的手段大部分是人工，如上圖中紅色箭頭所示；少部分在計算機技術誕生後，通過引入MRP/MRPII等軟件實現了計劃、部件制造、總裝等增值活動的集成，如下圖中綠色箭頭所示。

② 跨企業邊界的價值鍊

如下圖所示：

這一階段價值鍊的特點是，增值活動超出了企業邊界，産品可以由多個制造企業合作完成；但價值鍊還是剛性的，如上圖中實線箭頭所示；價值鍊的集成依然是靜态的，集成的手段少部分是人工，如圖中紅色箭頭所示，大部分是借助于信息通訊技術來實現，如下圖中綠色箭頭所示；誕生了ERP等管理軟件，更進一步，出現了支持設計、制造、售後服務集成的CIMS。

大部分價值鍊集成工作采用信息通訊技術的根本原因在于，制造過程價值鍊管理的複雜度發生了量級上的飛躍，在各個增值活動之間需要交換的信息量大、種類繁多，而市場競争要求的響應時間越來越短。

③ 支持産品個性化定制的跨企業邊界的動态價值鍊

那麼下一階段價值鍊的特點是什麼？對了，就是工業4.0時代的全新的價值鍊——支持産品大規模個性化定制生産組織模式的跨企業邊界的動态價值鍊。如下圖所示：

這一階段價值鍊的特點是，增值活動超出了企業邊界，産品可以由多個制造企業協同完成；每一件産品都可以有自己獨立的價值鍊，依據訂單要求和下定單時的特定時空環境，動态生成該訂單産品制造的價值鍊，也就是“訂單控制的生産”的含義。這一階段價值鍊如上圖中的虛線箭頭所示。這裡，在産品沒有制造出來之前，你再也看不到之前在圖中所見到的實線箭頭所示的價值鍊，那是一條靜态的與具體産品無關的價值鍊。

上圖中示例的三個訂單或三個産品分别有三條價值鍊，正常情況下價值鍊的數量等同于産品（訂單）的數量，最終會形成價值網絡是不言而喻的事；制造過程價值鍊管理的複雜度又提升了一個數量級；價值鍊仍然需要集成，但人工已無能為力，隻能基于信息通訊技術來實現；而且應當是新的信息通訊技術，因為現有的集成技術還不能支撐這種端到端工程集成。原因在于工業4.0要以近乎大批量生産的成本，實現産品大規模定制化生産，不實現這種端到端工程集成，不可能達成工業4.0這個戰略目标。

這就是工業4.0定義中“與産品生命周期相對應的整個價值流的下一階段的組織與控制方式”的深刻含義。

02自組織、自治的價值鍊

工業4.0時代的價值鍊，是自組織自治的。是在訂單确定後，在所有可行的價值鍊中，依據判定規則或商業模型，選出來的最好的一條價值鍊。在價值鍊選定後，依據商業模型完成協作合同的簽訂，然後進行生産。

我們以設想出來的一個未來的自行車制造過程為例進行說明。一個自行車制造廠商，除了車把之前，其餘部件均批量采購，然後組裝。自行車車把，可以按用戶需求進行個性化定制，可以選定鋁管、碳纖維塑料等材料，也可以在一定約束條件下指定車把的外觀形狀，但要保證受力的優化分布。

下圖為設想中的自行車制造價值鍊。其中的中介服務是一個設想中的新角色，是一種新業态。

價值鍊的創建步驟大緻如下圖。

首先使用産品配置工具，輔助用戶完成自行車的定制過程。車把除了提供标準型号供用戶選擇之外，還可以按用戶要求進行定制，但要确保用戶定制的車把，是合理的可行的。

自行車制造商使用配置工具收集好用戶的定制需求後，以機器可讀可理解的形式，連同期望的價格和交貨期等數據，傳遞給中介服務商，由中介服務商查找具有響應能力的供應商。過程見下圖。

自行車制造商收到中介服務商預選定的供應商後，使用算法選定成交供應。過程見下圖。

自行車制造商自動将合同授予供應商，供應商接受該合同。過程見下圖。

供應商制造完成車把後，并将車把交付給自行車制造商。過程見下圖。

在通過這個例子進一步理解什麼是工業4.0的同時，也要關注一下實施工業4.0，我們将面臨的各種挑戰：标準，研究，安全，法律，勞工與技能等方面。

上述過程中，各參與方之間交換的電子數據的完整性、時效性和權威性的保證，以及自行車制造商的知識産權的保護，非常重要，是合同能夠被成功授予供應商的前提條件，工業4.0的安全問題。

自行車産品價值鍊，需要依據商業模型，動态自組織完成，工業4.0的商業模型研究問題；發包方與承包方的合同關系是動态生成的，這種合同關系，恐怕還不為現有的法律法規體系所支持，工業4.0的法律法規問題。

個性化定制的車把，對制造工人的技能要求更高，需要給工人更多的培訓，需要給工人提供更強大支持工具。工業4.0的勞動組織與技能問題。

03端到端工程的集成

端到端工程集成，恐怕是工業4.0中，最讓人難以理解的地方了。

這裡的端到端，應當理解為，從産品訂單，經過創意、設計、制造、售後服務，到回收，這樣一條動态創建的價值鍊的端到端，理論上可以有無數個端到端。

這種端到端的集成需求，前所未見，聞所未聞。要實現這種端到端的集成，應該研究新的集成方法，工業4.0的研究問題。工業4.0參考模型，标準，語義等方面的研究工作服務于這一目标，而工業4.0組件管理殼概念的提出，是向端到端集成這一目标邁出的重要一步。

而基于工程的集成，則是因為工業4.0時代，産品是個性化定制的，每一個産品或多或少都需進行設計，要遵循産品研發的工程過程，當然包含制造已開始後的變更。工程的結果（電子文檔，産品模型，制造工藝等），為價值鍊中每一種價值增值活動所必須。應該有一個服務于價值增值全過程的産品工程模型，工業4.0的研究問題。

總之，實施工業4.0，現有的條件還不具備，還需進行大量的創新性的技術研究，還需在法律法規、安全、勞動力與技能等方方面面做出重大改變。

下圖為其給出的研究路線圖

下圖為九個應用場景

與研究路線圖的關系

05

具有适配能力的工廠

實現企業内部外部價值鍊一體化

除此之外，工業4.0還有更大的抱負。期望這種動态價值鍊，不僅存在企業之間，還要進入到企業内部。在企業内部，依據标準工藝步驟，将生産過程模塊化，這些标準模塊，可以參與到跨企業邊界的動态價值鍊中，發揮其應用的作用，這就是應用場景——具有适配能力的工廠，所描繪的。

該應用場景英文翻譯如下：

即插即生産——在工廠内可适應性的制造配置 ，以快速改變生産能力和産量。即插即用——使用一台家用計算機和一條USB電纜，非常容易地就可以連接新設備，并幾乎立刻就可以使用該設備，而沒有任何額外的努力。這種靈活性，在台式計算機上已經存在相當一段時間了，此刻在工業生産方面開始變得也來越重要了。

就生産基礎架構而言，适配性的需求一直快速增加。越來越短的産品周期和革新周期，帶來對新生産設施投資決定的需求，這反映了對生産和過程變化以及任何可能的地方的未來需求。此外，不斷增長的訂單違約，帶來了不斷增加頻次地阻礙了制造線的優化使用。靈活性和适配性将成為越來越重要的決策判據，當考慮新的生産設施建造和運營時。

一個例子是産品标識。存在各種各樣的打印技術，例如，棉條打印機，噴墨打印機，以及激光打印機。在一個适配性工廠裡，這種類型的操作設備可以被直接連接到自動化的過程裡。例如，把将材料簡單地放下後，被打印的材料說：“打印我”，然後棉條打印機将問道：“這個材料是無油脂打印嗎？”。噴墨打印機然後詢問材料特征，應為它使用加熱來完成幹燥過程。激光打印機則會詢問材料是否能保證足夠的對比度。

① 關鍵點

可适配工廠應用場景描繪了一個制造設施的快速（在某些情況下是完全自動化的）轉換，通過即改變生産的産量能力，也改變生産的産品品種的潛能。

實現可适配工廠的關鍵點是一種模塊化進而可适配的工廠内制造設計。智能化的并可互操作的模塊（該模塊基本上可依據修改後的配置自己進行适配），以及這些模塊之間的接口，允許快速且簡單的轉換，以适配市場和客戶要求的變化。當訂單控制的生産場景借助于智能連接，将重心放在了現有制造設施的靈活使用上時，可适配工廠場景則通過（物理上）轉換，描繪了單個工廠的可适配性。

今天，當創建一條生産線時，焦點通常不再僅僅是質量，也包括一個預想的産品範圍的生産效率和利潤的最大化。各個獨立的組件被靜态地連接起來，能夠産生預想的功能和預估的數量。常常是，一個系統集成者關注于獨立組件協同，進而為整個工廠開發出一個控制系統。但是，如果訂單是被強産品個性化驅動的，或者是被需求的高波動驅動的，公司可能不再會依賴特定生産線的優勢。

在此情況下，模塊化的，面向訂單的，可适配的制造配置，變得更加具有吸引力：例如，他們能夠增加總的利用率或交付産品的能力。但同時，對個性化機器/制造模塊的要求也增加了。甚至，比特定制造步驟高度差異化更為重要的是，将單個模塊容易且在任何情況下組合起來的能力。為了能夠達到這一點，模塊必須包含關于被非常快速與健壯地組合或轉換為一台機器或工廠的能力的自描述。下面的例子解釋了這些要求：

● 一個新的網絡使能的現場設備，例如一個帶新固件版本的驅動器，被連接到生産線上。這個新設備必須被自動提供網絡連接能力，且被所有在線子系統所知道。參與的子系統必須進行相應的更新。

● 一個未被配置的現場設備被引入生産中，例如要快速替換另一個有缺陷的設備。這個現場設備，現在必須被個性化且參數化，依賴于軟件組件中的信息。

● 一個生産設施被轉換或修改了，由于某種新産品的差異被規劃出來。與變化相關的控制與軟件，必須被檢測到且自動地被傳送給所有參與的系統。

● 在一個工廠被轉換後，它應該能夠移動，用于過程管理的軟件組件，到分散的控制單元，同時遵循某些判據，如輸出或可用性。

● 一個MES（新）功能被加入或修改了，如某種先前不被要求的可視化。這種可視化應該被自動完成，且訪問來自現場級别的必要信息也應該是自動授予的。

這要求機械工程師有依據地設計内部的開發過程。模塊化的機器要求模塊化的工程設計，基于可重用模塊庫（平台化開發）。機器的架構必須被這樣設計，以便可組合的機電一體化的模塊可以被創建出來，包含了生産模塊的即插入即生産能力，使用可互操作的接口和适配性自動化技術。這要求“服務”慨念的進一步拓展，跨越制造商的邊界，諸如歸檔，告警或可視化，還必須具有一種低成本的與MES功能的集成。

② 對價值鍊的影響

增值工作被從系統集成者轉移到了機器提供者或供應商，因為機器或組件已經被增強了，以至于它們更容易的集成起來。系統集成的類型和質量變化了。當前（生産）技術的焦點，轉移到了對與生産過程相關連的組織和業務過程方面的一個更強力的關注。在極端情況下，系統集成者很可能被淘汰，如果智能的、自配置和互操作的制造模塊被在機器提供商的層面上創造出來的話。

③ 參與者的增值

對于制造公司而言，如果一種快速、廉價并可靠的制造轉換成為可能，那麼他們可以對客戶與市場需求的變化做出快速相應，不斷增加的标準化和模塊化，也擴展了将各種供應商的制造實體，組合起來的可能性，進而找到每個單獨模塊最經濟的解決方案。

機器的模塊化開辟了機械制造商的規模化的新時代。

下圖為其給出的

具有适配能力的工廠的價值網絡

具有适配能力的工廠，是除了應用場景——訂單控制的生産之外的最能體現工業4.0的精髓的應用場景。其要點是采用計算機行業通行的即插即用的方法，來大幅提高工廠設備、生産線等基礎設施的柔性化水平，更深層次的想法是在更大範圍提升企業參與到工業4.0時代産品動态價值鍊的能力。

具有适配能力的工廠，在工業4.0時代，由于要支持大批量個性化定制的生産組織模式，是必須的。但對工業3.0時代的多品種小批量的生産組織模式而言，它同樣是赢得市場競争的利器。這個場景，應該是現階段，從事自動化、機器人、生産線、設備制造、數字化工廠等方面的人士，就要重點關注的地方。

06

其他應用場景

除了訂單控制的生産之外，還有7個場景，它們邏輯上依附于上述兩個場景，是工業4.0時代大批量個性化定制的生産組織模式所必須。個性化定制的生産模式，價值鍊是動态的，物流也必須是動态的。

産品是個性化的，無論是設計過程，制造過程所需的各種設施，還是之後的服務過程，都需得到比以往更多的技術支持，來實現這種個性化；企業從以生産為中心的組織模式，轉變為以個性化産品為中心的組織模式；産品智能化本身，就是對這種全新生産組織模式的最好的技術支撐。如此等等。

需要強調的是，場景——基于價值的服務，從解決問題的角度，與GE的工業互聯網存在着一些交集，都與服務有關。區别是，工業4.0中的基于價值的服務，更強調的是服務價值鍊上的分工協作，價值鍊的變革，價值鍊上出現的新業務模式。

而GE工業互聯網，根本目的是要企業設備等重資産利用率提升與運行成本降低，這一目的，是要通過“智能設備 數據采集 平台 智能數據分析”這一具體的技術路線來實現，是服務的一種具體實現手段。所以二者之間，存在互補性，是IIC與工業4.0可以合作的地方之一。此外，基于價值的服務，與國内當前所提倡的服務型制造或制造業服務化，有異曲同工之處。關于基于價值的服務，感興趣的讀者，可以參考楊晔、林雪萍兩位的《德國從工業4.0的角度看工業互聯網》一文的介紹。從應用場景方面來看，個人認為工業4.0比GE工業互聯網有更大的作用域。

鑒于篇幅的關系，其餘的應用場景的解讀，恕不能一一展開了。需要強調的是，其他應用場景，在現階段，或多或少，都能找到它們的身影。區别是，在工業4.0時代，這些場景是必須的，都要參與到，以實現大規模個性化定制為目标的，企業動态、自組織、自治的價值鍊中。

07

工業4.0體系中的四次革命論

具有諷刺意義的是，德國人提出的工業4.0戰略，四次革命提法的影響力，遠遠高于工業4.0要做事情的本身的影響力，在全世界特别是在國内，賺足了眼球。是不是也間接地說明了國内的人心浮躁？

① 第四次工業革命還是一種願景

四次工業革命論，如下圖所示：

四次革命的提法，隻是德國人自己的觀點或邏輯推演，并沒有得到科學的驗證。至少不如，GE工業互聯網理論體系中給出的三次革命論，還可以通過經濟增長GDP數據來驗證革命是否發生，更為科學一點。雖然本人直覺上大體上同意這種四次革命的劃分。但需要強調的是，工業4.0是德國未來的場景，嚴格來講，第四次工業革命是一種預測，一種期待，一種願景，而不是當下已經發生的事實。

② 四次革命劃分的标準

從理論上，德國四次工業革命的劃分，标準不統一。第一次工業革命是蒸汽機驅動的機械化，第二次工業革命是電力驅動的基于勞動分工的大批量生産，第三次工業革命是使用了電子與IT技術的更高程度的自動化，第四次工業革命則基于CPS。這裡，既有基于技術手段的劃分，也有基于生産組織方式的劃分。标準的不統一，顯得這種劃分科學性不高，人為的因素或主觀随意性太強。

特别是将CPS作為第四次工業革命的标志，讓人覺得更加不科學了。雖然CPS這一概念推出不久，但使用CPS技術的事實，在從事嵌入式系統的工業控制行業，在從事PLC應用或基于微處理器應用的自動化行業，早就存在了。說工業4.0基于CPS這一結論沒有錯，但隻是一個必要條件，并不是充分條件。

在國内，還有各種各樣的觀點。如，第四次工行業革命，是智能革命，是物聯網技術在制造業中國的應用，是人工智能在制造業的應用，或新一代人工智能技術在制造業中的應用，如此等等。這就是依據特定技術，進行革命劃分所帶來的不唯一性問題。哪一個都有其合理性，哪一個都正确，但哪一個也都不完整。

工業革命，固然發源于技術，但技術手段隻是一種外在的動力。市場需求的變化，才是技術大範圍大規模使用的内在動力。隻有兩者之間進行融合，形成了相對固定的生産組織模式模式，才是革命到來的真正标志。

或許，依據是否形成特定的生産組織方式，來進行工業革命階段的劃分，比單純依據某種技術手段的使用來進行工業革命的劃分，更為科學一些。如果将，有組織的生産模式（現代意義上的工廠）、大批量生産模式、多品種小品量生産模式（大規模定制）、大批量個性化定制生産組織模式的出現，分别作為四次工業革命出現标志，更為科學一點。

③ 工業革命的四個階段

說四次工業革命，不如說是工業革命的四個階段，更為準确。建議仔細思考一下德國四次革命圖的畫法，台階式。其深層次的含義是工業1.0、工業2.0、工業3.0乃至工業4.0對應的生産組織模式，在市場上将長期共存。既有取代，也有繼承，是一種增量式的取代與繼承。

從曆史上看，每一次工業革命，都會帶來一種全新的生産組織方式，外在動力是市場競争的需要。在産品處于賣方市場階段，工業1.0的組織方式就可以滿足市場需求；工業2.0的大批量生産組織方式，可以降低産品價格，進一步刺激市場需求。

在産品處于買方市場階段，工業2.0可以降低産品價格、提升産品質量，也是一種赢得市場競争的重要手段；當不同廠家的産品功能、質量、價格接近後，工業3.0追尋的多品種小批量的生産組織模式（精益生産——追求以大批量生産的成本與質量，實現多品種小批量的生産組織模式），則是赢得市場競争的重要武器；當市場競争進一步加劇，工業4.0的大批量個性化定制的生産組織模式，則是一種曆史必然的選擇，即将出現在曆史的舞台上。

所以，“工業2.0補課、工業3.0普及、工業4.0示範”這一觀點，具有戰略上的重要意義。但在戰術上，特定企業應當根據自己所生産的産品在市場競争中所處的階段，或預測将要進入的市場競争階段，來選擇不同的競争策略。能夠解決企業面臨的實際問題，才是永恒的選擇标準。

大體上，個人認為，手工藝品還是采用工業1.0模式為好，采用工業0.0也沒問題。制造業中的标準件，采用數字化技術支撐的工業2.0生産組織模式足以。工具性質的産品，如汽車，采用工業3.0的生産組織模式為合适。而直接面向人類消費的産品，如服裝，或許是采用工業4.0生産組織模式的最佳場景。當然，還有衆多産品，近乎屬于單件生産的飛機、高端裝備，到底适合采用哪一種生産組織模式，還需要我們探讨，思考。基于企業的實際需求，找到、提出或創新出，适合于企業自身特點的生産組織模式，才是永恒不變真理。

08

個性化定制

産品個性定制這個詞彙，現在用得比較多，大體上有三種含義。

一種是将産品進行模塊化設計，通過組合，生産不同規格的産品，向市場銷售。用戶在購買時進行選擇。

第二種是，由最終用戶在經銷商處，自行選擇産品組件，完成産品配置，廠家完成制造後，交付用戶。

第三種是，在互聯網上，使用廠商的産品配置工具，自行選擇産品模塊化部件，甚至可以在網上完成支付，廠家完成制造交付。現在有一個非常時髦的專有詞彙來描述——C2M或C2B，這種模式在廠商内部的制造環節，與第二種模式區别不大，可以稱為個性化組裝，也可以稱之為大規模定制。

最後一種是，工業4.0所追求的大批量個性化定制。即每一件産品一定要具有用戶要求的獨特的個性化特征，這種特征必須通過産品的設計來實現。而且，産品的制造成本，要接近大批量生産時的制造成本。這種定制，不借助于動态、自組織、自治的價值鍊，恐怕難以實現。

09

工業4.0與工業互聯網、

IVI、智能制造的比較

總體上看，這些理論體系，都源于兩化融合這一思路，但要解決的問題不同，目标有所差異。

GE工業互聯網要解決的是，設備等工業重資産的使用效率及運行成本問題，是經過實際工程應用驗證過的、此刻可以進行推廣的、已經在路上的思想體系。工業4.0是要建立面向未來的、用于赢得市場競争的、全新的産品制造價值鍊體系。其複雜度、困難度，無與倫比。GE工業互聯網要解決的問題，與工業4.0相比，小巫見大巫。但GE工業互聯網，卻給出了一條明晰具體可行的技術路線。而工業4.0，還在探尋的路上。

日本的工業價值鍊——IVI，是要建立企業間的産品制造價值鍊，并将這種價值鍊延伸到企業内部，實現“互聯工廠”，與工業4.0相比，都是将着力點放在了價值鍊上，但沒有強調是動态、自組織、自治的價值鍊，所以是一種大體上利用當前的ICT技術就可以完成的思想體系。

AII工業互聯網，是要基于互聯網，實現全要素、全産業鍊、全價值鍊的全面連接，形成全新的工業生産制造和服務體系。實際上也關注了價值鍊集成，與工業4.0與IVI有異曲同工之處。區别是沒有明确強調，是支持大批量個性化定制生産組織模式的動态、自組織、自治的價值鍊， 是一種大體上現階段就可以實施的計劃。

智能制造呢？包含的内容太多，太寬廣。現實是，即可以指當下，也可以指未來；即可以指企業内，也可以指企業外；即可以指設備，也可以指管理；即可以指生産，也可以指設計；即可以指制造，也可以指服務；即可以是局部，也可以是整體。不知道從什麼地方下手進行比較。但有一點可以明确的是，一定屬于兩化融合的技術範疇。

10

後記

個人最初對工業4.0的了解，是始于13年的白皮書，讀完之後，有些問題，百思不得其解，特别是對端到端工程集成的提法，認識上模模糊糊，初期認為不過是又一種披上“革命”馬甲的理論體系而已。對工業4.0的更深入理解，始于應用場景。

理解了場景，從邏輯上，才想清楚了工業4.0到底要做什麼，才體會到了13年白皮書中提到的工業4.0确定的8大研究主題的背後的深刻原因及必要性，體會到了工業4.0生态創新、商業模式創新、勞動力組織創新等提法的深刻含義，體會到了戰略制定者對德國制造業未來的憂患意識、視野的前瞻性、曆史責任感，體會到了戰略制定者的務實、嚴謹、科學的态度，體會到了戰略制定者的橫跨産品制造、複雜系統管理、信息通訊等技術的淵博的學識。

更體會到了，德國人設想中的，将其國内那些隐形的冠軍們，通過價值鍊靈活地組織起來，通過“打群架”或“集團軍”的方式，赢得國際市場競争的即深遠又現實的意義。雖有瑕疵，但瑕不掩瑜。

理解了場景之後，第一感覺，德國人有點異想天開、腦洞大開，有點像看科幻片帶來的那種魔幻般的感覺。依據個人多年來的實踐經驗，建立起企業内部與企業之間的靜态價值鍊，都相當困難，而工業4.0卻試圖建立動态、自組織、自治的價值鍊，重塑現有的制造組織體系，想都不敢想。但如果工業4.0能夠成功，毫無疑問，德國的制造業整體上，将會繼續長期屹立于世界民族之林。

理智思考之後，個人認為，在沒有出現颠覆性的新技術前提下（如3D打印技術），在現有的制造模式大體上保持穩定的前提下，德國人提出的工業4.0有希望成功。但要想達成，支撐大批量個性化定制産品這一生産組織模式的全價值鍊自組織、自治這一目标，恐怕真得需要德國人所聲稱的數十年，雖然其研究路線圖已規劃到了2035年。

工業4.0時代，還沒有到來。但德國人，已經在奔向工業4.0的路上了。這條路有多長，走起來有多痛苦，是否能夠走到終點，時間會給出答案，我們翹首以待。但這個努力過程，做的是前人未曾做過的事，期間的創新工作，一定會碩果累累，無論工業4.0是否最終成功，這些工作應當是也必須是國人要重點關注的重點。這些工作，在未來工業4.0時代，是必須的，但在現階段，工業2.0到工業3.0時代，也是赢得市場競争的利器。

讓我感到十分困惑的是，在工業4.0的官方平台上，開辟了一個欄目，給出了約200個左右的工業4.0使用案例地圖，工業4.0已經實現了？怎麼與工業4.0平台在正式官方文件中預估，存在這麼大的差距？但詳細看看标題下的文字，應該是指數字技術在工業中的使用，看了幾個案例英文版的簡單介紹，理解的沒錯！看來，德國人也會碰瓷。也許，德國人的心态也開始焦慮起來了，一下搞出這麼多的案例來。

再強調一下，個人理解，如果依據工業4.0官方文件，完整的意義上，工業4.0是指支持大批量個性化生産模式所需的動态、自組織、自治的全新的價值鍊；而不完全意義上，工業4.0至少也是指采用了工業4.0特有技術的、實現了部分工業4.0特征（應用場景）的實踐。關于如何判定一個産品是否是工業4.0的，參見工業4.0官方報告《工業4.0産品需要滿足那些判據？指南2019》

對工業4.0的理解，仁者見仁，智者見智。在當前對工業4.0概念理解還不夠深入、不夠一緻的情況下，給出理解工業4.0的新視角——應用場景，是本文的目的所在。聽其言，更要觀其行。對工業4.0最權威、最全面的理解，一定是工業4.0平台發布的官方文件。依據二手材料，可能會有偏頗。而盲人摸象似的理解，更不可取了。

在全面完整地理解了工業4.0後，至少，不會得出“工業4.0也就是工業互聯網”、“一個始于90年代的工業4.0成功實踐”等等這樣的自娛自樂碰瓷式的論斷了。西門子的兩個标杆工廠，德國安貝格工廠和成都工廠，在西門子官方文件，稱之為數字化工廠，而不是工業4.0工廠，反映出西門子的嚴謹性。

結論很重要，但思考問題的方式方法更重要。

,

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!

查看全部