工业4.0与制造业未来2015

工业4.0与制造业的未来安筱鹏二○一五年一月工业4.0与两化深度融合智能制造是系统的系统竞争焦点：智能制造生态系统的主导权目录德国对工业4.0的认识安格拉·多罗特娅·默克尔，现任德国总理（1954-）目前90%的创新在欧洲之外产生，欧洲不能错失下一代工业技术变革。工业4.0的意味着智能工厂能够自行运转，零件与机器可以进行交流德国副部理兼经济和能源部长加布里埃尔德国企业的数据由美国硅谷的四大科技把持，这正是他所担心的。德国机械协会（VDMA）

主席德国和日本应携手应对中国的挑战不仅仅亚洲对德国工业构成竞争优威胁，美国正通过各种计划应对“去工业化”，加快先进制造业发展德国信息技术、通讯、新媒体协会工业4.0部部长德国联邦教育和研究部国务秘书

工业4.0要提供一个在技术和组织上适应中小企业需要的解决方案2011年4月，三大协会提出工业4.0的初步概念，成立“工业4.0”工作组2011年11月2013年4月理念传播的速度、深度和广度2012年10月2日，工作组向联邦教育与研究部和联邦经济和技术部递交了《未来项目“工业4.0”的落实建议》2014年4月，“工业”4.0学术咨询委员会发布了白皮书2006年，德国联邦政府高技术规划中开始关注物联网在工业中的应用2013年12月，全球首份“工业4.0”标准化路线图2014年4月汉诺威工博会上展示的首个“工业4.0”演示系统工业4.0平台Platform-i4.0《高技术战略2020》《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》WolfgangWahlster教授汉诺威工业博览会开幕式德国机械及制造商协会（VDMA）、信息技术、通讯与新媒体协会（BITKOM）、电子电气制造商协会（ZVEI）对工业4.0概念的认识坐标系：理解新一代信息技术与工业融合发展的坐标系，德国叫工业4.0，中国叫两化融合，美国叫产业互联网。德国特色：工业4.0概念最大的成功在于它把几百年工业发展的历史与现代信息技术趋势进行了完美的集成，它是继承性与创新性的统一、理论性与通俗化的统一、严肃性与时尚性的统一，其传播的速度、广度、深度也超过了德国人的预期。动态性：技术在发展，实践在发展，认识在发展，工业4.0是的一个发展的概念、是一个动态的概念，人们对工业4.0内涵、目标、特征、路径认识也是一个不断深化的过程，是一个长期的愿景，是一个理解未来信息技术与工业融合发展的多棱镜，工业4.0是什么工业4.0是互联:(博世、西门子)生产设备之间、设备产品之间、人和设备之间、IOE工业4.0是集成：纵向、横向、端到端工业4.0是数据：（SAP、西门子）研发、生产、管理、运营、客户—-及时性、完整性、准确性——成本、效率、决策、反应工业4.0是创新：技术、产品、模式、业态、组织工业4.0是转型：个性化、服务化、创新驱动

终极目标：提升产品质量和附加值，增强产品创新、生产、销售及整个供应链的灵活性，不断提升劳动生产率，增强企业核心竞争力。

如出一辙、异曲同工、殊途同归今年10月访德期间，苗圩部长指出，德国工业4.0战略与中国的信息化和工业化深度融合战略在核心理念、主要内容和具体做法等诸多方面殊途同归。今年11月8号，苗圩部长在接受人民日报专访时说，我国提出的两化深度融合战略与德国提出的工业4.0战略如出一辙、异曲同工。其本质都是把握新一代信息技术与制造业融合发展的趋势，抢占产业竞争制高点。本质是智能制造产品的智能化：数控机床、工业机器人等智能制造装备，智能手机、智能汽车、智能穿戴等消费品，以及高铁、飞机等大型服务工具普适性：所有的产品都将被智能化(IOE)演进性：从低级到高级、从简单到复杂，长期演进颠覆性：从新产品—新业态—新商业模式装备的智能化：硬装备+软装备，集成了生产的诀窍、成熟的工艺、科学的方法、先进的理念，是隐性知识显性化的重要载体基于硬装备和软装备的单机智能化、智能生产线、智能车间到智能工厂生产的智能化：生产流程的智能化：研发、生产、管理、服务生产方式的深刻变革：个性化、众包、云制造管理的智能化纵向集成、横向集成及时性、完整性、准确性，带来科学决策、精细管理、协同研发和高效生产体系服务的智能化：全生命周期管理、总集成总承包、物流、供应链金融9两化融合管理体系主要框架九大原则：以获取可持续竞争优势为关注焦点；战略一致性；领导的核心作用；全员参与、全员考核；过程管理；全局优化；循序渐进、持之以恒；创新引领；开放协作。四大核心要素：技术、业务流程、组织机构和数据四个管理域：管理职责、基础保障、实施过程、评测与改进。工业4.0中的企业组织管理创新，也是两化融合管理体系标准的重要内容。中国的认识与实践在两化融合评估体系中，将两化融合分为基础建设、单项应用、综合集成、协同创新四个阶段，综合集成是信息化和工业化融合走向纵向的重要标志。综合集成包括企业间的横向集成和企业内部的纵向集成集成应用陷阱、集成应用困境集成是德国工业4.0的关键词，也是长期以来中国推动两化融合的关键词。两化融合评估体系框架中国的认识与实践围绕智能制造专项工程、行业区域试点、新业态培育、综合标准体系、管理体系推广各地的实践上海四新战略：新技术、新产业、新业态、新模式浙江的六换：产品换代、机器换人、制造换法、电商换市、商务换型、管理换脑万众创业、大众创新时代的到来：淘宝村：徐州沙集镇家具生产方式跨越了三个世纪四化融合的典型样本：信息化—工业化—城镇化—农业现代化工业4.0与两化深度融合

智能制造是系统的系统竞争焦点：智能制造生态系统的主导权目录一个泛在连接时代的到来工业4.0、产业互联网的核心是产品、机器、人的互联5G（1毫秒的时延、10G速率、1000亿链接）泛在连接时代的到来泛在连接的背后传感器、CPU、操作系统、网络以及生态系统系统智能化每部智能手机的价值取决于两化连接：连网的智能手机数量+连网的服务数量（APP：微信、航空、商务、医疗、银行、证券、教育）手机智能化核心：应用芯片+操作系统协处理器（CP）基带芯片基带芯片应用处理器（AP）基带芯片功能手机Featurephone增强型功能手机（多媒体）智能手机Smartphone手机的演化美国的两次绝地反击巩固的ICT领导地位

全球移动互联网创新中心重返美国移动操作系统：16倍成长（从5%到90%）美国通过其在操作系统、芯片、产业链整合能力上的优势，从欧洲夺回了通信产业领导权。数据来源：:Gartner美国与欧洲有关移动相关专利授权情况半导体产业之大国博弈：日本崛起，美国衰落先机尽失，实力衰退把握机遇，发展神速

1983年，美国占半导体生产设备市场的69%。

1988半导体设备市场占有率降至51%，1990年降至32%。美国公司购买的下一代工艺加工设备中75%是日本制造。

1990年，TOP10美国企业只剩下2家，其营收只占到前10家总营收份额的23%。1991年，美国半导体芯片全球市场份额降至37%。海湾战争期间，美国芯片供应危机凸显美国半导体产业对日本的严重依赖。短短十年间，美国半导体产业几乎完全丧失全球主导权，被日本成功超越20世纪70年代中期-90年代初1986年，日本NEC、东芝和日立三家公司垄断全球半导体企业排行前三名。1987年，日本占全球半导体市场份额的50%，占随机存取记忆集成电路市场的75%，占微处理器市场的40%。

1990年，日本占半导体材料市场份额的68%，半导体设备从1983年的25%升到1990年的56%。

1990年，全球半导体企业TOP10中日本企业有5家，其营收占到前10家总营收份额的54%。

60年代全球十大IC企业全为美国企业。70年代中期，美国占国际半导体芯片市场份额的60%，有九家全球十强企业。

1980年，全球半导体企业TOP10中有6家是美国企业。其营收占到前10家总营收份额的42%。

1977年，日本仅占全球半导体芯片市场份额的28%。

1983年，日本仅占半导体设备市场份额的25%。“美国半导体工业的持续衰落对美国经济和国家安全构成了不可接受的威胁。美国必须马上采取行动，由该工业牵头而各级政府则作为坚强的伙伴参与这一行动。我们相信，美国人民一旦全面了解美国所处的危险境地，将会赞同那些使半导体工业恢复到繁荣景象所必须采取的立法行动和行政措施。”

——美国国家半导体咨询委员会主席伊恩·M·罗斯，1989年11月1日，“致美国总统（乔治·布什）的信”，《危机中的战略工业：美国国家半导体咨询委员会呈送美国总统及国会的报告》注：为了制定和颁布国家半导体发展战略，美国第100届国会设立了国家半导体咨询委员会，委员会由来自商务部、能源部、科技政策局、国防部等联邦政府重要部门官员组成。半导体产业之大国博弈：美国重夺主导权夺回全球市场主导权20世纪90年代中期以后半导体产业通过政策扶持和产业转型逐渐复苏政府通过采取一系列对策与措施，美国从1992年开始逐渐扭转半导体产业衰退的局面。同时，美国半导体产业还果断进行战略转型，放弃了竞争激烈DRAM芯片领域，重点发展微组件及LOGIC等附加价值高产品，形成本国半导体产业独特的创新能力。美国重新夺回半导体产业全球主导权本世纪初以来，美国半导体重新夺回世界半导体业老大的位置——全球市场占比从1991年的37%上升到2011年的53%。其中，英特尔全球市场份额仍旧最高，2011年达16.5%；高通作为全球最大的芯片设计企业，虽销售收入不到英特尔的1/3，但市值已超过英特尔近100亿。优势渐失、风光不再日本半导体产业优势被削弱自1992-1995年，日本半导体市场均保持两位数增长，但1996年前后，受美国打压下的日本半导体市场份额开始下降。由于美国半导体产业复苏之势明朗，1996年，美日终止了半导体协议，标志着美国政府介入半导体贸易问题的结束。但日本半导体市场已经受到重创，不再一家独大，逐渐丧失了既有优势。

日本半导体主要以内销为主，国内销售比例高达60%-70%，国外销售比例则仅为30%。这种以半封闭式发展令日本在全球化方面落后于人。日本半导体产业全球市场占比从1987年的50%下滑到2001年的26%，2011年进一步下滑至15%。

资深芯片企业大规模兼并重组以应对危机。1999年，日立和NEC的DRAM业务整合组成尔必达（Elpida）公司，2003年又合并了三菱电机的DRAM业务。2003年，日立的逻辑芯片和闪存芯片业务与三菱电机合资组建瑞萨电子，2010年4月合并了NEC电子。

日本企业风光不再。2012年，日本唯一的DRAM生产企业尔必达在连续五个季度亏损后申请破产，后被美光科技收购。瑞萨电子2012年预计亏损19亿美元。新一轮产业革命中的美国战略进入新世纪，美国确立了在集成电路、传感器、操作系统、互联网、计算机、网络设备的优势地位，并通过构建产业生态系统巩固领导厂商的地位。新一轮产业革命中，美国战略是，把ICT领域的优势向制造业领域拓展，或者叫竞争优势的移植战略。产业生态系统主导权争夺的四个阶段第一阶段：计算机阶段1984年WINTEL形成：计算机生态，CPU（英特尔）+操作系统（微软）+开发工具+应用软件（几十万）第二阶段：移动智能终阶段第一跳：以iPod为代表的新商业模式探索期

智能终端（iPod）+内容分发渠道（iTunes）+数字内容（音乐等）第二跳：以iPhone为代表的新商业模式形成期

智能终端（iPhone）+内容分发渠道（AppStore）+应用软件与数字内容服务（音乐、电影、图书、15万应用程序等）第三跳：以iPad为代表的新商业模式成熟期

智能终端（iPad）+内容分发渠道（AppStore）+应用软件与数字内容服务（音乐、电影、图书、30万应用程序等）

2009年苹果公司的年报：“公司的竞争力来自于提供能够整合硬件（MacPc、iPhoneandiPod）、软件(iTunes)、数字内容和应用的分发渠道(iTunesStore,iTunes

Wi-FiMusicStore，AppStore)的创新性的解决方案”。中国开发者数量超过50万95万个应用超过4.4亿部终端外设集成开发：Xcode调试工具：Instrument游戏开发：Metal、SenekitAPP商店聚合应用开发商自营开发、设计、生产手机自行开发耳机、音箱、键盘、手柄的外设2007年11月Google发布安卓操作系统，2008年9月全球首款安卓手机上市EclipseSDKADT以官方商店Googleplay为核心，多种第三方并存与第三方手机生产商合作第三方开发耳机、音箱、手柄、存储卡等iOS和Android生态体系中国开发者数量超过100万100万个应用超过10亿部终端外设2001年11月苹果销售第一台iPod，2007年1月推出首款iPhone2010年三星智能电视：终端+操作系统+电子商务平台+APP服务2012年谷歌眼镜：智能眼镜+操作系统+电子商务平台+APP服务2013年可穿戴设备：娱乐、医疗等，智能设备+操作系统+电子商务平台+APP服务韩国三星电子的电视应用软件市场“SamsungApps”夏普联手美国VUDU提供电视应用软件第二阶段：智能电视、可穿戴第三次浪潮：智能产品阶段（智能汽车、智能机器人）2012年智能汽车：汽车+操作系统+CPU解决方案+通信芯片解决方案+电子商务平台+APP2013年智能机器人ROS推进传统机器人向智能机器人转型2008年，前Google员工斯科特·哈桑(ScottHassan)创建一个开源机器人操作系统（ROS），构建机器人领域的IOS和安卓。ROS针对工业机器人专门开发了一套系统ROS-Industrial,成立了ROS-Industrial联盟（RIC）,包括FraunhoferIPA公司机器人和辅助系统部门机器人巨头：重写操作系统，从功能机器人到智能机器人的跨越第四阶段：智能制造生态系统

智能制造：系统的系统IBM智慧城市：系统的系统（交通、供水、电力、医疗、税务等）2010年6月彭名盛德国工业4.0：系统的系统（弗劳恩霍夫、西门子）GE产业互联网：系统的系统（产品、智能产品、智能连网产品、产品系统、系统的系统）生态系统：技术+专利+标准+工具+商业模式ICT产业竞争的制高点是掌握产业生态系统的主导权CPU（英特尔、IBM、ARM）+操作系统（微软、谷歌）+通信模块（高通、博通）+APP平台+云计算平台智能机器=（感知系统+通信模块+CPU+操作系统+存储系统+执行控制系统）+能量转换机器智能制造系统=消费者+智能产品+（智能机器1+智能机器2+……软件工具集+生产者+第三方APP）+通信网络+（一级供应商+二级供应商+……）+……

智能制造：系统的系统一个复杂巨系统的形成。车间里的机器如一部智能手机，通过更新操作系统实现功能升级，通过工业App实现各种功能即插即用，通过API不断扩展制造生态系统，所有的机器、产品、零部件、能源、原材料，所有的研发工具、测试验证平台、虚拟产品和工厂，所有的产品管理、生产管理、运营管理流程，所有的研发生产管理销售员工、各级供应商、销售商以及成千上万个客户，都将是这一系统的重要组成部分——一个基于云—管—端新型复杂制造体系正在形成。必将带来新的竞争格局。智能制造的本质是在重组客户、供应商、销售商以及企业内部组织的关系，重构生产体系中信息流、产品流、资金流的运行模式，重建新的产业价值链、生态系统和竞争格局德国机械及制造商协会（VDMA）、信息技术、通讯与新媒体协会（BITKOM）、电子电气制造商协会（ZVEI）合作设立了工业4.0平台（Platform-i4.0）产业联盟：抢占制造业生态系统主导权的推动者产业联盟：抢占制造业生态系统主导权的推动者2014年4月，AT&T、思科(Cisco)、通用电气(GE)、IBM和英特尔(Intel)今天宣布成立工业互联网联盟(IndustrialInternetConsortium,IIC),目前已有近100家企业定位：研究最佳实践、参考架构、案例研究和标准要求，推动泛在连接技术推广,研究互联网和工业系统的全球标准制定流程。通用电气全球软件副总裁BillRuh表示：“作为领导者，我们携手推动这一生态系统的建设和工业互联网应用的市场发展，确保全球组织能够更容易提供更出色的服务，访问更好的数据，并且更重要的是，将所有独立事物无缝连接。”

德国CPS?美国GE

Predix?

中国的?

2008年移动智能终端的产业机遇信息化形势分析会谷歌：成立安卓联盟联想：出售手机业务苹果：刚推出IPHONE诺基亚：如日中天为什么会形成新的竞争格局？工业4.0与两化深度融合

智能制造是系统的系统竞争焦点：智能制造生态系统的主导权目录德国的布局联邦政府:《高技术战略2020》,将交通部改为交通和数字基础设施部，经济和能源部、教育和研究部全面负责工业4.0战略的实施，

联邦议会:成立了“数字化议程”委员会，参与到政府工业4.0及高技术战略相关预算和战略实施中各州政府:小企业“一个都不能少”。不断完善创新集群政策和中小企业创新政策，围绕帮助中小企业全方位参与工业4.0，组织开展专题咨询、技术支持、平台建设、创业辅导、融资扶持、人才培训等全方位服务。行业协会：

德国机械及制造商协会（VDMA）、信息技术、通讯与新媒体协会（BITKOM）、电子电气制造商协会（ZVEI）合作设立了工业4.0平台（Platform-i4.0）；

2014年5月，德国牵头，在国际标准化组织以及国际电了委员会开展智能制造领域的标准化工作。

6月德国与美国联合，在国际电工委员会成立了工业4.0——智能制造工作组重点企业：

47%的公司已参加到工业4.0战略中，18%的公司正参与4.0战略的研究工作，12%的公司已把工业4.0战略付诸实践。

戴姆勒开始研究工业4.0语境下的智能汽车端到端系统架构；SAP根据工业4.0概念提出装备制造业整体解决方案IdeatoPerformance，西门子提出智能工厂整体解决方案。

研究院所：

德国人工智能研究中心、国家科学与工程院等顶级研究机构已开展涉及工业4.0的一系列项目研究，弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer）在其所属的7个研究所引入工业4.0研发项目。

凯泽斯劳腾大学、隆德大学、慕尼黑大学、达姆施塔德大学、莱茵美茵大学等围绕信息物理系统（CPS）、智能工厂、智能服务、系统生命周期管理（Syslm）等开展一系列前瞻性的研发和人才培养工作。美国的布局战略规划：再工业化、先进制造业伙伴计划，智能制造、产业互联网。创新体系：美国家制造业创新网络（NNMI）。形成一批跨领域、协同化、网络化的创新平台，2012年8月，由40家企业、14所大学、11个非营利机构的组成的国家增材制造（3D打印）成立。企业战略：GE发起的工业互联网联盟，来自工业、信息、通信、互联网等95家企业参与。智能汽车：苹果、谷歌、英特尔、高通、思科等一批企业开展前瞻布局。智能机器人到IOE：谷歌、亚马逊、思科。标准先行：美国国家标准研究院与五大企业联合推动工业互联网标准体系。今年6月德国和美国联合在国际电工委员会成立了“工业4.0：智能制造”战略组，开展智能制造标准化工作。中国的战略两化融合：十六大、十七大、十八大工业信部成立：组织上的部署优先行动：围绕智能制造专项工程、行业区域试点、新业态培育、综合标准体系、管理体系推广打造新的竞争优势制度：鼓励创新与加强监管间的平衡市场：把庞大、复杂、多元化市场优势转化产业优势产业：组建互联网+ICT（先遣队）+传统产业的联合舰队人才：大众创业、万众创新的环境

对中国制造优势的再认识：互联网经济全球市值最高的20家互联网企业截至2014年9月15日，单位：十亿美元对中国制造优势的再认识：产业公地制造业流失会带来创新领导地位的丧失产业公地成为产业链协同创新的重要因素。由各种专有技术、产业运作能力和专业化技能的网络交织构成的能力和要素，可以成为企业、创新创业者、公共部门共享的资源，称之为“产业公地”。创新创造与制造不再分离，科