浅谈工业4.0和工业互联网的认识

浅谈工业4.0与工业互联网的认识

马越

中国矿业大学 化工学院，江苏徐州，221116

摘要：智能工业或者工业4.0，是从嵌入式系统向信息物理融合系统(CPS)发展的技术进化，是未来第四次工业革命的代表。工业4.0与工业互联网是在新工业革命背景下分别产生于德国和美国的未来工业发展模式并分别得到国内产学研用各界的联合推进。工业4.0与工业互联网之间的大量相似点，实际指明了全球工业未来发展的新方向，不同之处则暗示出只有结合国情的发展模式才能获得广泛支持，这无疑给我国制定应对策略、加快推进两化融合战略提供了可资借鉴的宝贵经验。

关键词：工业4.0:工业互联网:比较:启示

Talking about Industry 4.0 and Industrial Internet

MA Yue

CUMT,Xuzhou,jiangsu,221116

Abstract ：Intelligent Industrial or Industrial 4.0 is a technological evolution from embedded systems to the Information Physics Convergence System (CPS) and represents the fourth industrial revolution of the future. Industrial 4.0 and industrial Internet in the context of the new industrial revolution were generated in Germany and the United States of the future industrial development model and were the domestic industry research with the joint promotion of all walks of life. The large number of similarities between Industrial 4.0 and Industrial Internet actually point to a new direction for the future development of the global industry, and the difference suggests that only broad-based development models can support it. This will undoubtedly provide China with a strategy to accelerate its development. The integration of the two strategies provide valuable lessons for us. Key words：Industrial 4.0；Industrial Internet；Comparison ；Revelation

1引言

21世纪以来，信息通信技术创新与迭代演进速度不断加快，信息、生物、新能源、新材料等技术呈现出显著的交叉融合趋势，这被广泛视为全球新一轮科技革命和产业变革的重要标志。理论研究和经济发展的历史经验都一再证明，每次工业革命都是以重大科技的突破为先导，反之重大科技突破则通过对生产方式和生产关系的全面变革形成工业革命。在2008年全球金融危机之后，为加速经济复苏并进一步抢占新产业革命带来的发展机遇，欧美日等发达国家纷纷推出以制造业为主的刺激政策，推动信息技术与工业加快融合，其中德国的工业4.0和美国的工业互联网成为最具代表性的新模式。近年来，国内外学者、企业等纷纷投入力量对这两种模式进行研究和完善。工业4.0、工业互联网、两化融合等概念层出不穷，学界、业界与政界的认知并不一致，而目前尚未有相关文献对这些基本概念和模式的特征、异同进行系统梳理和辨析。然而，只有对工业4.0与工业互联网进行深入分析，掌握以德美为代表的发达国家在本轮产业变革中的施政路径、方向和重点，才能进一步完善我国两化融合战略，真正做到知己知彼，才能不断缩小我国与发达国家间的差距，甚至在某些领域进一步赶超

2 工业4.0的进化过程

2.1工业革命1.0

18世纪末期始于英国的第一次工业革命，19世纪中叶结束。这次工业革命的结果是机械生产代替了手工劳动，经济社会从以农业、手工业为基础转型到了以工业及机械制造带动经济发展的模式。

2.2工业革命2.0

第二次工业领域大变革发生在20世纪初期，批量工业生产开始的阶段。通过零部件生产与产品装配的成功分离，开创了产品批量生产的新模式。20世纪70年代以后，随着电子工程和信息技术充实到工业过程之中，实现了生产的最优化和自动化。

2.3工业革命3.0

第三次工业革命始于第二次工业革命过程中发生的生产过程高度自动化。自此，机械能够逐步替代人类作业。

2.4工业革命4.0

未来10年，第四次工业革命将步人分散化生产的新时代。工业4.0通过决定生产制造过程等的网络技术，实现实时管理。

3 工业互联网的提出

在美国工业互联网概念的提出与推广大致可以划分为两个阶段一是概念的提出与宣传阶段。2012年底，通用电气（GE ）发布《工业互联网:2012年以来工业互联网突破智慧与机器的界限》白皮书，首次提出工业互联网的概念，认为工业互联网是数据、硬件、软件与智能的流动和交互。实际上就是通过先进的传感网络、大数据分析、软件来建立具备自我改善功能的智能工业网络。此后，GE 欲在三年内投入15亿美元用于工业互联网领域的研发，同时也不遗余力地在美国、中国等市场推广工业互联网理念，期待各界认同并加入到这一模式的应用推广中来。二是2014年以来工业互联网模式的应用推广阶段。2014年3月底，AT&T,Cisco(思科) 、GE,1BM 和Intel(英特尔) 等5家企业联合宣布成立工业互联网联盟((industrial Internet Consortium, IIC)，意在建立一个致力于打破行业、区域等技术壁垒，促进物理世界与数字世界融合的全球开放性会员组织。目前，该联盟的成员已从一开始发起成立的5家企业扩展到170家(截至2015年6月20日) ，涵盖了大型和小型技术创新者、垂直市场领导者、研究人员、大学和政府部门，以及从事硬件、软件、服务、咨询等业务的跨国企业，如微软、惠普、埃森哲、赛门铁克、美国国家仪器、富士通、日立、华为等。2014年10月，GE 在上海发布《未来智澎白皮书，提出工业互联网、先进制造和全球智慧是催生新一轮工业变革、显著提高生产效率的三大核心要素，并展示出其正应用工业互联网提升医疗、航空、能源、水处理、石油天然气等行业的生产运营效率。

4. 工业4.0和工业互联网的相似点

全球不同国家的工业化历史表明，虽然不同国家在推动工业化发展中采取的措施和手段有所差异，但每次工业革命几乎都为全球工业化进程铺设了大体一致的路径。在新一轮科技革命和产业变革浪潮下，产业发展呈现出智能化、网络化、服务化大趋势，德国和美国虽然分别提出了不同的战略概念、模式和路线图. 但在产业发展大趋势下二者必然存在诸多共同点。

4.1需求变迁是共同的内生诱因

从经济学角度看，需求的持续演进永远是供给侧技术、结构、模式变迁的不竭内生动力，市场需求升级对产业发展技术、模式等方面的升级产生引致需求。工业4.0和工业互联网概念的提出与推广，归根结底都是在围绕新时期消费需求或产业发展需求变迁开展市场竞争新路径的探索。工业4.0的提出主要源于德国国内企业和研究机构都纷纷认识到，在市场需求向个性化、多样化、便捷化等方向转型的大背景下，中国和美国通过利用互联网技术加速产业转型、模式创新以提升竞争力的努力已经取得重大进展，而德国制造业正在失去互联网加速创新和应用带来的变革机遇只有积极利用互联网创新技术加快向个性化、多样化、智能化方向转型才能适应市场需求变迁，保持或提升产业国际竞争力。在美国，虽然GE 从生产效率的角度提出工业互联网的榴念与模式，但是这种效率改善却正是当前全球广泛存在的高投入、高消耗、高排放工业发展模式所急需的，也是产业转型升级并实现持续健康发展所不断提出的需求。GE 在工业互联网白皮书中提出. 在未来15年中只要工业互联网推动实现1%的成本节约，航空、电力、医疗、铁路、油气等领域就能分别实现300, 660, 630, 270和900亿美元的价值，如此庞大的潜在市场需求才是GE 力推工业互联网的根本内生动力。

4.2融合发展与产业升级是共同的发展方向

产业发展本质上就是一个持续演进与升级的过程。工业4.0和工业互联网概念的提出与加速演进反映出各国已经形成了这样一种共识，即面对二十一世纪全球产业发展的智能化、网络化、服务化趋势，工业和互联网加速融合并推动现有生产制造体系加速转型是抢抓这一发展机遇的主要途径。本轮以信息通信技术深度应用为突出特征的科技革命和产业变革. 在德国被称为第四次工业革命即工业4.0. 而在美国则被称为第三次工业革命. 尽管叫法不同，但都看到了信息通信技术的深度应用会带来能源利用、工业生产、企业管理等各方面的重大变革甚至是颠覆，工业4.0和工业互联网只是对这同一趋势的不同称谓而已。从实践来看，工业4.0和工业互联网都是基于现有工业体系的持续演化，本质都是工业与信息通信技术的深度融合，进而提升产业整体素质。在工业4.0建议方案中，提出对基础设施、工厂安全设施、生产设备和旧系统等升级，以适应新技术、新模式的应用，并持续将信息通信技术集成到传统装备制造业中，以维持全球市场领导地位等。而在工业互联网中，GE 则更加注重对广大存量传统产业的升级改造，正如GE 董事长伊梅尔特所言:“工业互联网的目标是升级那些关键的工业领域”

4.3都将走向智能制造模式

信息通信技术与制造业的融合催生了智能制造模式，产业部门已经意识到了制造转型过程中智能制造的潜力，但这种模式究竟能够带来多大的效率改善还莫衷一是，工业4.0和工业互联网都是对互联网技术与工业技术的有机融合，因此二者最终必然走向类似的终点，即实现智能化、网络化的生产制造方式。德国工业4.0直接提出，重点发展智能生产与智能工厂，力图将德国打造成为全球市场中智能制造技术的主要供应商。GE 提出的工业互联网则将智能机器、高级分析和员工作为三个核心要素并突出应用大数据挖掘和分析技术实现设备控制、工艺优化、分析决策等的智能化。可见，智能制造是二者最终实现的共同目标，都在于通过融合互联网技术和工业技术打造一个万物互联、信息深度挖掘的智能世界，通过技术驱动提升制造业生产效率和智能化水平，实现制造业的信息化升级需要强调的是，尽管二者都将重点放在工业或制造业领域，但两种模式最终都会对整个社会的生产生活模式产生变革性影响. 甚至会在一定程度上对生产力和生产关系进行重构。

4.4标准和安全是共同突出强调的基础

除宽带基础设施、各类终端设备等“硬”基础条件外，标准、安全是工业4.0和工业互联网共同强调的“软”基础。例如，在向工业互联网加快迈进的过程中，GE 重点强调了政府与工业界需要在标准化和安全领域进行共同合作，建立统一的标准和高效的互联网安全机制。具体而言，在标准方面，工业4.0和工业互联网都将其作为实现最终目标的先行领域，工业4.0制定并发布了标准化路线图，而工业互联网联盟成立的主要目标就是推动所有标准的兼容，发展出一个“通用蓝图”，使得不同厂商的设备之间可以共享和传输数据，加快物理世界与网络世界的融合。在安全方面，工业4.0认为安全问题是决定战略实施成败至关重要的因素，提出了更加严格的数据保护计划，并将安全保障作为八大优先行动领域之一。在工业互联网中，网络安全管理也是重中之重，GE 提出要实现工业互联网的愿景，需要一个有效的网络安全机制，同时考虑网络安全(尤其是云防御策略) 和联网高端设备的安全。实际上，是否能够建立起一套通用统一的标准体系是决定每种新模式扩散速度最为重要的因素，而是否能够确保设备、数据等各方面的安全则是每种新模式能否被市场广泛接受的关键因素. 因为对企业而言能否获利是根本驱动力。

5 启示与我国应对策略

当前，全球都面临着以信息通信技术深度应用为主要特征的新一轮科技革命，谁能够抓住新技术推动产业加速变革，谁就能在未来产业竞争中占领制高点。工业4.0与工业互联网都是在这一大背景下提出的新理念、新模式，最终都指向更加数字化、网络化、智能化、服务化的产业趋势。从我国两化融合战略推进角度看，工业4.0与工业互联网的异同比较至少能够给我们提出如下几点重要启示:(1)未来产业发展模式的特征、内涵、基础等基本一致，新模式的建立和发展需要找准重点领域进行集中突破（CPS ），具有自主知识产权的核心技术是新模式生命力的基础。(2)工业4.0与工业互联网的差异深刻反映了德美两国在工业和互联网产业方面的发展基础与比较优势，只有紧紧抓住国家产业发展基础与比较优势特征，才能够制定出适合国情的产业发展模式。(3)工业4.0与工业互联网争先恐后地推进标准制定，充分表明标准和规则的竞争是未来工业智能化发展的战略制高点，同时安全问题则是新模式推进的根本前提。(4)工业4.0与工业互联网都以企业等市场主体为推动主力，这再次告诉我们只有依靠市场力量才能使新模式获得生命力，而工业互联网当前取得的先行优势则表明“开放”是大幅提升新模式扩张能力的催化剂。W 不管产业发展采取何种新模式，需求是不能脱离的“根本”动力，始终围绕消费需求的演化升级积极主动调整生产经营活动才能够获得持久的竞争力. 同时这也意味着经济中存量产业生产经营模式的改造升级是新模式的重中之重。

因此. 我们认为应在借鉴工业4.0与工业互联网的理论与实践经验基础上. 采取积极的应对策略。

5.1打造两化融合战略的坚实基础

着力突破CPS 、标准与安全等基础领域，打造两化融合战略的坚实基础。工业4.0与工业互联网的广泛相似点表明，未来全球工业将朝着数字化、自动化、智能化、网络化方向发展，将形成以智能设备、智能分析、智能决策、智慧服务、高效低耗为特征的产业生态体系。我国在推进整个产业生态体系的建设过程中，要重点突破四个方面的发展基础:一是加强顶层设计，制定统一的数据格式、设备接口等标准，为全行业跨领域实现低成本高效率的互联互通奠定坚实基础; 二是加快发展具有自主知识产权的高端传感器、工业控制系统等智能设备与软件，为建立起安全可靠的CPS 奠定坚实基础; 三是集中突破高端芯片、操作系统等信息通信产业核心关键产品，为信息与网络安全保障能力的提升奠定坚实基础; 四是开发高级智能的数据挖掘软件，打通产业与消费的供需渠道，为数据安全与数据价值挖掘奠定坚实基础。

5.2注重发挥市场主体参与的积极性

更加注重发挥市场主体参与的积极性，打造与美国工业互联网联盟、德国工业4.0平台相抗衡的开放式推进平台。我国两化融合战略的推进，应该借鉴德美经验，在战略方案的制定、实施中广泛征求企业、科研院所等市场主体的意见和建议，凝聚社会共识，形成全社会共同推进的良好氛围。让企业自主创新和选择融合发展的路径、方式，政府部门加快完善财税、土地、产业政策等市场环境，为企业融合发展提供更好的公共服务。同时，政府部门要大力支持类似工业互联网联盟的国内开放性行业组织发展，并加快搭建产业生态体系中的各类标准制定框架，积极参与国际类似标准与规则的制定抢夺未来产业发展的话语权与制高点。

5.3结合我国工业与互联网产业的发展基础

结合我国工业与互联网产业的发展基础与比较优势，加强工业与互联网的相互融合，不可偏废。对我国产业发展基础而言，我们既没有傲视全球的强大工业实力，也没有引领世界的信息通信产业，但是我国在互联网应用创新方面优势明显，拥有全球最大的虚拟网络市场，且在工业和信息通信技术个别领域也具有比较优势。这就要求，我国在推进两化融合深度发展中，应该在工业和互联网领域两侧共同施力，优先选择两个行业中具有比较优势的领域加快推进融合发展。例如，在两化融合各类试点示范中，应该同时甄选出制造业和互联网试点企业，从各自的比较优势领域出发探索融合发展路径。

5.4加快推进先进互联网技术与模式在传统产业中的应用

加快推进先进互联网技术与模式在传统产业中的应用，将存量产业的转型升级作为我国两化融合战略的重点。我国两化融合战略的推进，应该加快3D 打印、工业机器人、协同设计等先进制造技术在传统制造行业中的推广应用，推动传统制造行业生产制造模式的智能化转型，加快物联网、大数据、云计算等先进信息通信技术在传统制造业中的推广应用，推动传统产业加速向数字化、智能化、服务化方向演进。与此同时，政府部门要积极推动产学研合作，大力支持适应新技术、新模式的高端融合人才培养与专业技术人才培训为我国大规模存量传统产业的融合发展提供人才要素支撑。

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