以欧洲为例：工业4.0的必读白皮书
中物协（北京）物流工程设计院 刘弘超/译 高歌/校编
自21世纪初，我们在社会和经济的各个方面正经历着数字化转型，变革与数字技术领域的创新相关联。一些专家认为，迄今为止我们所了解的东西只是未来世界的十分之一，这种趋势正影响着商品的制造和服务方式。
工业4.0：场景蓝图的关键特征
西方文明已经见证了前三次工业革命，它们是工业进程中显著提高生产力的颠覆性飞跃。第一次工业革命通过使用水力发电，越来越多地利用蒸汽动力和机床来提高效率。第二次工业革命带来电力和生产线，以及运用电子和IT技术实现自动化的第三次工业革命。
第四次工业革命正在潜移默化的进行中。尽管有些地区会发生快速的、颠覆性的变化，然而其他地区则会以一种“进化”的步伐稳步改变。但无论如何，这样的改变都是不可逆的。与此同时，实物物体会被无缝地融入到信息网络。互联网与智能机械结合，生产系统和流程将会形成一个复杂的网络。现实世界正在变成一个巨大的信息系统。
“工业4.0”为第四次产业革命给出了相关答案。它必须从更小的概念区分，如“物联网”、“创客运动”或“工厂4.0”。工业4.0强调始终坚持数字化的思想和从经济角度将所有生产单位联系于一体的做法。让我们来了解一下全新工业场景蓝图的关键特征：
物理网络系统与市场
今天的IT系统已经是生产系统的心脏。在工业4.0中，这些互联网技术将联接更多的子系统、程序、内外部对象、供应商和客户网络，复杂性会大幅提高，而且需要更复杂的市场供应。IT系统将会按照一定的标准围绕机械、仓储设备建造，并形成物理网络系统（CPS），而且这些设备可被实时控制。未来的设备和系统将有明确的标准与类似的界面。未来运用这些技术可以在价值链中灵活地替换现有机械设备，由此保证高效的生产制造流程。
智能机器人和机械设备
机器人已经在上一次工业革命中替代了工人。在工业4.0时代，供应商开发和欧洲制造业使用的多用途工业机器人的数量自2004年以来几乎翻了一番，而在如捷克或匈牙利等的国家，机器人总量的增加更为明显。未来，机器人将变得智能化，意味着它们能够适应、交流和互动。这将使企业的生产力得到飞跃提升，而且对成本结构，技术体系和生产基地产生深刻影响。工业4.0时代，智能机器人不会以完全封闭的形式取代人类，机器人会和人类携手合作，在相互关联的任务中使用智能传感器与人机界面来共同完成生产任务。机器人的使用正扩大到生产，物流和办公管理等各种功能领域。如果出现问题，工人的手机上将会收到通知，并通过网络摄像头看到问题并发出指示让生产继续执行，直到他第二天回来。因此，设施是24小时运行，而工人只有白天上班，没有夜班轮换，也不会发生生产事故。
图1 工业4.0数据聚焦 Ⅰ
注：分析了GDP中排在前15的欧盟成员国
数据来源：欧盟统计局
大数据
数据通常被当作21世纪的“原材料”。实际上，预计可用于企业的数据量将每1.2年翻一番。未来工厂将产生大量的数据需要保存，处理和分析，然而实现这一目标的手段将会发生显著改变。在法国，63％的工厂管理者认为网络安全是至关重要的竞争力，运用创新方法处理大数据和挖掘云计算的潜力将革新信息使用的方式。
①连通的新特征。在21世纪之初，连通开始只是数字世界的一个特点，然而在工业4.0时代，数据和现实世界相互联接。机床、工件、系统和人类将通过互联网协议不断交换数据信息，这意味着实体会以数据的形式被联接和追踪。信息互通后的生产设备运作将会变得流畅：当零件在另一台设备生产，输送机传送或后勤机器人供应时，信息会立即传递至当前设备。设备自动完成生产制造步骤的每个部分，以类似芭蕾舞的协调形式来自动调节生产单元的串联制造。甚至该产品的生产信息可以在生产线上流动，即当它生产完毕时，可通过物联网要求传送带进行传递，或发送电子邮件到订货系统说“产品已生产完成并准备交付”。为了平稳的调整生产计划，工厂也互连其中，并以更好的方式优化容量。
②分散能源分布和效率。气候变化和资源稀缺是大趋势，这将影响到工业4.0中的所有成员。在这种大趋势下，工厂利用分散能源时，需要在生产中使用碳中和技术，利用可再生能源对企业具有更大的经济吸引力。在未来，可能有很多生产基地会形成自己的生产力布局，这将反过来对基础设施供应商产生推动作用。除可再生能源外还有分散核电，例如，小型工厂目前正在研究供应大型、电密集型工厂的方法，从而能达到节约两位数能源的效果。
③产业虚拟化。没有什么比新建工厂或在现有工厂推出一项新产品更困难：需要一支高素质的团队花费数小时的改编、试验、测试，还有众多意想不到的成本超支，一整天的生产停顿对于企业意味着巨大的收入损失。工业4.0将使用虚拟设备和原料准备生产，当且仅当每一道工序都已进行模拟和验证，并且最后的解决方案已生成最终的生产物理图谱。这意味着所有软件、参数、数值矩阵都被上传到机械设备以控制生产。一些初步试验已使人们有可能实现用三天时间完成汽车部件生产，而不是今天的三个月。虚拟设备可以被设计并容易以3D的形式可视化，工人和机器也亦如此。
工厂4.0给出了企业作为在微观经济层面的相互关联的全球系统概述。图形描绘的关键因素在于：在工厂外部，我们看到一个应用4.0的供应商网络、资源、新的客户需求和手段来适应企业发展；在工厂内部，我们设计新的生产技术、材料、存储处理方式和共享数据的新方法。
图2 工厂4.0
工业4.0：对跨行业游戏规则的改变
这个深刻变化的行业环境宏图是风险还是机遇？事实证明，两者都存在。在传统意义上，制造企业肯定以市场为依托，这一点将保持不变。然而在工业革命期间，行业龙头将会毫无疑问地改变全部或部分他们的组织，流程和能力，而且会产生全新商业模式的产业竞争者。新的变革技术诸如因特网或移动电话都没有成功，因为它们还处于摸索阶段，但根本原因是它们伴随着社会的变革而发生改变。互联网作为一种技术并没有创建社交网络，但社交网络的开发却归功于互联网，并能让它飞速发展。同样的事情也将在工业4.0发生，对行业参与者来说，新功能的产生将改变游戏规则。
不同的行业会以不同的速度发展，因此，我们试图找出一些跨行业的影响：
产出：个性化，当地生产和大规模定制。工业4.0在生产过程中融入了更多的弹性生产。因此，根据客户需求以相对较低的边际成本分割生产产品将成为可能，而且分步修理产品部件或者是不太复杂的产品，也将会成为可能。实物生产可在本地完成，而数据被转移，这是3D打印应用可以预见的：2012年，市场涉及3D打印及相关服务的交易额为16亿欧元，并预计到2017年这一交易额会升至44亿欧元，如果这种情况发生在一个生产成本较高或较低的国家，你都可以成为“游戏”规则的主导者。3D印刷厂可在高成本的国家中展现较高的经济效益和较强的竞争力，不仅受劳动力成本影响较小，而且还为顾客提供了接近所需的个性化定制。
生产进程：网络化制造和集群动力。企业将任务分散在各个地点，借助技术在网点间流动，供应商集中在小范围使服务更加流畅。其中一种现象被称为“工业民主”，这意味着信息和物理世界之间的模糊边界将会降低规模较小或专业化较低的企业进入的壁垒。在一些地区，跨国公司和中小企业，或者是注重市场的主体之间的权力分配可能会发生改变。企业所面临的挑战在于，生产和供应网络的复杂性将会显著增长。这种方式可能产生“手机制造单元”的新形式：这些小型和自主制造单元可能会被运到一些国家，在不需要建造完整工厂的情况下， 为当地市场生产产品。。在新兴市场和本地化需求下，这种游戏规则改变了工业外商直接投资的方式。
商业模式：碎片化的价值链。在一个复杂和相互交织的制造网络中，设计师、原材料供应商和客户（承包商）的联系都将改变。第一步是分离价值链，这在音乐或媒体行业中已经实现：分离价值链后，越来越多的就业者以较低的门槛进入。企业领导者需要在成本和利润上升的挑战中，重新思考和调整其价值链。未来高利润率会出现在何处？是工艺处理，还是客户数据专业知识的设计？如果互联网产生的“长尾”理论可以外推至物联网，则新的商业模式可以被创造。
竞争：会聚边界。传统的行业界限变得越来越模糊，工业和非工业应用之间的界限也是一样。放眼未来，工业应将重点放在工艺方法上，可以进行同质化重复生产的不止是产品，也可以是服务。服务也可以被批量生产。高品质的数字（外包）服务和万无一失且全面数字化的基础设施正在成为工业4.0成功的基本前提，而且IT/电信企业和传统制造企业之间将会更紧密地衔接。在某些情况下，前者可能成为新的行业领袖。最近的案例：Facebook正在无人驾驶飞机业务寻求资助，而且互联网巨头的股份谷歌正在进入生物技术领域，研究预防与年龄有关疾病的新治疗方法。在工业4.0时代，供应商层次/地位等级有可能发生改变。今天，物理设备和模具供应商与他们的行业客户收获最大的利润。但在信息网际系统的世界里，这些供应商将失去意义。相反，传感器、IT和软件可能替代传统的供应商，而设施设备及模具生产公司将降低一个层级。
技术：跨学科的理念是关键。工业4.0的主导技术将是IT、电子和机器人，但它也需要涉及如生物技术和纳米技术等其他知识领域。在工业4.0时代，企业既需要增强社会技能，也需要提高技术技能，这是可以被预见的。这将会是思维设计的转变，而不是生产的思考。坚持不懈培训和发展的企业文化，以及终身制的学习方式，正在成为一种核心竞争力。大量的协作和跨文化的能力将被要求能够在网络环境中可持续发展。在技术方面：与网络连接将意味着大量的标准化。因此，T形和跨学科专业的技术能力体系要强于专业化。分析专家、工程师和程序员必须能够跨越商业模式、生产工艺，设备技术和与数据相关的程序进行思考，新的职位如数据科学家和网络安全防护会员会出现。
全球化：引领前进。未来的组织机构将集中在热点地区，而不是全球化的布局，将会有开放的生产基地和集群。公司不一定要以经济高效地运营去维持庞大的生产基地，有时以一个较小的规模更能提高传输数据和生产的经济性，组织将以一个更加分散和灵活的方式建立。
图3 工业4.0数据聚焦 Ⅱ
注：1）分析了GDP中排在前15的欧盟成员国
文章来源：罗兰贝格战略咨询公司