“工業4.0”最早源于德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部聯手資助的研究項目，由德國工程院、弗勞恩霍夫協會、西門子公司等學術及產業界的建議和推動下形成，并在2013年4月的漢諾威工業博覽會上正式推出。該項目的主要目的是為了提高德國工業在全球的競爭力，以在新一波的工業革命中取得先機。目前該項目目標已經成為被德國科研和產業界廣泛認同的國家戰略，同時也迅速被世界上其他國家廣泛關注，比如美國也在采取措施，通過推進“高端制造業”計劃。技術理念的變革勢必帶來管理的相應改變，以滿足新型技術產生的各類挑戰。

1.工業4.0的概念及特征

“工業4.0”模式是由傳統的工廠集中式控制方式轉向分布式智能型控制方式轉變，目標是建立一個可以靈活配置的產品與服務的生產模式，具有個性化和數字化。在這種模式中，各種分布獨立的任務模塊可以自由組合，各種產業之間不再有明顯的行業界限，同時也會催生出各種新的產業活動領域及合作形式。在這種模式下，創造新價值的過程也被改變，形成全新的多組合方式的產業鏈分工。

德國的學者和企業人士普遍認為，“工業4.0”概念是以智能制造為主導的第四次工業革命，或者是一種具有革命性的生產手段，在該工業模式下，人們可以極大程度地利用計算機信息技術和網絡空間、云計算等先進技術相結合的手段，即信息物理系統（Cyber-Physical System），將制造業進行智能化轉型。也有學者認為它是虛擬制造、智能制造與傳統制造業的融合，又稱“融合的工業”。

“工業4.0”項目組成主要包括兩個方面，一方面是指“智能工廠”，包括智能化生產所需的工業傳感器系統、過程和分布式網絡系統等基礎設施的實現；另一方面是“智能生產”，包括整個企業的生產計劃、物流、現場人機界面以及立體打印技術在工廠生產中的具體應用等。在此計劃指導下，中小型企業均可以便捷地參與進來，并成為智能化制造技術的實踐者和受益者，以及先進工業制造技術的創造者、供應商。

從概念的定義可以看出，“工業4.0”是基于分布式網絡信息技術將工業過程的各個環節有機地整合，實現過程的受控和任務的分解，具有以下基本特征：通過網絡資產實現價值的綜合集成；端到端的數字化集成分布于整個價值鏈；交叉式和網絡化的制造系統。

2.工業4.0面臨的挑戰和需求

我國的工業經濟學家曾經撰文認為，德國的“工業4.0”仍然屬于“第三次工業革命”的一部分，但我們必須積極應對這種新的工業革命。因為這種工業革命可能會阻礙后發國家的工業趕超。同時，對后發國家來說，若能形成自身獨有的制造技術和產業升級途徑，則極有可能形成超越。

這里，“第三次工業革命”對后發國家的阻礙是指，智能制造削弱發展中國家的低成本優勢，同時有利于發達國家構建新的工業競爭優勢。通過發展現代智能制造業，占領產業制高點，發達國家可以運用現代制造技術和生產裝備，來提高傳統產業的生產效率，還通過發展新技術產業來鞏固新技術的工程化、產業化能力。同時，發達國家在髙端服務業的領先優勢也會被進一步加強。

因此，后發國家的產業趕超將面臨來自發達國家的多方面阻礙，如果后發國家不能抓住智能化制造技術帶來的技術手段和市場機會，則“工業4.0”會將世界工業分工體系進一步固化，更不利于發展中國家的產業趕超。那些由于低成本要素而從發達國家轉移出的各種生產活動，有可能重新向發達國家回流，進而導致制造業的重心再次向發達國家偏移。

“工業4.0”面臨的另一個挑戰是系統安全問題。生產和辦公環境的信息網絡化可以提高業務流程的效率，但在這一過程中往往會產生系統外部的各種危險，而這些危險是潛在的，具有隱蔽性，增加了風險等級程度。

大多數工業計算機運行的是專有工業控制操作系統，包括過程控制、數據采集系統，分布式控制系統（DCS)，程序邏輯控制（PLC）以及其他控制系統等，與外部基本隔離，因此，這些系統中的些安全漏洞常常被人忽略，很少有企業采取措施來防范病毒和網絡攻擊。現代工業控制系統大多建設在大型工業企業，而這些企業往往涉及電力、石化、冶金、航空航天、核電等重要工業領域，屬于國家重點基礎設施，影響到國民經濟運行和國家安全。

與個人計算機安裝的基于TCP/IP協議的網絡系統相比，我國工業控制操作系統的安全保護水平程度較低，一直沒有被重視和關注。隨著我國工業信息化的發展和裝備智能化進程的加速，越來越多的計算機和網絡技術應用于工業控制系統，在極大推動生產制造效率的同時，也給工業控制系統帶來了安全問題，如木馬、病毒和黑客網絡攻擊可以造成系統死機、癱瘓、信息泄露和控制指令被篡改等。

3.“工業4.0”體系構建框架

基于工業4.0的特征模式和社會需求，需要在8個關鍵領域采取行動：

3.1標準化體系框架：“工業4.0”將涉及互聯網絡、傳感器、控制器等技術，并通過價值增值網絡來集成不同的合作參與方。因此需要標準化的軟硬件接口、工作協議和作業規則，在這個基礎上進行互聯互通、信息交換、協同工作才能成為可能。

3.2工業寬帶的基礎設施建設：復雜的系統、大量的接口、海量的數據，這些都需要高質量的工業寬帶網絡來支撐。在歐盟等國家，國家之間的產業配套協作密切，這就更加要求寬帶網絡基礎設施進行更大規模的國際間拓展。

3.3針對復雜系統的管理：隨著技術發展，生產制造系統正變得日益復雜，因此需要對這些復雜系統進行管理，確保其工作的可靠性、穩定性，可以開發和構建相關的模型來解釋和分析這些復雜的系統。

3.4安全問題：這里的安全問題包括生產安全和安全保衛，是智能制造系統安全運行的關鍵重要環節。智能制造系統的外部環境存在各種人為及非人為的危險因素，因此需要確保生產設備、工具和產品對人或環境沒有危險，這是企業安全運行的根本。同時，生產設備、工具和產品，以及存儲于它們內部的數據和信息，都需要加以保護，以防止被盜、丟失、濫用和非法的訪問。

3.5業務流程設計：在智能化的工廠，企業組織機構、人員分工都將會發生很大的改變。工作現場各種信息的實時反饋和處理，將促使工廠作業的內容、流程、節點和工作環境發生變化。工作任務組織以技術和管理互動的方法來實現，同時為工作人員提供擔負關鍵任務和促進個人能力提升的機會。

3.6能力的持續提升：智能化制造技術還會從本質上改變員工的工作能力和專業技術能力，這樣就需要采取合適的培訓策略，以持續培訓和學習的方式來組織工作，通過這種方式可實現終身學習和基于各個工作節點的個人能力發展。企業可以通過示范學習項目或實踐活動的方式進行推廣，網絡化、數字化的培訓技術也不可或缺。

3.7過程的監督和控制：在構建智能制造模式、再造新的作業流程和立體化業務網絡框架時，必須遵守社會規則、法律法規，而現有的生產關系也應隨著生產力的發展而調整，法律法規根據社會的需求而進行修訂和調整。這里面臨的挑戰主要包括企業信息的保護、社會責任問題、個人隱私數據保護和貿易壁壘等。除了法律法規以外，需要有配套的各種制度來規范因此而衍生的各種商業活動，其內容可以包括企業方針目標、合約范本、技術協議、商業協議，以及內部監督辦法等。

3.8資源轉化的效率：智能化制造需要高昂的成本投入，另外生產制造過程中消耗大量的原材料和能源，對環境和安全健康帶來各種風險。同時，智能化也帶來資源轉化效率的提高。因此，對企業來說，在推行智能制造時，需要權衡“工廠智能化所需的額外資源”與“帶來的潛在節約”之間的利弊，進行全面的評估和比較。

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