德国工业4.0与中国的两化融合

2012年4月21日美国《经济学人》杂志以“第三次工业革命”为题，发表了一组专题报告，副标题是“制造业的数字化将改造商品生产方法，并且改变职业的政治学”。美国的未来学者杰里米·里夫金发布了专著《第三次工业革命》，文章认为“印刷业中蒸汽动力技术的引入使新闻媒体在第一次工业革命中一跃成为主要信息传播工具”这是以蒸气机为动力的时代；“20世纪第一个10年里，电讯技术与燃油内燃机的结合引发了第二次工业革命”；“如今，我们正处在信息技术与能源体系相融合的时代。互联网信息技术与可再生能源的出现让我们迎来了第三次工业革命”。里夫金主要是从能源技术革命的角度来阐述第三次工业技术革命的，这可以从他提出的第三次工业革命的5大支柱的内容上看到：“第三次工业革命的支柱包括以下5个：（1）向可再生能源转型；（2）将每一大洲的建筑转化为微型发电厂，以便就地收集可再生能源；（3）在每一栋建筑物以及基础设施中使用氢和其他存储技术，以存储间歇式能源；（4）利用互联网技术将每一大洲的电力网转化为能源共享网络，这一共享网络的工作原理类似于互联网；（5）将运输工具转向插电式以及燃料电池动力车，这种电动车所需要的电可以通过洲与洲之间共享的电网平台进行买卖。”。更直白一点说就是：以蒸汽机为代表的第一次工业革命；以内燃机为代表的第二次工业革命；以可再生能源为代表的第三次工业革命。当然他也提到了伴随着能源技术革命将改变传统的制造业，改变整个社会的政治、经济、文化等。

但是作为一个制造业的工作者我更愿意接受德国工业4.0，它和我国提出的“两化融合”更具有参照性和可对比性。2013年4月，德国政府于“2013汉诺威工业博览会”上正式推出“工业4.0”项目，该项目是德国政府2010年7月《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一，被认为是继机械、电气和信息技术之后的第四次工业革命，是引领德国工业未来发展的核心战略。什么是第四次工业革命呢？下图对此做了解释。

图中可以看出第一次工业革命是18世纪60年代至19世纪中期掀起的通过水力和蒸汽机实现的工厂机械化；第二次工业革命是19世纪后半期至20世纪初的电力广泛应用；第三次工业革命是20世纪后半期出现的，应用电子、信息技术进一步提高生产自动化水平；今天提出的第四次工业革命则是以信息物理融合系统为特征的新的工业革命。

德国“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。德国学术界和产业界认为，“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—信息物理融合系统CPS（Cyber-Physical System)相结合的手段，将制造业向智能化转型。

既然第四次工业革命是以信息物理融合系统为特征，那么，什么是信息物理融合系统呢？2007年由美国总统科学顾问委员会提交的《面临挑战的领导地位》中把CPS列为8个重点领域之首，从此引起世界的广泛关注。CPS是一个综合计算、网络和物理世界的复杂系统，通过计算技术、通信技术和控制技术的有机融合与深度协作，实现信息世界与物理世界的紧密融合。在CPS中物理世界被信息世界检查与控制，为人类提供智能化的高效、安全、优质的服务，CPS包括智能机器、存储系统和生产设施，从入厂到出厂，整合整个制造和物流过程，实现数字化和基于信息技术的端对端集成，原理如图二所示。

从上述内容中，我们不难看到，CPS系统的价值与当前炙手可热的物联网一样，具有广阔的应用领域，如可用在智能交通系统、智能制造系统、医疗设备系统、能源保护、环境监控、航空航天软件、关键基础设施（电力、水）、普适自适应通信、节能建筑，生物系统等。

CPS的意义在于将物理设备联网，是连接到互联网上，让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能。CPS本质上是一个具有控制属性的网络，但它又有别于现有的控制系统。CPS则把通信放在与计算和控制同等地位上，因为CPS强调的分布式应用系统中物理设备之间的协调是离不开通信的。CPS对网络内部设备的远程协调能力、自治能力、控制对象的种类和数量，特别是网络规模上远远超过现有的工控网络。美国国家科学基金会（NSF）认为，CPS将让整个世界互联起来，如同互联网改变了人与人的互动一样，CPS将会改变我们与物理世界的互动。

第三次工业革命也好，第四次工业革命也罢，或者“再工业化”和中国的“信息化与工业化深度融合”是一脉相通的，核心思想就是要充分的应用信息技术改造传统产业，实现转型升级。在产品研发设计方面除了应用信息技术提高设计效率的同时，要综合应用计算机技术、网络通信技术、控制技术和传感技术，使我们的装备成为信息物理融合系统的一部分；在经营管理中充分运用信息技术实现企业纵向和横向的集成，实现管理模式和业务流程的创新，提高经营决策的科学性；在生产制造方面实现智能制造，绿色制造，提高生产的柔性，提高资源的利用。向物联网、智慧企业、智慧产业迈进。

我们不要为他们这些新名词所困惑，坚持两化深度融合的道路，深入持久的走下去，中国制造强国之梦一定能实现。