“工业4.0”这个概念是德国提出的，日本提到这个概念时，用的是德语表述，即“Industrie 4.0”。
在制造业，德国、日本有着相似的产业结构，占据着高端市场。但是，德国和日本不同，除了少数大型企业，德国的很多制造企业都是家族企业，规模普遍较小。因此，德国提出的“工业4.0”的核心应该是生产信息的共享与生产效率的最大化。
日本的制造企业擅长于生产现场的革新，通过持续不断地削减成本、优化生产环节，实现精益求精。但是，能够设计打破单个工厂的框架从而进行柔性生产的系统集成厂家却不多。
那么，日本是如何看待和理解工业4.0的呢？中国是制造业大国，正在向制造业强国的目标迈进，在此过程中，学习和借鉴近邻日本的理念和做法是很有益的。
德国的国家战略项目——工业4.0
“工业4.0”一词源自德语“Industrie 4.0”，也被译为“第四次工业革命”。其实，“Industrie 4.0”原本是指2011 年德国政府提出的“高科技战略2020 行动计划”（High-Tech Strategy 2020 Action Plan）中的一个项目，它已经成了德国加强制造业竞争力的宣传口号。
如果用一句话来总结“Industrie 4.0”的目标，那就是“将所有与制造业有关的事物连接起来”。 “Industrie 4.0”的关键词是“大量客制化”“制造业服务化”和“智能化工厂”，它们的关键和基础就在于连接。
那么，究竟需要把哪些东西连接起来呢？
首先要实现企业内各部门的连接。从管理层到生产现场，都要保持信息通畅，保证高效生产。之后是与外部企业进行连接。也就是企业之间的互联互通、共享信息，以便实现更高效的合作。最后是将产品的生命周期连接起来。企业要了解产品售出后的状况，及时进行预防性维修（预测可能发生的故障，提前更换零部件），并收集用户使用信息，将其用于新产品的开发。这种连接还可以促进废弃产品的循环使用，有利于保护环境。
连接技术的核心——CPS
翻开字典，可以看到这样的定义，“Cyberspace：计算机网络形成的信息空间和虚拟空间”。我们可以将“Cyber”一词理解为计算机网络中的虚拟空间。
“Physical”一词指的是现实空间，在商业领域中是指门店，在制造业领域是指生产现场的各种事物。
CPS 的作用就是将Cyber 和Physical 相连，以实现高效的自动化生产（在实际操作中，将会与新产品开发、市场营销、销售、售后服务等整个产品的不同环节连接起来）。
在CPS 中，许多小型传感器被安装到生产设备上，这是为了管理生产过程与产品质量。不仅如此，产品上也安装着小型传感器。这是为了收集产品的使用信息，以便维修和开发新产品。但是，CPS 的作用远远不止这些。
最近，汽车无人驾驶技术成了各大媒体的热点。在无人驾驶技术中，安装在汽车上的各种传感器发挥着巨大的作用。也就是说，在产品自身功能的扩展方面，这些传感器也在大显身手。
这些传感器的信息将通过网络（也就是Cyber）整合在一起（服务器也包含在网络之中）。Cyber 可以高速处理由Physical 提供的大量数据， 最终实现高效的自动化生产。CPS 还可以向生产环节以及产品开发、销售、物流等价值链的其他要素及时提供反馈，促进企业提升管理能力。
在生产现场，人将不再扮演“制造者”这一角色，而是把主要精力放在监控CPS 的正常运转并及时解决问题上面。
这样一来，生产现场基本上就不需要人的参与了。但是，这并不意味着大量员工会失去工作。他们需要分析通过Cyber获得的信息以创造新的商业模式，还要开发新产品。可以想象，人的工作将会变得更加具有创造性。
工业4.0 的核心要素——智能化工厂
工业4.0 的目的是将所有与制造业有关的事物连接起来，而且连接技术的核心就是CPS。在CPS 中，体现物理要素的就是智能化工厂，这些工厂通过Cyber 连接起来，这就是工业4.0 的基本概念。可以说，智能化工厂就是工业4.0 的核心要素。没有智能化工厂，工业4.0 就无从谈起。
智能化工厂可以这样定义：“通过CPS 构建起来的工厂，它可以使现实世界（Physical）中的生产现场通过IoT 实时获得产品生产过程中的所有信息，并把这些信息交由计算机（Cyber）处理，以优化生产现场的生产系统，并实现自动化生产。”
工业4.0 的主角——智能化工厂的横向集成
智能化工厂是工业4.0 的核心要素。但是，仅靠智能化工厂并不能实现向工业4.0 升级。
各家中小型企业共享生产信息，通力合作，意在通过商业模式的创新来提升竞争力，而这只靠一家企业单打独斗是绝对无法实现的。因此，各家企业在自己工厂的生产设备上安装了传感器，建立了一套信息共享系统。
也就是说，仅仅建立把ERP、MES、PLC 以及IoT 纵向集成起来的智能工厂还远远不够，还需要让各家企业的各个工厂携起手来，实现横向集成，这样才能在最大限度上享受工业4.0 带来的便利。
工业4.0 中的纵向集成和横向集成
为了实现横向集成，多家企业的工厂还须引入一个必要的系统——供应链管理系统（Supply Chain Management，SCM）。该系统可以帮助物品从供给侧顺利移动到需求侧，可以敏锐感知需求的变化并采取措施，还能发挥优化产品库存数量、降低物流成本等作用。
SCM 并不是最近才出现的系统，但在工业4.0 时代，SCM将和其他系统一样，在IoT 与AI 等技术的支持下创造出更大的价值。
“动态细胞式生产”促进实现大量客制化
有一种生产方式名为“细胞式生产”。在细胞式生产中，一名或多名工人把零件和工具摆放在被称为“细胞”的U 字形生产线上，并负责产品组装的整个过程。这种生产方式主要适用于进行多品种少量生产的工厂。如果这类工厂变成智能化工厂，就可以实时自由组合工厂内的各个“细胞”。更厉害的是，在IoT 和SCM 的支持下，系统可以实现横向集成，这就使企业外部的生产线如同自家的生产线一样，也能实现自由组合。
这种在横向集成的工厂之间自由组合“细胞”的生产方式被称为“动态细胞式生产”。动态细胞式生产能降低生产成本并缩短交货期。有了动态细胞式生产，为每一位消费者提供个性化产品的大量客制化便指日可待了。
“大量客制化”的字面意思就是一方面能大量生产，另一方面又能满足产品的多样化需求。确切地说就是实现工厂之前因成本过高而无法实现的单个产品的生产，并把生产成本控制在与以往的大批量生产相同的水平上。
例如，在耐克的官方网站上，每一位顾客都可以根据自己的要求定制独一无二的鞋子。诸多顾客在官网上定制的鞋子将在工厂中逐一生产出来。这基本上可以被称为“私人定制”，但鞋子并不是由鞋匠亲手制作的，而是由工厂生产出来的，因此价格相对便宜。
有一种生产方式因被称为“丰田生产方式”而闻名，这就是准时制（Just In Time，JIT），这也是日本发明的一种生产方式。采用了这种生产方式的工厂可以进行多品种少量生产，但这是以备货型生产为前提的，并不是一接到订单就去专门生产某一个产品。因此，JIT 和大量客制化还是有很大区别的。
“大量客制化”是工业4.0 的关键词之一，它和其他的一些概念同时在德国流行起来。为什么德国如此重视大量客制化呢？这是因为德国的劳动力成本要比美国和日本的劳动力成本高很多。工业4.0 最初的目标是为了提高德国制造业的国际竞争力。如果德国企业继续使用以往的大批量生产方式，在德国国内的工厂生产产品并向世界出口产品，那么只会在成本竞争中惨败。德国为了提升本国制造业的国际竞争力，就要设法降低大部分定制产品的价格，也就是要实现大量客制化。
大多数人在理解工业4.0 时，只会从提高生产效率的角度出发。其实，工业4.0 的真实目的是通过实现大量客制化来生产定制产品，以提升销售额，并在ICT 技术的支持下实现高效生产，最终降低成本。因为利润等于销售额减去成本，只要成本降低，利润就能得到提高。
何谓制造业服务化
工业4.0 的最后一个关键词就是“制造业服务化”（Servitization）。
当下，产品化进程在不断加速，只靠销售产品获取利润已经十分困难。于是，有人提出这样一种想法：不仅销售产品，还销售与产品相关的服务。这就是制造业服务化。也就是说，制造业将通过为产品提供附加服务来获取收益。
例如，有的工厂通过在生产设备上安装传感器来自动检测耗材的消耗状况，并实现了耗材的自动供给；传感器还可以检测出哪些零件会出现故障，并及时提供零件更换方案。如果生产计划是以防患于未然为前提的周密计划，那么一旦机器因突发故障而停止工作，工厂就会蒙受巨大损失。反过来说，只要减少机器因故障而停止工作的时间，就能够增加工厂的收益。很多企业都认为，这样的服务值得购买。
汽车界关于无人驾驶技术的研究正在热火朝天地进行着。但是，无人驾驶汽车真正能够在公路上安全行驶的那一天仍然很遥远。不过，无人驾驶技术已经在高级驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistant System，ADAS）这个领域中得到了应用。例如，控制油门是无人驾驶技术的重要功能之一，当它的安全性提高时，汽车的附加价值也会得到提高。制造业服务化的关键并不是生产技术，而是在IoT 技术的支持下收集产品售后信息。这也是工业4.0 的一个重要概念，因为数量庞大的售后信息可以用于大数据分析和AI 学习，从而促进新产品开发。
推荐阅读