「工業4.0」這個概念是德國提出的，日本提到這個概念時，用的是德語表述，即「Industrie 4.0」。
在製造業，德國、日本有著相似的產業結構，占據著高端市場。但是，德國和日本不同，除了少數大型企業，德國的很多製造企業都是家族企業，規模普遍較小。因此，德國提出的「工業4.0」的核心應該是生產信息的共享與生產效率的最大化。
日本的製造企業擅長於生產現場的革新，通過持續不斷地削減成本、優化生產環節，實現精益求精。但是，能夠設計打破單個工廠的框架從而進行柔性生產的系統集成廠家卻不多。
那麼，日本是如何看待和理解工業4.0的呢？中國是製造業大國，正在向製造業強國的目標邁進，在此過程中，學習和借鑑近鄰日本的理念和做法是很有益的。
德國的國家戰略項目——工業4.0
「工業4.0」一詞源自德語「Industrie 4.0」，也被譯為「第四次工業革命」。其實，「Industrie 4.0」原本是指2011 年德國政府提出的「高科技戰略2020 行動計劃」（High-Tech Strategy 2020 Action Plan）中的一個項目，它已經成了德國加強製造業競爭力的宣傳口號。
如果用一句話來總結「Industrie 4.0」的目標，那就是「將所有與製造業有關的事物連接起來」。 「Industrie 4.0」的關鍵詞是「大量客制化」「製造業服務化」和「智能化工廠」，它們的關鍵和基礎就在於連接。
那麼，究竟需要把哪些東西連接起來呢？
首先要實現企業內各部門的連接。從管理層到生產現場，都要保持信息通暢，保證高效生產。之後是與外部企業進行連接。也就是企業之間的互聯互通、共享信息，以便實現更高效的合作。最後是將產品的生命周期連接起來。企業要了解產品售出後的狀況，及時進行預防性維修（預測可能發生的故障，提前更換零部件），並收集用戶使用信息，將其用於新產品的開發。這種連接還可以促進廢棄產品的循環使用，有利於保護環境。
連接技術的核心——CPS
翻開字典，可以看到這樣的定義，「Cyberspace：計算機網絡形成的信息空間和虛擬空間」。我們可以將「Cyber」一詞理解為計算機網絡中的虛擬空間。
「Physical」一詞指的是現實空間，在商業領域中是指門店，在製造業領域是指生產現場的各種事物。
CPS 的作用就是將Cyber 和Physical 相連，以實現高效的自動化生產（在實際操作中，將會與新產品開發、市場營銷、銷售、售後服務等整個產品的不同環節連接起來）。
在CPS 中，許多小型傳感器被安裝到生產設備上，這是為了管理生產過程與產品質量。不僅如此，產品上也安裝著小型傳感器。這是為了收集產品的使用信息，以便維修和開發新產品。但是，CPS 的作用遠遠不止這些。
最近，汽車無人駕駛技術成了各大媒體的熱點。在無人駕駛技術中，安裝在汽車上的各種傳感器發揮著巨大的作用。也就是說，在產品自身功能的擴展方面，這些傳感器也在大顯身手。
這些傳感器的信息將通過網絡（也就是Cyber）整合在一起（伺服器也包含在網絡之中）。Cyber 可以高速處理由Physical 提供的大量數據， 最終實現高效的自動化生產。CPS 還可以向生產環節以及產品開發、銷售、物流等價值鏈的其他要素及時提供反饋，促進企業提升管理能力。
在生產現場，人將不再扮演「製造者」這一角色，而是把主要精力放在監控CPS 的正常運轉並及時解決問題上面。
這樣一來，生產現場基本上就不需要人的參與了。但是，這並不意味著大量員工會失去工作。他們需要分析通過Cyber獲得的信息以創造新的商業模式，還要開發新產品。可以想像，人的工作將會變得更加具有創造性。
工業4.0 的核心要素——智能化工廠
工業4.0 的目的是將所有與製造業有關的事物連接起來，而且連接技術的核心就是CPS。在CPS 中，體現物理要素的就是智能化工廠，這些工廠通過Cyber 連接起來，這就是工業4.0 的基本概念。可以說，智能化工廠就是工業4.0 的核心要素。沒有智能化工廠，工業4.0 就無從談起。
智能化工廠可以這樣定義：「通過CPS 構建起來的工廠，它可以使現實世界（Physical）中的生產現場通過IoT 實時獲得產品生產過程中的所有信息，並把這些信息交由計算機（Cyber）處理，以優化生產現場的生產系統，並實現自動化生產。」
工業4.0 的主角——智能化工廠的橫向集成
智能化工廠是工業4.0 的核心要素。但是，僅靠智能化工廠並不能實現向工業4.0 升級。
各家中小型企業共享生產信息，通力合作，意在通過商業模式的創新來提升競爭力，而這隻靠一家企業單打獨鬥是絕對無法實現的。因此，各家企業在自己工廠的生產設備上安裝了傳感器，建立了一套信息共享系統。
也就是說，僅僅建立把ERP、MES、PLC 以及IoT 縱向集成起來的智能工廠還遠遠不夠，還需要讓各家企業的各個工廠攜起手來，實現橫向集成，這樣才能在最大限度上享受工業4.0 帶來的便利。
工業4.0 中的縱向集成和橫向集成
為了實現橫向集成，多家企業的工廠還須引入一個必要的系統——供應鏈管理系統（Supply Chain Management，SCM）。該系統可以幫助物品從供給側順利移動到需求側，可以敏銳感知需求的變化並採取措施，還能發揮優化產品庫存數量、降低物流成本等作用。
SCM 並不是最近才出現的系統，但在工業4.0 時代，SCM將和其他系統一樣，在IoT 與AI 等技術的支持下創造出更大的價值。
「動態細胞式生產」促進實現大量客制化
有一種生產方式名為「細胞式生產」。在細胞式生產中，一名或多名工人把零件和工具擺放在被稱為「細胞」的U 字形生產線上，並負責產品組裝的整個過程。這種生產方式主要適用於進行多品種少量生產的工廠。如果這類工廠變成智能化工廠，就可以實時自由組合工廠內的各個「細胞」。更厲害的是，在IoT 和SCM 的支持下，系統可以實現橫向集成，這就使企業外部的生產線如同自家的生產線一樣，也能實現自由組合。
這種在橫向集成的工廠之間自由組合「細胞」的生產方式被稱為「動態細胞式生產」。動態細胞式生產能降低生產成本並縮短交貨期。有了動態細胞式生產，為每一位消費者提供個性化產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產，另一方面又能滿足產品的多樣化需求。確切地說就是實現工廠之前因成本過高而無法實現的單個產品的生產，並把生產成本控制在與以往的大批量生產相同的水平上。
例如，在耐克的官方網站上，每一位顧客都可以根據自己的要求定製獨一無二的鞋子。諸多顧客在官網上定製的鞋子將在工廠中逐一生產出來。這基本上可以被稱為「私人定製」，但鞋子並不是由鞋匠親手製作的，而是由工廠生產出來的，因此價格相對便宜。
有一種生產方式因被稱為「豐田生產方式」而聞名，這就是準時制（Just In Time，JIT），這也是日本發明的一種生產方式。採用了這種生產方式的工廠可以進行多品種少量生產，但這是以備貨型生產為前提的，並不是一接到訂單就去專門生產某一個產品。因此，JIT 和大量客制化還是有很大區別的。
「大量客制化」是工業4.0 的關鍵詞之一，它和其他的一些概念同時在德國流行起來。為什麼德國如此重視大量客制化呢？這是因為德國的勞動力成本要比美國和日本的勞動力成本高很多。工業4.0 最初的目標是為了提高德國製造業的國際競爭力。如果德國企業繼續使用以往的大批量生產方式，在德國國內的工廠生產產品並向世界出口產品，那麼只會在成本競爭中慘敗。德國為了提升本國製造業的國際競爭力，就要設法降低大部分定製產品的價格，也就是要實現大量客制化。
大多數人在理解工業4.0 時，只會從提高生產效率的角度出發。其實，工業4.0 的真實目的是通過實現大量客制化來生產定製產品，以提升銷售額，並在ICT 技術的支持下實現高效生產，最終降低成本。因為利潤等於銷售額減去成本，只要成本降低，利潤就能得到提高。
何謂製造業服務化
工業4.0 的最後一個關鍵詞就是「製造業服務化」（Servitization）。
當下，產品化進程在不斷加速，只靠銷售產品獲取利潤已經十分困難。於是，有人提出這樣一種想法：不僅銷售產品，還銷售與產品相關的服務。這就是製造業服務化。也就是說，製造業將通過為產品提供附加服務來獲取收益。
例如，有的工廠通過在生產設備上安裝傳感器來自動檢測耗材的消耗狀況，並實現了耗材的自動供給；傳感器還可以檢測出哪些零件會出現故障，並及時提供零件更換方案。如果生產計劃是以防患於未然為前提的周密計劃，那麼一旦機器因突發故障而停止工作，工廠就會蒙受巨大損失。反過來說，只要減少機器因故障而停止工作的時間，就能夠增加工廠的收益。很多企業都認為，這樣的服務值得購買。
汽車界關於無人駕駛技術的研究正在熱火朝天地進行著。但是，無人駕駛汽車真正能夠在公路上安全行駛的那一天仍然很遙遠。不過，無人駕駛技術已經在高級駕駛輔助系統（Advanced Driver Assistant System，ADAS）這個領域中得到了應用。例如，控制油門是無人駕駛技術的重要功能之一，當它的安全性提高時，汽車的附加價值也會得到提高。製造業服務化的關鍵並不是生產技術，而是在IoT 技術的支持下收集產品售後信息。這也是工業4.0 的一個重要概念，因為數量龐大的售後信息可以用於大數據分析和AI 學習，從而促進新產品開發。
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