1.2 工業(yè)4.0發(fā)生的國(guó)際背景

如果說(shuō)第一次工業(yè)革命讓蒸汽機(jī)為人類(lèi)提供機(jī)器動(dòng)力可以比喻為解放了人類(lèi)的雙手，那么第二次工業(yè)革命讓電力實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的遠(yuǎn)程傳輸則可以比喻為解放人類(lèi)的雙腿，而最近一次完成的第三次工業(yè)革命讓電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化可以比喻為解放了人類(lèi)的神經(jīng)。經(jīng)過(guò)這三次工業(yè)革命，整個(gè)社會(huì)已經(jīng)基本進(jìn)入一個(gè)衣食無(wú)憂、產(chǎn)能過(guò)剩的階段，為什么在這個(gè)時(shí)點(diǎn)，德國(guó)還要提出可以比喻為解放人類(lèi)大腦的第四次工業(yè)革命？

工業(yè)4.0的發(fā)生主要是受到以下一些重大因素的影響。

1.2.1 新一輪科技革命和產(chǎn)生變革

科技進(jìn)步及其廣泛應(yīng)用為工業(yè)4.0奠定了基礎(chǔ)。由如圖1-1所示的新興技術(shù)成熟度曲線可以看出，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成熟，數(shù)據(jù)科學(xué)、大數(shù)據(jù)正在走向成熟，而早先的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相當(dāng)成熟。互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人以及云計(jì)算等數(shù)字技術(shù)為制造業(yè)全面提升生產(chǎn)效率、降低成本、變革組織奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

1.2.2 制造強(qiáng)國(guó)希望繼續(xù)保持全球競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

制造業(yè)的全球競(jìng)爭(zhēng)越發(fā)激烈，美國(guó)、德國(guó)、日本、中國(guó)和新興經(jīng)濟(jì)體的制造業(yè)正在不同空間、不同層次、不同環(huán)節(jié)展開(kāi)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，從很大程度上講，工業(yè)4.0將重構(gòu)全球制造的競(jìng)爭(zhēng)格局。

作為工業(yè)4.0倡導(dǎo)國(guó)的德國(guó)，盡管其工業(yè)產(chǎn)品以品質(zhì)優(yōu)良、技術(shù)領(lǐng)先、做工精細(xì)在全世界享有盛譽(yù)，但德國(guó)已經(jīng)明顯感受到亞洲競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的威脅，也感受到美國(guó)“先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃”的高水平競(jìng)爭(zhēng)壓力。同時(shí)，德國(guó)制造業(yè)在追求創(chuàng)新與質(zhì)量的時(shí)候遭遇互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的挑戰(zhàn)，生產(chǎn)效率、研發(fā)速度與生產(chǎn)制造的靈活性成為其面臨的最大難題。在新的競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)下，德國(guó)需要發(fā)揚(yáng)其作為世界領(lǐng)先的制造設(shè)備供應(yīng)商以及在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的長(zhǎng)處，同時(shí)廣泛地將物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)應(yīng)用于制造領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)在第四次工業(yè)革命的道路上的引領(lǐng)作用，通過(guò)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)融合占領(lǐng)工程高地。

美國(guó)曾是全球第一制造大國(guó)與強(qiáng)國(guó)，20世紀(jì)70年代以來(lái)一直保持全球制造業(yè)出口強(qiáng)國(guó)前五名的地位，但自2000年以來(lái)美國(guó)制造業(yè)迅速下滑。目前美國(guó)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)主要在高科技、互聯(lián)網(wǎng)、航天航空、半導(dǎo)體、頁(yè)巖氣、軟件、智能化增值服務(wù)、硅谷創(chuàng)新精神、可持續(xù)人才資源等方面。美國(guó)提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃等，目的是利用互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)向制造業(yè)進(jìn)軍，重新讓美國(guó)制造業(yè)成為全球價(jià)值鏈的主導(dǎo)者和創(chuàng)新引領(lǐng)者，推動(dòng)美國(guó)的再工業(yè)化。美國(guó)政府近些年在制造業(yè)領(lǐng)域推出一系列先進(jìn)工程以及革命性技術(shù)進(jìn)步，正著力將美國(guó)打造成為全球技術(shù)以及工程樞紐，重振制造業(yè)。為推進(jìn)智能制造，在美國(guó)設(shè)有數(shù)字制造和設(shè)計(jì)中心研究所、高級(jí)復(fù)合材料研究所、集成光電子協(xié)會(huì)等9大關(guān)鍵組織，未來(lái)10年美國(guó)還要成立45個(gè)相關(guān)研究所。

1.2.3 工業(yè)4.0有著巨大經(jīng)濟(jì)潛力

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷升級(jí)，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和制造所必需的程序復(fù)雜性在不斷增加，傳統(tǒng)的方法、手段和結(jié)構(gòu)不足以穩(wěn)定地控制這種復(fù)雜性。但是，工業(yè)4.0可以有效應(yīng)對(duì)這種復(fù)雜性。例如，智能工廠能夠滿足單個(gè)客戶的要求，這意味著即便是一次性制造項(xiàng)目也有利可圖。比方說(shuō)，在工業(yè)4.0時(shí)代，動(dòng)態(tài)的業(yè)務(wù)和工程程序使最后一分鐘改變生產(chǎn)成為可能，并使供應(yīng)商能夠靈活應(yīng)對(duì)干擾和故障。在制造過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)端到端的透明化，從而促進(jìn)決策優(yōu)化。工業(yè)4.0也將帶來(lái)價(jià)值創(chuàng)造的新方式和新穎的業(yè)務(wù)模式。特別是，工業(yè)4.0將給初創(chuàng)企業(yè)和小型企業(yè)帶來(lái)發(fā)展并提供下游服務(wù)的機(jī)會(huì)，這在很大程度上能夠解釋工業(yè)4.0概念在德國(guó)的提出并非偶然。

美國(guó)通用電氣發(fā)布的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生巨大影響，如圖1-2所示。

在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，運(yùn)用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化制造技術(shù)可以提高自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制與規(guī)模經(jīng)濟(jì)的有機(jī)結(jié)合，降低能源消耗和環(huán)境污染，提升制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。如互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)、交通運(yùn)輸和醫(yī)療領(lǐng)域的深度應(yīng)用，將使46%的全球經(jīng)濟(jì)受益。近年來(lái)蓬勃興起的電子商務(wù)，以及大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，使得傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)模式正在發(fā)生根本性改變。圍繞客戶需求，制造業(yè)與服務(wù)業(yè)將融為一體，制造業(yè)服務(wù)化趨勢(shì)突出。

根據(jù)麥肯錫的報(bào)告，到2025年移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、先進(jìn)機(jī)器人、無(wú)人駕駛汽車(chē)、下一代基因組學(xué)、能源存儲(chǔ)、3D打印、新材料、先進(jìn)油氣勘探和開(kāi)采、可再生能源等12項(xiàng)顛覆性技術(shù)有望對(duì)全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生14萬(wàn)億～33萬(wàn)億美元的影響，如圖1-3所示。

波士頓咨詢的研究顯示，德國(guó)通過(guò)工業(yè)4.0可在未來(lái)10年貢獻(xiàn)德國(guó)GDP的1%，創(chuàng)造39萬(wàn)個(gè)工作崗位，增加投資額達(dá)2500億歐元（相當(dāng)于制造業(yè)總收入的1%～1.5%）。盡管向工業(yè)4.0的完全轉(zhuǎn)型還需要20年時(shí)間，但在未來(lái)的5～10年，一些關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)將會(huì)逐漸確立。

1.2.4 工業(yè)4.0是應(yīng)對(duì)一些全球性挑戰(zhàn)的關(guān)鍵

工業(yè)4.0將應(yīng)對(duì)并解決當(dāng)今世界所面臨的一些挑戰(zhàn)，如資源和能源利用效率、城市生產(chǎn)和人口結(jié)構(gòu)變化等。現(xiàn)在很多國(guó)家老齡化問(wèn)題嚴(yán)重，特別是技術(shù)工人越來(lái)越少。機(jī)械工程師、數(shù)字工程師承擔(dān)著應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的重要角色，不僅在物理世界，而且在數(shù)字模擬世界、虛擬世界，以及在傳感、控制和數(shù)據(jù)分析等方面，都有賴于技術(shù)進(jìn)步，也有賴于專業(yè)能力的提升。又如，工業(yè)4.0使資源生產(chǎn)率和效率增長(zhǎng)不間斷地貫穿于整個(gè)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)，智能輔助系統(tǒng)將工人從執(zhí)行例行任務(wù)中解放出來(lái)，使他們能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新、增值的活動(dòng)。鑒于即將發(fā)生的技術(shù)工人短缺問(wèn)題，這將允許年長(zhǎng)的工人延長(zhǎng)其工齡，保持更長(zhǎng)的生產(chǎn)力。靈活的工作組織使得工人能夠?qū)⑺麄兊墓ぷ骱退饺松钕嘟Y(jié)合，并且進(jìn)行更加高效的專業(yè)發(fā)展，在工作和生活之間實(shí)現(xiàn)更好的平衡。