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工业4.0与中国制造2025

摘要：本文简述了工业4.0与中国制造2025，其均是以信息系统和物理系统的深度融合为基础，在世界工业化发展的大浪潮下，中国也应该紧跟时代步伐，结合中国国情，加强基础设施建设，依托信息技术的发展，形成中国特色工业化道路。

关键字：工业4.0，中国制造2025，CPS

0前言

2013年4月，全球国际工业博览会在德国汽车、机械、电子制造业中心汉诺威召开。会上，德国“工业4.0工作组”公布了研究成果报告《保障德国制造业的未来:关于实施“工业4.0”战略的建议》(简称德国“工业4.0”，后文简称“工业4. 0”)。工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划。该项目由德国联邦教育局及研究部和联邦经济技术部联合资助，投资预计达2亿欧元。旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。两年后，即2015年5月，中国政府发布了《中国制造2025》，《中国制造2025》提出，坚持“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针，坚持“市场主导、政府引导，立足当前、着眼长远，整体推进、重点突破，自主发展、开放合作”的基本原则，通过“三步走”实现制造强国的战略目标：第一步，到2025年迈入制造强国行列；第二步，到2035年中国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平；第三步，到新中国成立一百年时，综合实力进入世界制造强国前列。

1工业4.0与智能制造概述

18 世纪末的第一次工业革命创造了机器工厂的“蒸汽时代”，20 世纪初的第二次工业革命将人类带入大量生产的“电气时代”。20世纪中期计算机的发明、可编程控制器的应用使机器不仅延伸了人的体力，而且延伸了人的脑力，开创了数字控制机器的新时代，使人机在空间和时间上可以分离，这是凭借电子和信息技术实现自动化的第三次工业革命。

进入21世纪，互联网、新能源、新材料和生物技术正在以极快的速度形成巨大产业能力和市场，将使整个工业生产体系提升到一个新的水平，推动一场新的工业革命，德国技术科学院等机构联合提出“第四代工业－Industry4.0”战略规划，旨在确保德国制造业的未来竞争力和引领世界工业发展潮流。工业4.0与前三次工业革命有本质区别，其核心是信息物理系统的深度融合。工业4.0第一个内涵就是智能化、绿色化和人性化，每个人或每个客户的需求是不一样的，个性化或定制化的产品不可能大批量产。工业4.0的第二个内涵是分散网络化和信息物理的深度融合。

工业4.0可以分为两大主题，一个是以智能化生产系统和网络化分布式生产设施为主题的智慧工厂，一个是智能制造。

智能制造(Intelligent Manufacturing，IM)是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智研讨会研讨会能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。是从嵌入式系统向信息物理融合系统（CPS）发展的技术进化。作为未来第四次工业革命的代表，工业4.0不断向实现物体、数据以及服务等无缝连接的互联网（物联网、数据网和服务互联网）的方向发展。

2信息物理融合系统

信息物理融合系统(Cyber Physics System，CPS)作为计算进程和物理进程的统一体，是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统。信息物理系统通过人机交互接口实现和物理

进程的交互，使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。信息物理融合系统需要与大数据和云计算技术结合才能实现

图1 信息物理融合系统

3启示

从新中国的建立到21世纪，中国制造业得到了快速的发展，中国形成了门类齐全，独立完整的工业体系，与现今世界上的工业大国相比，中国是世界上的制造大国，而不是制造强国。

仔细分析德国工业4.0与中国制造2025，不难发现，德国工业4.0战略是一个革命性的基础性的科技战略。其立足点并不是单纯提升某几个工业制造技术，而是从制造方式最基础层面上进行变革，从而实现整个工业发展的质的飞跃。因此，德国工业4.0战略的核心内容并不拘泥于工业产值数据这个层面上“量的变化”，而更加关注工业生产方式的“质的变化”。《中国制造2025》，则强调的是在现有的工业制造水平和技术上，通过“互联网+”这种工具的应用，实现结构的变化和产量的增加，当然这与中国这个发展中大国，国内制造业发展现状多样有关。对于中国制造业来说，应该抓住这一个机遇，积极迎接信息技术新时代，走中国发展特色工业化之路。

3.1立足中国国情和制造业发展实际，探索有中国特色的工业化之路

我国还是一个发展中的国家，仍处于工业化发展进程中，落后与先进并存、传统与现代并存，国内如北京、上海、深圳等城市发展迅速，如云南、贵州、新疆等地工业化发展还处于相对落后的状态，中国是一个复杂的制造业大国，不仅如此，自主创新能力不强，核心技术对外依赖较强，产业结构不尽合理，技术密集型产业和生产型服务业比重偏低，产业集聚和集群发展水平不高，产品质量问题比较突出；资源利用效率偏低，环保问题严重；管理水平不高，管理效率低，导致管理成本高，产品竞争力不够等问题也是影响中国工业化发展。所以需要积极探讨中国特色工业化道路；提升传统产业与新兴产业相结合；传统手工艺与先进制造业相结合；第一次工业化与第二次工业化相结合；信息化与工业化相结合。

机遇与挑战并存，在世界这个大格局和中国发展现状的环境下，也给中国的工业化发展带来了契机，在国际工业化的发展浪潮中，新理论，新技术，新方式给中国提供了发展并赶超其他国家的契机。

3.2发展基础设施

基础设施建设是一个国家和地区经济发展的必要前提，可以说没有基础设施就没有工业化的发展，要实现“制造2025”，必须建设与中国制造业配套的基础设施体系，其中重要的是信息基础设施和为制造服务的现代服务业。信息基础设施包括网络、硬件设备、基础软件，