隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展和消費者需求的日益多樣化、個性化，傳統(tǒng)的大規(guī)模、標準化生產(chǎn)模式難以滿足市場的變化。消費者對于產(chǎn)品的個性化定制、快速交付以及高質(zhì)量的要求越來越高，這促使企業(yè)必須尋求新的生產(chǎn)方式來提升靈活性和響應速度。工業(yè) 4.0 通過實現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化、智能化和柔性化，能夠更好地滿足消費者的個性化需求，實現(xiàn)從大規(guī)模生產(chǎn)向大規(guī)模定制的轉(zhuǎn)變。

一、全球工業(yè)4.0市場現(xiàn)狀與趨勢?

1、全球主要國家工業(yè) 4.0 發(fā)展情況?

1.1.1 德國?

德國作為工業(yè) 4.0 的發(fā)起者，在推動工業(yè) 4.0 發(fā)展方面采取了一系列強有力的戰(zhàn)略舉措。在政策層面，2013 年德國政府將工業(yè) 4.0 項目納入《德國 2020 高技術(shù)戰(zhàn)略》十大未來項目之一，投資預計達 2 億歐元，旨在提升德國制造業(yè)的智能化水平，鞏固其在全球制造業(yè)的領(lǐng)先地位。此后，德國陸續(xù)出臺了一系列政策，如 2014 - 2017 年的《數(shù)字化行動議程》、2016 年發(fā)布的 “數(shù)字戰(zhàn)略 2025” 以及 2017 年發(fā)布的 “數(shù)字平臺” 白皮書等，為工業(yè) 4.0 的發(fā)展提供了全面的政策支持和發(fā)展規(guī)劃。?

在技術(shù)研發(fā)方面，德國高度重視信息物理系統(tǒng)（CPS）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、大數(shù)據(jù)、人工智能等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和應用。德國的科研機構(gòu)和企業(yè)積極投入到工業(yè) 4.0 相關(guān)技術(shù)的研究中，例如弗勞恩霍夫協(xié)會在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域進行了大量研究，為德國制造業(yè)企業(yè)提供技術(shù)支持和解決方案。德國企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新方面也表現(xiàn)出色，西門子公司早在 2007 年就以 35 億美元的價格收購了 UGS 公司以獲取 CPS 技術(shù)，并在之后陸續(xù)收購了門拓、LMS、CD - ADAPCO 等眾多業(yè)界領(lǐng)先的工業(yè)軟件公司，不斷完善自身在工業(yè) 4.0 領(lǐng)域的技術(shù)布局。?

在標準制定方面，德國積極推動工業(yè) 4.0 相關(guān)標準的制定與推廣，力圖通過建立跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)和技術(shù)標準體系，促進智能制造的數(shù)據(jù)集成、互聯(lián)互通。2013 年，德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會發(fā)布了首個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準化路線圖；2016 年，德國工業(yè)界和標準化領(lǐng)域權(quán)威機構(gòu)共同宣布設(shè)立 “工業(yè) 4.0” 標準化委員會（SCI4.0），并發(fā)布了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)模型 RAMI 4.0，為全球工業(yè) 4.0 的發(fā)展提供了重要的標準參考。?

德國企業(yè)在工業(yè) 4.0 實踐方面取得了顯著成果。以大眾汽車為例，其在生產(chǎn)過程中廣泛應用工業(yè) 4.0 技術(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了生產(chǎn)設(shè)備的互聯(lián)互通，實時采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)對生產(chǎn)過程進行優(yōu)化。在汽車裝配環(huán)節(jié)，通過智能機器人和自動化生產(chǎn)線的協(xié)同工作，實現(xiàn)了生產(chǎn)的高度自動化和智能化，生產(chǎn)效率大幅提高，產(chǎn)品質(zhì)量也得到了有效保障。大眾汽車的智能工廠能夠根據(jù)客戶訂單進行個性化定制生產(chǎn)，從訂單接收到產(chǎn)品交付的周期大幅縮短，滿足了市場對個性化汽車的需求。此外，德國的中小企業(yè)也積極參與工業(yè) 4.0 實踐，許多中小企業(yè)通過引入工業(yè) 4.0 技術(shù)，提升了自身的競爭力，在細分市場中占據(jù)了重要地位。?

1.1.2 美國?

美國在工業(yè) 4.0 時代以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為核心發(fā)展方向，積極推動制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。2012 年，美國通用電氣公司（GE）首次提出 “工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)” 概念，將工業(yè)系統(tǒng)與低成本的傳感器和互聯(lián)網(wǎng)的連接能力融合在一起，旨在通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享，提升工業(yè)生產(chǎn)效率和創(chuàng)新能力。?

美國政府在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中發(fā)揮了積極的引導作用。雖然美國政府并未設(shè)立專門的推進機構(gòu)，也沒有制定相關(guān)國家戰(zhàn)略，但通過一系列政策措施支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。例如，美國政府加大對先進制造技術(shù)研發(fā)的投入，鼓勵企業(yè)與高校、科研機構(gòu)開展合作，促進技術(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化。美國還注重知識產(chǎn)權(quán)保護，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應用提供了良好的法律環(huán)境。?

在技術(shù)創(chuàng)新方面，美國憑借其在信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展。美國的科技巨頭紛紛布局工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，GE 推出的 Predix 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的典型代表。Predix 平臺將各種工業(yè)資產(chǎn)設(shè)備和供應商相互連接并接入云端，提供資產(chǎn)性能管理（APM）和運營優(yōu)化服務，能夠?qū)崿F(xiàn)對工業(yè)設(shè)備的遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和預測性維護等功能。美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC）的 ThingWorx 平臺也在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場中占據(jù)重要地位，該平臺憑借其在制造業(yè)研發(fā)領(lǐng)域的產(chǎn)品和服務優(yōu)勢，被多家研究公司評為 2018 年全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場技術(shù)領(lǐng)導者。?

美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展模式以企業(yè)主導、市場驅(qū)動為主。眾多行業(yè)巨頭在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)揮了引領(lǐng)作用，通過技術(shù)創(chuàng)新和市場拓展，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用和發(fā)展。同時，美國發(fā)達的風險投資市場為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)初創(chuàng)企業(yè)提供了充足的資金支持，促進了創(chuàng)新型企業(yè)的快速成長。例如，一些專注于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的初創(chuàng)企業(yè)在風險投資的支持下，迅速發(fā)展壯大，并為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了新的技術(shù)和解決方案。?

美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與德國工業(yè) 4.0 既有相同點，也有不同點。相同點在于兩者都強調(diào)通過信息技術(shù)與制造業(yè)的融合，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的智能化和數(shù)字化，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，增強制造業(yè)的競爭力。不同點在于，德國工業(yè) 4.0 更側(cè)重于從制造業(yè)自身的智能化升級出發(fā)，通過發(fā)展智能工廠、智能生產(chǎn)等技術(shù)，實現(xiàn)制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型；而美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)則更強調(diào)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應用，通過構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享，促進工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)新和發(fā)展。在技術(shù)路徑上，德國在工業(yè)自動化、機械制造等領(lǐng)域具有傳統(tǒng)優(yōu)勢，其工業(yè) 4.0 的發(fā)展注重將這些優(yōu)勢與信息技術(shù)相結(jié)合；美國則在信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展更依賴于這些技術(shù)的創(chuàng)新應用。

1.1.3 中國?

根據(jù)北京研精畢智信息咨詢調(diào)研，中國工業(yè) 4.0 的發(fā)展歷程緊密圍繞《中國制造 2025》這一重要戰(zhàn)略規(guī)劃展開。2015 年，國務院正式印發(fā)《中國制造 2025》，將智能制造作為主攻方向，明確提出通過 “三步走” 實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標，這標志著中國工業(yè) 4.0 發(fā)展進入全面實施階段。在政策支持方面，中國政府出臺了一系列配套政策和措施，從財政補貼、稅收優(yōu)惠到產(chǎn)業(yè)基金扶持等多個維度，為工業(yè) 4.0 相關(guān)企業(yè)和項目提供了有力的政策保障。例如，設(shè)立國家制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級基金，總規(guī)模達 1472 億元，重點支持制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵領(lǐng)域和薄弱環(huán)節(jié)，推動智能制造技術(shù)的研發(fā)和應用。?

在技術(shù)創(chuàng)新方面，中國在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等工業(yè) 4.0 關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得了顯著進展。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，中國已建成全球規(guī)模最大的 5G 網(wǎng)絡(luò)，截至 2023 年底，5G 基站總數(shù)超過 337 萬個，5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國所有地級市城區(qū)、縣城城區(qū)和 95% 以上的鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了堅實的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，中國的數(shù)據(jù)資源豐富，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)增長，2023 年中國大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模達 1.57 萬億元，同比增長 18%，大數(shù)據(jù)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應用不斷深化，助力企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)過程優(yōu)化和決策支持。在人工智能領(lǐng)域，中國的人工智能技術(shù)研發(fā)和應用水平不斷提高，在圖像識別、語音識別、自然語言處理等方面取得了多項突破，人工智能技術(shù)在工業(yè)質(zhì)檢、設(shè)備故障預測等方面得到廣泛應用，有效提升了工業(yè)生產(chǎn)的智能化水平。?

中國企業(yè)在工業(yè) 4.0 實踐方面也取得了豐碩成果。以海爾為例，其打造的 COSMOPlat 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)了用戶、企業(yè)和資源的互聯(lián)互通，推動了大規(guī)模定制生產(chǎn)模式的發(fā)展。通過 COSMOPlat 平臺，用戶可以參與產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)和交付的全過程，企業(yè)根據(jù)用戶需求進行個性化定制生產(chǎn)，實現(xiàn)了從傳統(tǒng)大規(guī)模生產(chǎn)向大規(guī)模定制的轉(zhuǎn)變。在服裝制造領(lǐng)域，酷特智能通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型，構(gòu)建了智能工廠和個性化定制平臺，實現(xiàn)了服裝生產(chǎn)的智能化和個性化。從面料采購、裁剪縫制到成品配送，整個生產(chǎn)過程都通過數(shù)字化系統(tǒng)進行精準控制，能夠根據(jù)客戶的身材尺寸和個性化需求，快速生產(chǎn)出高品質(zhì)的服裝產(chǎn)品，生產(chǎn)周期從傳統(tǒng)的 15 天縮短至 7 天以內(nèi)，客戶滿意度大幅提升。?

中國工業(yè) 4.0 的發(fā)展還呈現(xiàn)出區(qū)域協(xié)同發(fā)展的態(tài)勢。長三角、珠三角、京津冀等地區(qū)憑借其雄厚的制造業(yè)基礎(chǔ)、豐富的科技資源和完善的產(chǎn)業(yè)配套體系，成為工業(yè) 4.0 發(fā)展的先行區(qū)域。例如，長三角地區(qū)的上海、蘇州、杭州等地，集聚了大量智能制造企業(yè)和科研機構(gòu)，在工業(yè)機器人、高端裝備制造、工業(yè)軟件等領(lǐng)域形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，通過區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)合作，推動工業(yè) 4.0 的發(fā)展和應用。同時，中西部地區(qū)也在積極承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，加大對工業(yè) 4.0 的投入和支持，加快制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，縮小與東部地區(qū)的差距。?

2、工業(yè) 4.0 的發(fā)展趨勢?

1.2.1 技術(shù)融合與創(chuàng)新加速?

在工業(yè) 4.0 的發(fā)展進程中，物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)的融合趨勢愈發(fā)顯著，成為推動工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的核心動力。物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了工業(yè)設(shè)備的互聯(lián)互通，使大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r采集和傳輸，為其他技術(shù)的應用提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。人工智能和機器學習技術(shù)則能夠?qū)@些海量數(shù)據(jù)進行深度分析和挖掘，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化控制和優(yōu)化。例如，在智能工廠中，通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器實時采集設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，人工智能算法根據(jù)這些數(shù)據(jù)預測設(shè)備的故障發(fā)生概率，提前進行維護，避免設(shè)備故障導致的生產(chǎn)中斷，提高生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率。據(jù)相關(guān)研究表明，采用這種基于物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的預測性維護方案，企業(yè)的設(shè)備故障率平均降低了 30% - 40%，生產(chǎn)效率提高了 15% - 25%。?

大數(shù)據(jù)與云計算的結(jié)合，為工業(yè)數(shù)據(jù)的存儲、處理和分析提供了強大的支持。大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?qū)I(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進行高效處理和分析，挖掘數(shù)據(jù)背后的價值；云計算則提供了彈性的計算資源和存儲能力，使企業(yè)能夠根據(jù)業(yè)務需求靈活調(diào)整數(shù)據(jù)處理和存儲方案。例如，某汽車制造企業(yè)利用云計算平臺存儲和處理生產(chǎn)過程中的大量數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化生產(chǎn)流程，減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的浪費，生產(chǎn)成本降低了 10% - 15%。?

此外，5G 技術(shù)的廣泛應用也為工業(yè) 4.0 的技術(shù)融合與創(chuàng)新帶來了新的機遇。5G 具有高帶寬、低時延、廣連接的特點，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)對實時性和可靠性的嚴格要求。在智能工廠中，5G 技術(shù)可以實現(xiàn)工業(yè)機器人與設(shè)備之間的高速通信，使機器人能夠更精準地執(zhí)行任務；在遠程操作和監(jiān)控方面，5G 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)實時高清視頻傳輸，操作人員可以遠程對工業(yè)設(shè)備進行控制和調(diào)整，提高生產(chǎn)的靈活性和效率。例如，在石油化工行業(yè)，通過 5G 技術(shù)實現(xiàn)對偏遠地區(qū)油井的遠程監(jiān)控和操作，降低了人工成本和安全風險，提高了生產(chǎn)效率和管理水平。?

隨著技術(shù)融合的不斷深入，新的創(chuàng)新應用場景不斷涌現(xiàn)。例如，工業(yè)元宇宙作為一種新興的應用模式，將虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）、人工智能等技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，為工業(yè)設(shè)計、生產(chǎn)培訓、設(shè)備維護等環(huán)節(jié)提供了全新的解決方案。在工業(yè)設(shè)計中，設(shè)計師可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬環(huán)境中進行產(chǎn)品設(shè)計和模擬測試，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期；在生產(chǎn)培訓中，員工可以通過增強現(xiàn)實技術(shù)獲得實時的操作指導和培訓，提高培訓效果和操作技能；在設(shè)備維護中，技術(shù)人員可以利用工業(yè)元宇宙實現(xiàn)對設(shè)備的遠程診斷和維修，提高維護效率和準確性。?

1.2.2 產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建?

工業(yè) 4.0 的發(fā)展推動了產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建，企業(yè)、科研機構(gòu)、高校以及供應商、服務商等各方主體之間的合作日益緊密，形成了互利共贏的生態(tài)合作模式。在這個產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，企業(yè)是核心主體，通過與其他主體的合作，實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新、資源共享和業(yè)務協(xié)同。例如，制造業(yè)企業(yè)與科技企業(yè)合作，共同研發(fā)和應用工業(yè) 4.0 相關(guān)技術(shù)，提升企業(yè)的智能化水平；與供應商合作，實現(xiàn)供應鏈的數(shù)字化和智能化管理，提高供應鏈的效率和可靠性；與服務商合作，獲取工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、智能制造解決方案等服務，降低企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型成本。?

科研機構(gòu)和高校在產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)作用。科研機構(gòu)通過開展基礎(chǔ)研究和應用研究，為工業(yè) 4.0 的發(fā)展提供技術(shù)支持和創(chuàng)新成果。例如，中國科學院沈陽自動化研究所等科研機構(gòu)在工業(yè)機器人、智能制造等領(lǐng)域開展了大量研究，取得了一系列關(guān)鍵技術(shù)突破，為我國制造業(yè)的智能化升級提供了技術(shù)支撐。高校則通過人才培養(yǎng)和科研合作，為產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)輸送高素質(zhì)的專業(yè)人才，并與企業(yè)合作開展技術(shù)研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化。例如，清華大學、上海交通大學等高校與企業(yè)合作，共同開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等領(lǐng)域的研究和應用，培養(yǎng)了大量具有跨學科知識和創(chuàng)新能力的人才。?

產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建還促進了標準體系和合作機制的完善。在標準體系方面，各國紛紛加強工業(yè) 4.0 相關(guān)標準的制定和推廣，以促進不同企業(yè)和系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通和互操作性。例如，德國發(fā)布的工業(yè) 4.0 參考架構(gòu)模型 RAMI 4.0，為全球工業(yè) 4.0 的標準化發(fā)展提供了重要參考；中國也積極參與國際標準制定，并結(jié)合國內(nèi)實際情況，制定了一系列工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造等領(lǐng)域的國家標準和行業(yè)標準，推動了我國工業(yè) 4.0 的標準化發(fā)展。在合作機制方面，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、行業(yè)協(xié)會等組織發(fā)揮了重要作用，通過組織企業(yè)開展技術(shù)交流、合作研發(fā)、項目推廣等活動，促進了產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各方主體之間的合作與交流。例如，中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）匯聚了產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)、科研機構(gòu)、高校等各類主體，通過開展技術(shù)研討、標準制定、應用推廣等工作，推動了我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的發(fā)展和完善。?

產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建有助于提升產(chǎn)業(yè)的整體競爭力。通過各方主體的協(xié)同創(chuàng)新和資源共享，能夠加快技術(shù)創(chuàng)新和應用的速度，提高產(chǎn)品和服務的質(zhì)量，降低成本，從而增強產(chǎn)業(yè)在全球市場的競爭力。例如，在新能源汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，整車制造企業(yè)與電池企業(yè)、電機企業(yè)、智能網(wǎng)聯(lián)企業(yè)等合作，共同推動新能源汽車技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，提高了我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)在全球的競爭力。我國新能源汽車銷量連續(xù)多年位居全球第一，2023 年我國新能源汽車銷量達 949.5 萬輛，占全球市場份額的 60% 以上，這得益于我國完善的新能源汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的支撐。1.2.3 可持續(xù)發(fā)展與綠色制造?

工業(yè) 4.0 在實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和綠色制造目標方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，成為推動工業(yè)領(lǐng)域綠色轉(zhuǎn)型的重要力量。在能源管理方面，工業(yè) 4.0 通過智能化的能源監(jiān)測和管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程中能源消耗的實時監(jiān)測和分析，優(yōu)化能源使用效率。例如，智能工廠中的能源管理系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的運行狀態(tài)和能源需求，動態(tài)調(diào)整能源供應，實現(xiàn)能源的精準分配和高效利用。通過采用節(jié)能設(shè)備和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，企業(yè)可以降低能源消耗，減少碳排放。據(jù)統(tǒng)計，采用智能化能源管理系統(tǒng)的企業(yè)，能源消耗平均降低了 10% - 20%。?

在資源利用方面，工業(yè) 4.0 借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)對原材料和零部件的精準管理和優(yōu)化配置，提高資源利用率。通過實時監(jiān)控原材料的庫存水平和使用情況，企業(yè)可以避免原材料的浪費和積壓，實現(xiàn)按需采購和生產(chǎn)。同時，工業(yè) 4.0 還促進了循環(huán)經(jīng)濟模式的發(fā)展，通過對生產(chǎn)過程中的廢棄物進行回收和再利用，減少了資源的浪費和對環(huán)境的污染。例如，在鋼鐵行業(yè)，通過采用先進的智能制造技術(shù)，實現(xiàn)了對鐵礦石等原材料的高效利用，同時對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的爐渣、廢氣等進行回收處理，轉(zhuǎn)化為可再利用的資源，提高了資源的綜合利用率。?

在綠色制造技術(shù)創(chuàng)新方面，工業(yè) 4.0 推動了一系列綠色制造技術(shù)的研發(fā)和應用。例如，3D 打印技術(shù)作為一種新型的綠色制造技術(shù)，與傳統(tǒng)制造工藝相比，具有材料利用率高、生產(chǎn)過程能耗低、可實現(xiàn)個性化定制等優(yōu)勢。在航空航天領(lǐng)域，采用 3D 打印技術(shù)制造零部件，可以減少材料的浪費和加工過程中的能源消耗，同時提高零部件的性能和質(zhì)量。此外，工業(yè) 4.0 還促進了綠色供應鏈的發(fā)展，企業(yè)通過與供應商合作，推動原材料和零部件的綠色采購，確保整個供應鏈的可持續(xù)性。?

許多企業(yè)在工業(yè) 4.0 實踐中積極踐行可持續(xù)發(fā)展和綠色制造理念，取得了顯著成效。例如，施耐德電氣通過數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)了對工廠能源消耗的實時監(jiān)測和優(yōu)化管理，其位于法國的某工廠在采用工業(yè) 4.0 技術(shù)后，能源效率提高了 20%，碳排放減少了 15%。同時，施耐德電氣還致力于綠色產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，其推出的綠色節(jié)能型電氣設(shè)備，在市場上受到廣泛歡迎，為客戶提供了可持續(xù)的解決方案。國內(nèi)的一些企業(yè)也在積極推進綠色制造，如寶武鋼鐵集團通過智能化改造，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的節(jié)能減排和資源綜合利用，在綠色制造方面走在了行業(yè)前列。1.2.4 人才需求與培養(yǎng)變革?

工業(yè) 4.0 的快速發(fā)展對人才技能提出了全新的要求，引發(fā)了人才培養(yǎng)模式的深刻變革。在技能要求方面，工業(yè) 4.0 需要具備跨學科知識和綜合技能的復合型人才。這些人才不僅要掌握機械、電氣、自動化等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)知識，還要熟悉物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等新一代信息技術(shù)，具備數(shù)字化思維和創(chuàng)新能力。例如，智能制造工程師需要能夠?qū)⒐I(yè)生產(chǎn)技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合，進行智能工廠的規(guī)劃、設(shè)計和實施；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)運維工程師需要掌握網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及工業(yè)設(shè)備的運維知識，確保工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的穩(wěn)定運行和數(shù)據(jù)安全。

二、中國工業(yè) 4.0 市場實踐與案例?

1、中國工業(yè) 4.0 發(fā)展政策與環(huán)境?

據(jù)研精畢智信息咨詢發(fā)布的調(diào)研報告顯示，中國政府高度重視工業(yè) 4.0 的發(fā)展，將其作為推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)制造強國戰(zhàn)略目標的重要舉措，出臺了一系列政策措施，為工業(yè) 4.0 的發(fā)展營造了良好的政策環(huán)境。2015 年，國務院正式印發(fā)《中國制造 2025》，這是我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領(lǐng)，明確將智能制造作為主攻方向，提出通過 “三步走” 實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標?！吨袊圃?2025》從國家戰(zhàn)略層面為工業(yè) 4.0 在中國的發(fā)展指明了方向，為后續(xù)相關(guān)政策的制定和實施提供了重要依據(jù)。?

為了貫徹落實《中國制造 2025》，相關(guān)部門出臺了一系列配套政策。在技術(shù)創(chuàng)新方面，加大對工業(yè) 4.0 關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的支持力度，設(shè)立了國家重點研發(fā)計劃等科技專項，鼓勵企業(yè)、高校和科研機構(gòu)開展產(chǎn)學研合作，突破核心關(guān)鍵技術(shù)。例如，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，支持企業(yè)開展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應用研究，推動工業(yè)設(shè)備的互聯(lián)互通；在人工智能領(lǐng)域，鼓勵企業(yè)研發(fā)工業(yè)人工智能算法和應用系統(tǒng)，提高生產(chǎn)過程的智能化水平。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，通過財政補貼、稅收優(yōu)惠等政策手段，引導企業(yè)加大對工業(yè) 4.0 的投入，推動智能工廠、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺等建設(shè)。例如，對建設(shè)智能工廠的企業(yè)給予一定的財政補貼，對開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)的企業(yè)提供稅收優(yōu)惠等。在人才培養(yǎng)方面，加強工業(yè) 4.0 相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)，鼓勵高校和職業(yè)院校開設(shè)相關(guān)專業(yè)課程，培養(yǎng)適應工業(yè) 4.0 發(fā)展需求的復合型人才。同時，開展企業(yè)員工培訓，提升員工的數(shù)字化技能和意識。除了政策支持，中國在工業(yè) 4.0 發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面也取得了顯著進展。在通信網(wǎng)絡(luò)方面，我國建成了全球規(guī)模最大的 5G 網(wǎng)絡(luò)，截至 2023 年底，5G 基站總數(shù)超過 337 萬個，5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國所有地級市城區(qū)、縣城城區(qū)和 95% 以上的鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了堅實的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。高速、穩(wěn)定的 5G 網(wǎng)絡(luò)能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)對實時性和可靠性的嚴格要求，實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備之間的高速通信和數(shù)據(jù)傳輸，支持工業(yè)機器人的精準控制、遠程操作和監(jiān)控等應用場景。在數(shù)據(jù)中心建設(shè)方面，我國的數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴大，技術(shù)水平不斷提高，為工業(yè)大數(shù)據(jù)的存儲、處理和分析提供了強大的計算和存儲能力。據(jù)統(tǒng)計，2023 年我國數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模達到 650 萬架，同比增長 12%，數(shù)據(jù)中心的平均 PUE（能源使用效率指標）降至 1.3 以下，部分先進數(shù)據(jù)中心的 PUE 已降至 1.2 以下，達到國際先進水平。?

中國還積極推動工業(yè) 4.0 相關(guān)標準的制定和完善。成立了全國信息化和工業(yè)化融合管理標準化技術(shù)委員會、全國智能制造標準化總體組等標準化組織，開展工業(yè) 4.0 相關(guān)標準的研究和制定工作。截至目前，已發(fā)布了多項智能制造國家標準和行業(yè)標準，涵蓋智能工廠、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域，為工業(yè) 4.0 的規(guī)范化發(fā)展提供了標準支撐。例如，在智能工廠標準方面，制定了智能工廠總體架構(gòu)、智能工廠建設(shè)指南等標準，規(guī)范了智能工廠的設(shè)計、建設(shè)和運行；在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準方面，發(fā)布了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理等標準，促進了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的互聯(lián)互通和互操作性。?

2、典型企業(yè)案例分析?

2.2.1 三一重工?

三一重工作為全球知名的工程機械制造商，在工業(yè) 4.0 實踐方面取得了顯著成果，其北京樁機工廠的智能化改造堪稱行業(yè)典范。北京樁機工廠在智能化改造過程中，積極引入工業(yè) 4.0 的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了生產(chǎn)模式的全面升級。在設(shè)備層面，工廠廣泛應用工業(yè)機器人，如庫卡機器人等，承擔起物料搬運、零部件加工、產(chǎn)品裝配等重復性、高強度的工作任務。這些機器人具備高精度、高速度和高可靠性的特點，能夠精確 “掌控” 每一個生產(chǎn)步驟，大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。例如，在鉆桿產(chǎn)品的加工過程中，機器人能夠按照預設(shè)的程序和參數(shù)，精準地完成鉆孔、銑削、焊接等工藝操作，加工精度比人工操作提高了 30% - 50%，生產(chǎn)效率提高了 2 - 3 倍。?

基于 5G 的 MES（生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)）生產(chǎn)看板是工廠智能化改造的另一大亮點。通過 5G 網(wǎng)絡(luò)的高速傳輸能力，生產(chǎn)看板能夠?qū)崟r記錄、檢測每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括設(shè)備運行狀態(tài)、生產(chǎn)進度、質(zhì)量檢測結(jié)果等。管理人員可以通過生產(chǎn)看板，隨時隨地了解工廠的生產(chǎn)情況，及時發(fā)現(xiàn)并解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題。同時，生產(chǎn)看板還能夠根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行智能分析，為生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支持，如優(yōu)化生產(chǎn)計劃、調(diào)整設(shè)備運行參數(shù)等，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的精細化管理。在產(chǎn)品質(zhì)檢環(huán)節(jié)，依托 5G 的機器視覺 AI 技術(shù)替代了傳統(tǒng)的人工質(zhì)檢方式。機器視覺 AI 系統(tǒng)能夠快速、準確地識別產(chǎn)品表面的缺陷、尺寸偏差等質(zhì)量問題，檢測準確率高達 95% 以上，且檢測速度比人工質(zhì)檢提高了 5 - 10 倍。這不僅提高了質(zhì)檢效率，減少了人工成本，還大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了次品率。?

北京樁機工廠智能化改造后，取得了顯著的成效。總體生產(chǎn)設(shè)備作業(yè)率從 60% 提升到將近 90%，有效減少了設(shè)備閑置時間，提高了設(shè)備利用率；生產(chǎn)周期縮短了近 80%，從訂單接收到產(chǎn)品交付的時間大幅縮短，能夠快速響應市場需求，提高了客戶滿意度；生產(chǎn)效率大幅提升，人均產(chǎn)值提高了 2 - 3 倍，在相同的人力和時間投入下，能夠生產(chǎn)更多的產(chǎn)品；產(chǎn)品質(zhì)量也得到了有效保障，次品率降低了 50% - 70%，提升了產(chǎn)品在市場上的競爭力。通過智能化改造，三一重工北京樁機工廠實現(xiàn)了從傳統(tǒng)制造向智能制造的轉(zhuǎn)變，為工程機械行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了寶貴的經(jīng)驗。?

2.2.2 美的集團?

美的集團在工業(yè) 4.0 實踐中走在行業(yè)前列，其微波爐工廠依托 5G 和 AI 技術(shù)，實現(xiàn)了智能化生產(chǎn)的全面升級，成為智能制造的標桿企業(yè)。美的微波爐順德工廠在智能化生產(chǎn)方面進行了全方位的布局和創(chuàng)新。在 5G 技術(shù)應用方面，工廠實現(xiàn)了 5G 全連接，從排產(chǎn)到機械臂的每一次揮動、AGV 小車的每條路線，再到 AI 質(zhì)檢、倉儲跟蹤定位等環(huán)節(jié)，都通過 5G 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)傳輸和實時控制。5G 融合定位技術(shù)解決了園區(qū)傳統(tǒng)倉儲物流體系長期面臨的人機物無法有效跟蹤定位、移動場景下工業(yè) WiFi 網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、多網(wǎng)并行維護困難等問題?；谥袊?lián)通 5G 室內(nèi)基站和 MEC（邊緣計算技術(shù)）專網(wǎng)架構(gòu)，在本地部署融合定位引擎，提供 5G+AOA 融合定位能力，并成功與美的內(nèi)部系統(tǒng)進行對接。這項技術(shù)應用后，工廠成品倉庫的夾抱車位置信息能夠準確傳輸?shù)絺}儲系統(tǒng)，并與實物信息相關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)定位達亞米級精度，裝柜效率提升 50%。?

AI 技術(shù)在工廠生產(chǎn)過程中也發(fā)揮了重要作用。在質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)，應用 5G+AI + 云技術(shù)，實現(xiàn)機器視覺質(zhì)檢與深度學習，對面板、標簽、螺釘?shù)汝P(guān)鍵質(zhì)量要素進行智能識別及啟?？刂?。機器視覺 AI 系統(tǒng)能夠快速準確地檢測產(chǎn)品的質(zhì)量問題，檢測準確率高達 95% 以上，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了次品率。在生產(chǎn)優(yōu)化方面，利用 AI 算法對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)智能排產(chǎn)和生產(chǎn)流程的優(yōu)化。通過對訂單信息、設(shè)備狀態(tài)、物料庫存等數(shù)據(jù)的實時分析，AI 算法能夠合理安排生產(chǎn)任務，優(yōu)化生產(chǎn)順序，提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)過程中的浪費。例如，通過 AI 智能排產(chǎn)，工廠的訂單交付周期縮短了 56%，渠道庫存下降了 40%，有效提高了供應鏈的效率和響應速度。?

美的微波爐工廠的智能化生產(chǎn)模式取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。在經(jīng)濟效益方面，通過智能化改造，工廠實現(xiàn)了勞動效率提高 28%、單位成本降低 14%，盈利能力顯著增強。在社會效益方面，工廠的智能化生產(chǎn)模式為行業(yè)樹立了榜樣，帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，促進了就業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。同時，智能化生產(chǎn)模式還提高了資源利用效率，減少了環(huán)境污染，實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展。美的微波爐工廠的成功實踐，展示了 5G 和 AI 技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的巨大潛力，為其他企業(yè)實現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型提供了有益的借鑒。?

2.2.3 中信戴卡?

中信戴卡作為全球知名的車用高端鋁制零部件供應商，其鋁車輪工廠通過數(shù)字化賦能，實現(xiàn)了生產(chǎn)的全面變革，成功入選全球制造業(yè)領(lǐng)域 “燈塔工廠” 名單，成為全球汽車鋁制零部件行業(yè)首家 “燈塔工廠”。中信戴卡鋁車輪六號工廠在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，依托自主研發(fā)的數(shù)智化輪轂生產(chǎn)線系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)流程的實時、精確檢測和自主學習。該系統(tǒng)借助 AI、5G、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，對生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)進行實時監(jiān)測和分析，如熔爐的實時溫度、冷卻系統(tǒng)參數(shù)、機加工環(huán)節(jié)的刀補值等，能夠根據(jù)生產(chǎn)情況自動調(diào)整工藝參數(shù)，實現(xiàn)鑄造設(shè)備的自我管控。例如，壓鑄智能聯(lián)動調(diào)整項目能夠根據(jù)鑄機自身工藝狀態(tài)或后續(xù)的質(zhì)量檢測結(jié)果，實時自動調(diào)整工藝參數(shù)，實現(xiàn)了傳統(tǒng)意義上因鋁液溫度變化、機臺中斷、新上機模具調(diào)機等需人為調(diào)整向智能自動調(diào)整的飛躍，可降低機臺 20% 人工勞動強度，有效提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。?

在質(zhì)量檢測方面，工廠應用 AI 視覺檢測和 X 光無損探傷人工智能識別系統(tǒng)，實現(xiàn)了檢測作業(yè)人工干預減少 80%、效率提升 40%，成為 X 光人工智能檢測在行業(yè)內(nèi)進行大規(guī)模工業(yè)化應用的 “首創(chuàng)性案例”。以往一名檢測員從早到晚要看上萬張照片，還會受到視覺疲勞等因素影響，而現(xiàn)在通過人工智能識別系統(tǒng)，能夠快速、準確地檢測輪轂的質(zhì)量問題，有效屏蔽了人為因素導致的效率損失和漏檢風險。借助數(shù)字化賦能的柔性制造系統(tǒng)，工廠實現(xiàn)了高柔性生產(chǎn)工藝的探索實踐，將最小生產(chǎn)批量從 300 件降到 1 件，使 “一件訂單” 的定制化生產(chǎn)成為可能，更好地滿足了汽車生產(chǎn)廠商小批量、快速上市的需求。一條生產(chǎn)線可同時生產(chǎn)多種不同樣式的輪轂，實現(xiàn)了 “千輪千樣”，提高了工廠的市場競爭力。中信戴卡鋁車輪六號工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型取得了顯著成效，實現(xiàn)了生產(chǎn)成本降低 33%、設(shè)備綜合效率提升 21.4%、產(chǎn)品不良率下降 20.9%、交付時間縮短 37.9%、能源使用效率提升 39%。這些成果不僅體現(xiàn)了數(shù)字化賦能對企業(yè)生產(chǎn)效率、質(zhì)量和成本控制的積極影響，也為汽車零部件制造行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了寶貴的經(jīng)驗和示范。通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型，中信戴卡提升了自身在全球汽車鋁制零部件市場的競爭力，鞏固了其行業(yè)領(lǐng)先地位。

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