1 互联网时代的工业变革

在漫长的人类历史上，工业的出现像黎明的曙光，打破了延续千年的沉寂和昏暗，为世界带来了无限的创造和光明。18世纪末蒸汽机的发明，以机器动力代替了手工作业，标志着人类社会步入了工业化时代。在蒸汽机出现后的短短200多年间，工业文明所缔造的社会财富，远远超越过去数千年的总和，历次工业革命都在不断改写人类的文明发展史。两百多年的工业文明进程，我们又经历了以电力的发明和使用为标志的第二次工业革命、以电子计算机的发明和广泛应用为标志的第三次工业革命。工业的发展促进了人类的进步，人类进入了由工业定义的现代社会，从生活方式到文化表达，从生产力的解放到社会财富的积累，从科学技术到国防装备，这个世界从来没有像今天这样繁盛和强大，人类科技的进步也极大地推动了工业的发展，工业成为世界各国经济发展的重要支柱，更是实体经济的核心。但世界工业化发展到今天，所面临的能源危机、生态危机、金融危机已在不断地告诫人们：历经三次革命的工业体系需要新的变革。这也是当今时代正在发生的以智能为特征、以信息物理系统为标志的第四次工业革命浪潮的内在动力。

如果把四次工业革命的发展进程按时间阶段来划分，德国工业4.0给出了明晰的刻画，如图1-1所示。从历次工业革命发展的核心动因来看，新技术的发展带来生产效率的极大提升是核心动因，工业基础能力的不断提高则是促进工业体系更新换代的前提。掌握着关键共性技术、关键基础材料、核心基础零部件（元器件）、先进基础工艺的发达国家，始终引领着世界工业发展的潮流，掌握着工业革命的发展进程。

美国：工业互联网

自2008年世界金融危机以来，美国依托其强大的高技术创新能力，要重振美国制造业，建立新的工业帝国。从2009年到2016年，美国先后出台了一系列有关重振制造业的战略计划，包括：

● 2009年，《重振美国制造业框架》。

● 2010年，《制造业促进法案》。

● 2011年，《先进制造业伙伴计划》。

● 2012年，《先进制造业国家战略计划》。

● 2013年，《国家制造创新网络（NNMI）：初步设计》。

《国家制造创新网络（NNMI）：初步设计》明确了美国制造业发展的愿景——填平研发活动与推广应用鸿沟，实现“本土发明、本土制造”。四大可能的焦点领域全部集中在工业基础能力方面：

① 制造工艺技术——增材制造、先进连接、聚合物加工；

② 智能制造使能技术——以构建智能制造框架和全数字化工厂的大数据流为重点，进而提高生产率、优化供应链、降低成本、节能降耗；

③ 产业应用与发展——以医疗设备或生物材料制造工艺改进、下一代车辆或航空航天制造工艺研发为重点；

④ 先进材料开发——低成本碳纤维复合材料、能提高太阳能动力或下一代IC可制造性的新材料。

● 2014年，美国GE提出了“工业互联网”的概念，成立工业互联网联盟。

● 2015年，《美国创新战略》，相继成立先进复合材料制造创新机构（能源部）和智能制造创新机构（能源部）。

美国拥有IBM、Intel、GE、CISCO、AT&T等高新技术领域的顶尖企业，在强化工业基础能力的国家制造创新网络的基础上，由GE公司牵头成立了工业互联网联盟，就是要充分发挥高端技术领先优势，以“创新”为核心，以新的理念、新的技术形成一个完整的、全新的制造体系。构建一个开放、全球化的网络，将人、数据和机器连接起来，通过智能机器、先进分析方法以及人的连接，深度融合数字世界与机器世界，深刻改变全球工业。

● 2016年9月，美国“国家制造创新网络”正式更名为“制造美国”，意味着美国制造业创新战略进入一个新阶段。

● 2018年，特朗普政府发布《确保美国先进制造业领先地位战略》报告，有别于奥巴马政府侧重依靠创新发展先进制造业的“再工业化”路线，特朗普支持的制造业回归，是要将“流向海外的制造业就业机会重新带回美国本土”。夺得智能制造系统的未来、开发世界领先的材料和加工技术、确保在国内制造医疗产品、保持电子设计和制造的领先地位、创造食品和农业制造业的机会。

德国：工业4.0

德国人严谨的做事风格一向为我们所推崇。积聚自身装备制造的领先优势，德国人又在2013年以相对完整的体系，对外发布了“把握德国制造业的未来——实施‘工业4.0’战略的建议”，德国希望引领工业变革，这也触动了我国各领域专家、学者等对制造业发展的危机思考——如何在全新挑战下实现制造强国。

德国的工业4.0体系定义了一个在“智能的、网络化的世界中”，通过不断增加的智能产品和系统构成的垂直网络、端到端的工程、跨越产业价值网络的制造环境，实现“创造智能的产品、系统、方法和流程”的清晰目标。因此，工业4.0包含的两大主题——智能工厂和智能生产，都是围绕着“创造智能的产品、系统、方法和流程”的目标。

这两大主题的核心特征就是智能化，本质上要通过信息物理系统（Cyber-Physical Systems, CPS）来实现。

● 智能工厂：核心是通过具有智能化的设备、物料、信息等构建智能化的生产系统及过程，以物联网等技术建立网络化分布式生产设施。

● 智能生产：核心是针对智能化的产品、物料，实现整个企业的生产物流的智能化管理，以智能化人机交互以及增材制造等智能制造技术在工业生产过程中的应用为重点。

事实上，德国拥有Siemens、SAP、Bosch、ABB、BMW、Audi等世界顶级企业，从工业4.0发布前的近十年开始，上述企业已经在德国国家科学与工程院的联合下，开始了“Smart Factory”的研究工作，并在2013年形成了相对完整的工业4.0框架和体系后，上升为德国的国家创新战略。其本质是以“创新”为核心，充分发挥已有装备制造领先优势，从标准、软件、硬件及人才等方面，引领德国长期占据制造业领先地位。

中国：智能制造发展规划

自2014年以来，美国工业互联网、德国工业4.0的浪潮，似乎一夜之间传遍中国！对于中国而言，只经历过短短30年的工业化快速奔跑，同样也在思考：在第四次工业革命浪潮中，如何走好自身的工业变革之路！

不同的国家意志、不同的核心优势、不同的目标设定却在同一个时代思考着同一个命题——这就是互联网时代工业的变革之路。

2015年，可以称为互联网时代的中国工业变革元年，我国正式向世界制造强国之列起步迈进。在新的国际国内环境下，中国政府立足于国际产业变革大势，做出了全面提升中国制造业发展质量和水平的重大战略部署。其根本目标在于改变中国制造业“大而不强”的局面，通过10年的努力，使中国迈入制造强国行列，为到2045年将中国建成具有全球引领和影响力的制造强国奠定坚实基础。其核心目标是：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：力争用十年时间，迈入制造强国行列。到2020年，基本实现工业化，制造业大国地位进一步巩固，制造业信息化水平大幅提升。掌握一批重点领域关键核心技术，优势领域竞争力进一步增强，产品质量有较大提高。制造业数字化、网络化、智能化取得明显进展。重点行业单位工业增加值能耗、物耗及污染物排放明显下降。到2025年，制造业整体素质大幅提升，创新能力显著增强，全员劳动生产率明显提高，两化（工业化和信息化）融合迈上新台阶。重点行业单位工业增加值能耗、物耗及污染物排放达到世界先进水平。形成一批具有较强国际竞争力的跨国公司和产业集群，在全球产业分工和价值链中的地位明显提升。

第二步：到2035年，我国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平。创新能力大幅提升，重点领域发展取得重大突破，整体竞争力明显增强，优势行业形成全球创新引领能力，全面实现工业化。

第三步：到新中国成立一百年时，制造业大国地位更加巩固，综合实力进入世界制造强国前列。制造业主要领域具有创新引领能力和明显竞争优势，建成全球领先的技术体系和产业体系。

中国智能制造发展规划的主要内容如图1-2所示。