1.3 工业4.0能带来什么
工业革命是对当前世界工业技术的革新，从第一次工业革命到第三次工业革命都对世界产生了前所未有的影响，也为人类的生产和生活方式带来了翻天覆地的变化。
那么，面对即将来临的“工业4.0”，又会为世界带来什么影响呢？“工业4.0”能改变什么、实现什么，又将产生怎样的价值呢？
1.3.1 工业4.0能改变什么
“工业4.0”将为我们带来集原料、计划、生产、操作和物流等在内的更具灵活性和弹性的加工制造过程。这一弹性过程的出现不仅能够实现价值链的自我组织和优化，还能带来诸如成本、可利用性和资源消耗等不同基准的最优化选择。“工业4.0”对世界工业领域产生的影响是值得我们思考的。那么“工业4.0”又能改变什么呢？如图1-34所示。
图1-34 “工业4.0”带来的改变
1．生产模式的改变
“工业1.0”到“工业3.0”工业制造的生产模式得到了不断优化，而“工业4.0”的出现，将在第三次工业革命的基础上，对制造业提出全新的生产模式。
在“工业4.0”之前，工业制造业各部门都是独立个体，但随着互联网的不断发展，网络开始不断渗透进制造业的生产中，网络参与协同制造的生产方式出现，同时得到了广泛应用。这个协同制造方式的应用，在一定程度上也对工业制造业的生产模式产生影响，如图1-35所示。
图1-35 “工业4.0”下工业制造业生产模式的改变
“工业4.0”背景下，制造业生产过程发生了变化，它是在前三次工业革命的循环生产方式基础上进行了优化，如图1-36所示。也就是说，各部门之间不再是单一个体，而是一个有机整体。在这个整体中，客户、销售商和供销商的角色也会发生改变，如图1-37所示。
图1-36 传统工业时代的制造业“价值链”
图1-37 “工业4.0”时代的制造业“价值链”
2．创新模式的改变
在之前的工业革命中，标准化对于制造业的“创新”形成了制约，但这一格局在“工业4.0”中出现的转机，逐渐衍生出一种以研发、行业支持、标准化以及创新在内的工业制造业产业模式，为工业革新带来了新的生机。如图1-38所示为“工业4.0”的创新模式。
图1-38 “工业4.0”的创新模式
通常，在传统制造业模式中，标准化占重要地位，它决定着市场以及用户需求。因此，当越来越多的高端技术陆续出现并得到应用时，企业为了保障自身利益，开始纷纷申请专利，维护知识产权。久而久之，这种方式也成为制造业领域获取经济效益最佳也是最直接的途径。
正因为如此，一方面，标准化在很大程度上影响了工业生产模式创新，与未来工业制造业的前进方向不符合，最终导致标准化被垄断。另一方面，制造业模式的创新，假如真的完全脱离标准化，也是不可取的，它将直接影响制造业的发展。
不难看出，制造业标准化和创新两者之间既相互制约，又相互需要。那么在“工业4.0”中，我们应该怎么应对这一难题呢？如图1-39所示为“工业4.0”分散的价值网络。
图1-39 “工业4.0”分散的价值网络
价值网络的应用能够利用互联网帮助客户进行个性定制，也能让用户亲自参与到产品研发中来，充分发挥发散性思维，提供创新想法；个性化方案确定后，进行原材料采购、加工制造、发货，最后通过网络进行在线支付，形成行业支持。标准化是在产品完全定型后进行标准检测的过程。
总的来说，“工业4.0”背景下的创新，就是行业支持、标准化与研发的结合。
3．互联网的主要特征
随着高端信息技术不断革新，社会也在不断进步，互联网也得到了迅速发展，逐渐成为其不可分割的一部分。那么互联网具有哪些特征？哪些优势？又能为我们带来什么呢？如图1-40所示为互联网的主要特征。
图1-40 互联网的主要特征
那么互联网与“工业4.0”又存在哪些联系呢？
实际上，互联网就是传统工业价值链得到升级后的产物。传统工业时代的互联网大多用来传递信息，而新时代互联网形成了以用户为中心的价值链，如图1-41所示为传统工业背景下的工业“价值链”。这种价值链一切以用户需求为首位，发展用户经济，创造好的口碑效益，从而带动经济收益。如图1-42所示为“工业4.0”背景下的工业“价值链”。
图1-41 传统工业背景下的工业“价值链”
图1-42 “工业4.0”背景下的工业“价值链”
4．行业界限的改变
“工业4.0”打破了传统上各行业独立分割的特点，在互联网时代的基础上创造了一个崭新的模式，即多行业跨领域性的合作。
在“工业4.0”时代，传统工业领域的界限会越来越模糊。工业和非工业也将渐渐地难以区分。传统企业将会与一些信息技术公司、电信运营商、互联网企业等紧密地结合在一起。传统企业在工业上的领导地位也极大可能会被一些软件公司、互联网企业所取代。
1.3.2 工业4.0能实现什么
工业智能化是“工业4.0”的发展核心。那么“工业4.0”背景下的智能化又包括哪些内容呢？如图1-43所示。
图1-43 “工业4.0”背景下的智能化
“工业4.0”背景下的智能化不再单单是指人们传统意义上理解的自动化控制，而是指利用物联网传感器这一介质来收集大量的工业生产数据，并将其整理，汇集到互联网云计算数据中心，最后再利用IMS进行数据分析，从而制定出最合理、有效决策的过程。
将智能化应用到“工业4.0”的生产制造中，能加速工业制造过程，对推动工业化进程具有积极影响。如图1-44所示为第四次工业革命的智能化优势。
图1-44 “工业4.0”智能化的优势
专家提醒
信息管理系统（IMS，Information Management System）涉及知识广，其中包括经济学、统计学、计算机科学、管理学等学科，是各学科紧密相连的新学科。
作为一门新学科，信息管理系统的理论知识正在逐步完善中，除了信息系统基本功能之外，同时还兼备预测、计划、控制以及辅助决策等特殊作用，功能强大。
单从其功能来说，管理信息系统是组织理论、统计学、会计学、经济学和数学模型的混合，充分利用计算机、数据库、网络通信，是多门学科交叉的边缘技术，因此被称为技术系统。
1．生产与设备的智能化
“工业4.0”时代从某一方面来说，它意味着“智能工厂”的自行运转、自律操作，同时能够满足产品与设备之间的交流。正因为如此，由于制造业产品与生产设备之间能够实现自主交流，能够使制造业产品的了解、加工、制造的流程和细节更加明确。
早前，物质生产是传统制造业时代基本的生产形式，工业企业生产主要依靠能源、材料以及信息三大要素进行产品生产，如图1-45所示。传统制造业生产是指工厂利用能源、材料和信息进行物质生产的过程。
图1-45 物质生产要素
随着互联网、云计算、大数据等高端技术先后出现，已经有大量多功能设备出现在人们的日常生活中，这些高端智能设备利用无线方式实现了与互联网之间的直接连接。
与此同时，智能化生产过程中衍生出来的云计算、物联网等高端技术也为推动世界和CPS之间的融合做出了重大贡献。“工业4.0”将原先的自动化技术与云计算、互联网、大数据这些先进技术相结合，能够实现更多的工业目标。如图1-46所示为信息技术与自动化技术的结合过程。
图1-46 信息技术与自动化技术的结合
2．能源管理智能化
传统工业管理模式主要依赖人工方式，通过人工对每个生产设备进行监督和管理，从而实现工业化生产。这是一种粗放式的管理方法，很容易造成资源浪费等问题，也为工业制造成本增加了负担。一般来说，设备能源浪费主要体现在两方面，如图1-47所示。
图1-47 能源浪费的体现
站在“工业4.0”的角度，能源管理就意味着智能化，这种智能化能够帮助设备进行自律操作，比如生产间歇期切断电力的供应，停止设备的运行，通过这样的一些操作能够减少能源的消耗和设备的损耗，从经济角度来看，降低了企业的生产成本。
监控和能源信息管理是组成能源管理系统最重要的两部分，如图1-48所示为能源管理系统构成图。
图1-48 能源管理系统构成
智能生产在“工业4.0”中占据极大比重，而能源效率恰好又是智能生产的重要指标，智能化的优势同时能够满足能源效率的两大需求，如图1-49所示，两者之间的关系十分密切。
图1-49 智能化优势
在这种智能化和能源效率相结合的背景下，即便出现生产间歇期也能够及时通过能源管理智能化进行闲置设备管理，为降低能源消耗提供了最大保障。
3．供应链智能化
在传统的制造业生产模式中，生产只能采用按计划或按库存生产方式进行，这种方式灵活性不高，无论是工厂还是供应商，都需要为原材料或者零部件支付一定的成本。如图1-50所示为供应链示意图。
图1-50 供应链示意图
互联网的应运而生，对供应链管理系统产生了重要影响，“工业4.0”的到来将赋予供应链管理系统的智能化。
在智能化模式下，供应链管理将实现工厂的零部件库存和供应商的生产流程的统一，从而保证工厂的零部件库存最小化，降低库存所带来的风险和生成成本，将为企业带来更大的利益。
供应链上各个企业的协同制造将缩短制造周期，以及更好地为顾客服务，并提供强有力的保障。如图1-51所示为供应链管理模式。
图1-51 供应链管理模式
专家提醒
供应链管理环节能有效促进供应链高效运作，实现最优化。供应链管理实际上就是指协调企业内外部资源，满足消费者需求，把参与到供应链中的企业当作是虚拟企业同盟，供应链管理就是对同盟进行内部管理。
1.3.3 工业4.0产生的作用
德国是一个传统的制造业大国，国土面积小，资源匮乏，人口也相对比较少（只有约8000万人）。如图1-52所示为德国风光。那么基于自身的产业结构推出的“工业4.0”能为德国产生怎样的价值呢？
图1-52 德国风光
1．保护本国的中小企业
在德国，中小企业属于国家主流企业。据统计，德国有90%的人在不到500人的中小企业上班，如图1-53所示。相比于那些跨国际的大企业来说，中小企业缺乏资本和实力。因此，“工业4.0”的出现对德国中小企业形成了保护，且通过援助帮助企业生存和运营。
图1-53 中小企业雇员在德国就业人数中所占比重
为了实现“工业4.0”，需要对软件开发投入巨额的资本，但这对于中小企业来说并不是现实的。所以德国为了避免传统工业优势消失，进行了一系列思考和尝试，最终由政府领头，制造业相关的主流社会团体辅助共同推进“工业4.0”，实现标准化，这也使得缺乏自主开发软件实力的中小企业也能享受到技术上的支持。相反，如果中小企业信息落后，也将一定程度地拖累国家经济支柱者。
所以，从某种程度上来说，德国开展“工业4.0”是为了扶持本国中小企业。由于德国是高福利国家，无论是纳税、社会保险，还是人工成本，相对都偏高。另外，国家中小企业和一些大企业相比缺乏信息化建设实力，资金稀少，无法投入巨额技术开发资金。
因此，由德国政府出面号召国家大企业和各协会、组织共同为“工业4.0”进程贡献自己的力量，帮助中小型企业享受技术保障，促进综合能力提升，实现标准化的目标。
专家提醒
德国中小型企业代表包括布鲁克纳集团、倍福自动化有限公司、伯曼机械制造公司、德西福格控股。其中，布鲁克纳集团是机械与设备生产领域的代表性企业，倍福自动化有限公司主要以自动化技术领先，是近年来德国中小型企业中发展最快速的工业领域企业之一，伯曼机械制造公司致力于发展生产制造输送系统，而德西福格控股是一家汽车配件供应商，是全球中小型企业中的领导者。
现阶段，“工业4.0”标准化的不断推进，也为实现信息化、自动化和智能化的结合提供了基础保障。
2．解决劳动力不足
一直以来，德国人口增长率都很低，加上国家人口老龄化严重，为老龄化对所需的劳动生产力增长的影响，成了巨大威胁，如图1-54所示。随着“工业4.0”时代的到来，劳动力工作年限在很大程度上对解决德国劳动力短缺问题带来了积极影响。
图1-54 老龄化对所需的劳动生产力增长的影响比较
3．拉动经济的飞速发展
根据美国通用电气公司发表的工业领域研究报告显示，一直到2025年，工业网络将帮助工业效率和生产率得到提升，实现经济增长。
与此同时，德国电子电气制造相关企业也预测，到2020年，“工业4.0”的出现将对全球范围内的国内生产总值（GDP）产生重大影响。如图1-55所示为“工业4.0”背景下德国生产总值。
图1-55 “工业4.0”背景下德国生产总值
综上所述，“工业4.0”构想的提出不仅标志着工业领域革新的再一次来临，与此同时，在“工业4.0”背景下还将诞生出许多新兴领域，为人们提供更多的工作岗位。在未来，智能产业及其应用将无法想象。“工业4.0”是先进的、高端的、智能的、向上的新时代。