作者：彭瑜
出版社：机械工业出版社
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智慧工厂：中国制造业探索实践试读：
前言
当前，全球范围内掀起了一场互联网与工业融合创新的大潮，西方发达国家纷纷推出旨在振兴先进制造业，确保国家制造竞争力的战略举措。美国推出了再工业化战略、工业互联网等先进制造计划，着力构建国家制造业创新网络，并推动成立了先进制造业国家智库。德国制定了高技术战略2020并将工业4.0称为第四次工业革命，英国制定了高价值制造计划，日韩也在大力推动机器人革命。中国则进入经济新常态，两化深度融合，智能制造兴起，“中国制造2025”作为国家制造业战略发布，“互联网+”成为被热议的名词。
面临如此重大的产业变革，以及面对众多新技术、新概念、新模式和新思维，无论政府决策者、产业研究者、产业投资者、高校院所科研人员，还是作为创新主体的制造业企业的管理者、广大工程技术人员，都急需了解全球先进制造领域的趋势、动向以及背后的动因，了解制造业使能技术、管理思维的发展态势、应用价值，以及从全球和国内经典案例中汲取营养。制造业的各利益相关者都需要得到客观、凝练、精准的知识传递和行动指南，而不仅仅是从浩瀚的互联网信息和碎片化的阅读中获得片鳞半爪的认识。
中国科技自动化联盟是以自动化和科技相结合为主题，面向科学研究、技术开发及先进制造领域的行业组织。近年来，该联盟倡导“中国智慧工厂1.0”的创新理念，并进行了大量理论探索、传播与实践，同时该联盟也是德国“工业4.0”和美国“工业互联网”的最早接触者、研究者之一。该联盟创立的智慧工厂开放平台已经初步形成了一个国际化的开放的生态系统，集聚了一批有志于探索、实践智慧工厂的企业和专家。在智慧工厂开放平台上发起成立的“智慧工厂研究与出版”工作组（WG4）肩负着编撰智能制造相关图书的使命。
本书就是该联盟内部一批专家携手合作完成的首部图书。这部图书共6章，第1章从总结中国过去30年制造业发展的成功经验和失败教训开始，不仅探讨相关技术/市场因素，还涉及理念、管理、组织、文化等非技术性因素，以及人口等宏观经济变量对制造业的影响。第2章则变换角度，站在全球视野对美欧先进制造的政策动向和内在逻辑进行梳理，同时也列出中国智能制造相关产业政策。第3章从分析数字化工厂和智慧工厂的要素CPS开始，较为全面地讲解建设智慧工厂所需要的各方面使能技术。本书的第4~第6章则系统地总结了该联盟近年来倡导的“中国智慧工厂1.0”理论、框架以及最佳实践，试图为广大中小企业实施智能制造指明道路，提供手段。
本书第1章由上海工业自动化仪表研究院彭瑜教授主笔，宝钢中央研究院首席研究员郭朝晖补充了关于人口质量维度的分析，并提供了宝钢案例；中软国际互联网技术服务集团制造业务副总裁王军博士、上海二纺机原副总工程师周锦碚高工均提供了有价值的分析。本书第2章由中航工业发展研究中心副研究员刘亚威主笔，西门子美国研究院的高级研究员魏东补充了美国先进制造的部分数据、工业和信息化部软件与集成电路促进中心（CSIP）战略研究处王菲女士提供了中国国内智能政策的内容。第3章使能技术部分仍旧由彭瑜教授主笔，上海东方申信科技发展有限公司高级工程师蒋志超也参与了本章的编写。第4~第6章由中国科技自动化联盟副理事长兼秘书长王健编写，金品智慧制造科技有限公司总经理成蜀元先生则贡献了有价值的针对中小企业的调查，并提出了围绕小企业做系统设计的若干思路和方法。另外，倍福自动化中国公司、天津宜科电子公司均提供了实用化的智慧工厂解决方案，进一步充实了本书内容。
本书在编撰过程中，得到了一些著名专家的悉心指导和帮助。美国辛辛那提大学预测性维护中心的李杰教授、上海科技情报所缪其浩老师均多次参加编委会会议，提供了许多真知灼见。李杰教授还提供了若干有关工业4.0和工业大数据的文章作为参考。针对本书的编撰，我也曾当面请教原教育部副部长吴启迪教授，获得了她的热情鼓励和肯定。
最后，还要特别感谢中国科技自动化联盟理事长梁力强先生，他在成书的过程中始终给予关心和支持，对本书的方向和原则进行了宏观把握；感谢中国科技自动化联盟秘书处和易能立方公司的诸位同仁，没有你们卓有成效的后台组织、沟通联络、图文编辑、资料采集等大量辛勤的幕后工作，本书将很难按时交付。感谢机械工业出版社华章公司计算机出版中心的温莉芳总编和本书的策划王颖副总编，她们给予了本书作者团队最大程度的尊重和认可，并提出了许多富有价值的改进建议。
中国科技自动化联盟作为首都创新大联盟的重要成员，负责组建运作智能制造专委会和开放创新工作委员会。本书也是创新大联盟智能制造专委会2015年度的重要成果输出之一。
时光荏苒。回想起来，从本书开始策划到组织团队，再到编撰出版，历时一整年。这一年来，各位作者都克服了许多困难，尤其是部分作者年事已高，而其他作者都肩负着重要的管理岗位或技术岗位，有的还身兼数职，要抽出相对完整的时间来写书异常艰难。在今天这样一个不仅写书，甚至连严肃阅读都非常奢侈的时代，依靠大家的决心和毅力，最终完成此书，这的确是一件令人欣慰的事情。至于本书所未表达的种种缺憾，以及可能出现的文字错误，只好留待下一个版本修订完善。王健2015年12月3日
第1章 我国制造业的回顾与发展
1.1 我国工业化和制造业的概述
工业化是一个动态的、不断发展的过程，随着科学与技术革命的发展，工业化的内涵会不断地发生变化。这个动态发展过程体现在每一个工业企业中，即要以提升企业的经济效益和竞争力为目标，以现代信息技术为手段，以开发和利用信息资源为对象，以优化企业的开发、生产、管理和营销等业务流程为主要内容，持续不断地接近和超越世界工业的现代化先进水平。在这里，我们不讨论工业化的发展历史和路程，只讨论在我国当今的国情和历史条件下如何加快工业化和制造业的现代化进程。为此，我们必须清晰地了解和分析我国工业化，特别是制造业的现状和问题。
诚如我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领《中国制造2025》开宗明义地指出：“制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。18世纪50年代开启工业文明以来，世界强国的兴衰史和中华民族的奋斗史一再证明，没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛。打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。
新中国成立尤其改革开放以来，我国制造业持续快速发展，建成了门类齐全、独立完整的产业体系，有力推动工业化和现代化进程，显著增强综合国力，支撑世界大国地位。然而，与世界先进水平相比，我国制造业仍然大而不强，在自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度、质量效益等方面的差距明显，转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨。
当前，新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇，国际产业分工格局正在重塑。必须紧紧抓住这一重大历史机遇，按照“四个全面”战略布局要求，实施制造强国战略，加强统筹规划和前瞻部署，力争通过三个十年的努力，到新中国成立一百年时，把我国建设成为引领世界制造业发展的制造强国，为实现中华民族伟大复兴的中国梦打下坚实基础。”
为了从多方位的视角来了解我国工业和制造业发展的状况，我们[1]以《中国工业化报告（2009）》的数据为依据，将其与2015年出版[2]的《制造强国战略研究：综合卷》中的数据，以及《中国现代化报[3]告2014~2015：工业现代化研究》中的数据做对比，并分析。
1）中国社会科学院经济学部主任陈佳贵等人撰写的《中国工业化报告（2009）》提出以下几点值得注意：
①2000年，中国工业现代化水平的综合指数范围为21~31。
②2004年，中国工业现代化水平的综合指数范围为31~41，实际计算结果为36.7。这表明我国整体工业的现代化水平已经超过世界最先进水平的1/3，我国工业现代化的进程已完成了1/3的历程。
③比较2000年和2004年的中国工业现代化指数的数据，“十五”期间前4年中国工业化的现代化水平提高了8分，平均每年提高2分。如果不考虑其他因素的影响，仅仅简单地按照工业现代化指数年平均增长速度的趋势外推，大约在2040年前后我国将实现工业现代化。
由此可以得出以下结论：我国工业现代化正处在中期阶段，进程的速度很快，但实现工业现代化还任重道远。
另外，该报告还对我国15个重点工业行业的现代化水平做了分析，按采矿和能源、高技术、中高技术、中低技术和低技术5大工业门类，每类选取3个行业的工业现代化水平进行具体研究和评价（见表1-1）。表1-1 我国15个行业工业现代化水平综合指数的汇总表
特别要指出的是，所谓的工业现代化水平的综合指数是由以下反映经济、技术、能源效率、环保、信息化等9项具体指标按不同权重计算出来的，很好地体现了工业现代化的定量水准，即：制造业中每个员工的增加值（即全员劳动生产率，权重为35）；主要生产设备达到国际化水平比例（权重为8）；制造业信息能力（权重为8）；工业增加值与原材料工业增加值比例（权重为7）；工业品贸易竞争指数（权重为8）；高技术出口品占制成品出口比例（权重为7）；研发投入强度（权重为7）；每千克能源产生GDP（权重为10）和每千克CO2排放量对应的GDP（权重为10）。
总体上看，我国不同工业行业之间的现代化差距较大，存在着严重的不平衡。在上述15个行业中，造船、钢铁、石油这3个行业的工业现代化水平最高，达到了世界先进水平的50%以上，完成了工业现代化进程的一半路程；电力、计算机制造和纺织这3个行业的工业现代化水平基本接近50%，超过我国整体工业的现代化水平；医药、通信设备制造、汽车、食品和造纸这5个工业行业，与我国工业整体现代化水平大体相当，基本完成了1/3强的现代化历程；排在最后的是机床工具工业、水泥工业和煤炭工业，其现代化水平不仅低于我国整体工业现代化水平，甚至还未达到世界先进水平的30%，没有完成现代化进程的1/3路程。
2）2013年中国工程院会同工信部和国家质检总局组织开展的“制造强国战略研究”重大咨询项目，历时一年有余。为国家规划《中国制造2025》进行了充分的理论和技术准备。在详尽分析世界制造业的状况后，制定了制造业评价体系，接着依据国际国内的权威数据，计算出世界上一些制造业居于前列的主要工业化国家的制造强国综合指数值，经过比较分析，指出将当前的中国制造业列入第三梯队的原因。
目前国内外对制造强国的概念和内涵没有统一的描述。《制造强国战略研究：综合卷》中的“制造强国”的内涵包括以下3个方面：
规模和效益并举。从美、德、法、日等公认的制造强国的发展历程来看，制造业强大的过程也是其工业化逐步完成的过程。工业化最基本的特征就是制造规模日趋壮大，产品质量不断提高。根据联合国工业发展组织的数据统计，2008年工业化国家制造业增加值比重达72.2%，发展中国家增加值比重达27.8%。由此可见，具有规模较大、结构优化、产业质量高的制造业是制造强国的核心内涵。
在国际分工中地位较高。目前制造强国多数已处于后工业化时期，即服务业比重上升，制造业中高技术产业处于上升阶段，以创新为驱动力，劳动生产率不断提高，在国际分工中大多处于产业链的高端地位，特别是信息技术在制造业中的应用，显现出很强的核心竞争力。据联合国工业发展组织的数据统计，工业化国家的技术密集型产业的增加值约为60%，而发展中国家的纺织、服装等非技术密集型的增加值大多在60%以上。
发展潜力大。不论是既有的制造强国，还是具有后发优势的“潜在”强国，都应该具有良好的发展潜力和持续的发展能力。
在制造强国内涵界定的基础上，制造强国具有以下主要特征：
●雄厚的产业规模。
●优化的产业结构。
●良好的质量效益。
●持续的发展能力。
构成制造强国内涵和特征的要点，是一个国家制造业获取竞争优势的必要条件，使之能够多层次、多角度、多方位地参与并影响全球制造业的总体格局，进而形成较强的综合实力。《制造强国战略研究：综合卷》中构建了由4项一级指标、18项二级指标构成的制造业评价体系（详见表1-2），并且制定了制造强国评价体系各级指标权重（详见表1-3）。表1-2 制造强国评价指标体系表1-3 制造强国评价体系各级指标权重
在此基础上，以2012年我国、美国、德国、日本、英国、法国、韩国等各指标均值为基准，可计算出各主要工业化国家历年来制造业综合指数。
综合分析制造业综合指数，可得出以下结论：
●各国制造业都经历了一个从弱到强的过程，此过程与其工业化进程基本吻合。
●工业化完成后，各国的制造业发展出现了分化。重视制造业发展的美国、德国、日本保持了强有力的竞争优势。
●2012年，在主要工业化国家的制造业综合指数分布中，美国遥遥领先，处于第一方阵；德国、日本处于第二方阵；中国、英国、法国、韩国处于第三方阵。
●中国与第一、第二方阵国家的差距主要是全员劳动生产率低、增加值率低、创新能力薄弱、知名品牌缺乏。
3）《中国现代化报告2014~2015——工业现代化研究》涵盖了世界131个国家1970~2010年的工业现代化定量评价。在1970~2010年间，中国第一次工业现代化指数从17提高到65，40年提高了48点。改革开放以来，中国工业现代化取得巨大成就。2010年中国属于工业初等发达国家，中国第一次工业现代化指数排名世界第57位；第二次工业现代化指数为38，排名世界第52位；中国综合工业现代化指数为34，排名世界第59位。中国工业指标发展不平衡。2010年，中国在工业生产、工业经济、工业环境和工业要素4个方面88个发展指标的水平大致是：3.4%的指标达到工业发达水平，19.3%的指标为中等发达水平，67.0%的指标为初等发达水平，10.2%的指标为欠发达水平。
1.2 从人口/质量维度分析我国制造业的状况
著名经济学家熊彼特认为：发明并不是创新，只有将发明用于经济活动并取得成功才算创新。国外有统计，能够取得经济成功的科技项目不到10%。面对新工业革命，也应该强调这个逻辑。技术能否取得经济上的成功，与国情密不可分。中国最大的国情或许就是人口多，它对生产和消费方式有极大的影响，继而影响了市场和制造业。
要分析未来，应该先了解过去。我们首先看到，中国改革开放前30年，其实是农业劳动力向非农产业转移的过程。改革开放之初，中国还是个农业社会；现在，虽然城镇化率刚超过50%，但务农的劳动力已经很少了。据国务院参事姚景源先生介绍：现在的农村人口大约只有1.5亿：包括4千万老人、5千万妇女、6千万留守儿童。劳动力人口的转移会带来生产效率的极大提高。改革开放前的农业总产值只占工农业总产值的40%左右。大体上看，当时一个工人创造的价值大约是农民的20~30倍。按照这个比例计算，劳动力人口的转移就可以大体解释为10%左右的GDP增长率。人力投入在经济发展过程中的重要性可见一斑。
人力投入会带来资源和设备的投入，但中国企业的投入往往是简单的扩大再生产：许多产品的产量占到世界的一半左右，而技术水平却不高。比如，每万名工人的机器人使用量只占发达国家的十分之一左右。劳动力成本低是导致这种现象的重要原因：从经济角度看，企业多雇佣几个工人比采用自动化程度更高的设备、生产线更划算。
劳动力成本低意味着消费者更加偏重低价格，而自动化程度低的企业对原料、设备质量的要求往往较低，产品质量也往往较低。很多企业为了降低价格，宁可牺牲质量。这样，我国的制造业往往就建立在低成本、低质量、低劳动生产率的基础上。
当时的中国企业对提高产品质量和劳动生产效率的积极性不高。纵然可以买到、引进先进技术，也未必愿意采用。对提高劳动生产率和质量的创新也往往缺乏兴趣。在这种情况下，推动工业革命时缺乏市场基础，难以取得经济上的成功，强行推进只会拔苗助长。然而，随着“刘易斯拐点”的到来，情况正在悄悄地发生着改变。在经济发展过程中，农村富余劳动力会转移到非农产业，转移结束的时间点称为“刘易斯拐点”。有人认为，中国的“刘易斯拐点”大约发生在2008年前后，拐点前后的发展模式是有极大区别的。
过去，农民工找工作难，工资长期不变。2008年后，东南沿海开始出现用工荒。此后几年，农民工工资大约上升了3~4倍。前几年，江浙出现了大量企业倒闭和老板“跑路”的现象，这与劳动力危机密切相关。2012年开始，中国16~60岁之间的劳动力总人口开始减少。大约与此同时，中央提出了“新常态”的概念。
其实，更严重的劳动力问题还没有到来。受计划生育政策、经济发展以及受教育年限增长的影响，中国的人口出生率早已低于世代更替水平。从90年代开始，每年新出生的人口大约维持在1600万。与之相比，1962年中国出生了大约2800万人口。由此可见，到2022年，中国16~60岁的劳动力人口大约要减少1200万。考虑到新增劳动力人口可能以白领为主，届时每年减少的体力劳动者可能会接近2000万，而这样的减少幅度大约要维持十年。
劳动力危机的另一面是，促进中国制造业的升级。劳动力危机的直接要求是提高劳动效率：最近几年，长三角、珠三角等饱受劳动力危机困扰的东南发达地区开始推进所谓的“机器换人”，很多企业的劳动效率显著提高。事实上，“机器换人”不仅仅是劳动效率的增长，还伴随着对原材料和设备质量要求的提高，对劳动者素质、配套服务业需求的增长。与此同时，随着劳动者收入的增长，对产品、环境质量的要求也逐步增强。这样，市场需求就能够成为推动技术发展，乃至技术革命的真正动力。
1.3 我国制造业发展的经验教训
1）在信息技术和装备制造技术高度融合的时代，如何在引进技术的基础上形成自有的良性发展？
电子信息技术发展周期遵循摩尔定律（集成电路密度18~24个月翻倍）和吉尔特定律（网络带宽6个月翻倍），而装备制造业的技术迭代周期则慢很多，以纺机中的关键设备络筒机为例，其技术更新周期为8~10年，因此电子信息技术已经成为促进纺机自动化发展最积极的因素。纵观络筒机60年发展史，其中也有一个摩尔定律——每十年左右更新一代，也就是络筒机价格不变（15万美金），但性能和功能大幅度提高，纯机械成本至少下降15%，第6代机电软一体化智能模块在总成本中所占比重已超过75%，同时带给用户纺纱的附加值大幅提升20%（生产率提高和能耗下降）。
如何处理电子信息和装备制造这两个领域发展周期的差别？对于一般用于工业的集成电路，半导体生产厂家仅保证供货十年。而当年国内某大厂90年代初引入自动络筒机AC238进行国产化进入第5年时，其中采用的CPU芯片已不再供货，即使按合同完全实现AC238国产化，其实也无法再继续生产了。由于AC238的国产化在进行到20%的时候已夭折，所以无法生产的这个后果没有出现。另外，如果没有对软件做过消化也就意味着引进技术的核心完全丧失。当初与德国谈判此项目时中方并没有这方面意识，完全不知道5年之后CPU芯片会面对什么变化，反过来不得不佩服老道的外方，他们确实做了精确的算计，还有很多在合作过程中发生的当初无法解释的奇怪问题，现在深究后，都源于双方已成为事实上的竞争对手而不再是纯粹的合作关系，但中方当时还浑然不知！我国在引进后招致失败的案例不在少数，今后在引进项目时一定要警惕。
电子信息技术发展周期同样影响制约电子信息系统的实施周期。当年该工厂实施CIMS项目时购买了过度先进的计算机设备，结果大部分在还没有应用起来时就已淘汰，令人扼腕。当前方兴未艾的云计算技术或许有助于化解这个问题。
2）高技术是不是就一定是好技术？适合企业当期的技术，哪怕不是高技术，只要能帮助企业高效率低成本地实现当期目标，就是好技术。
1994年，德国大众汽车投资20多亿建成的CIMS生产线投产不到24小时由于无法适应工厂现场的变化就宣布失败。
1996年，美国最先进的自动化企业AB公司推出一技术方案，即由企业层完成设计和计划，用光纤将图纸、作业计划、物料单和质检单传送到生产工厂打印，然后发送到部门和工段，通过网络将数控加工程序直接传送到CNC设备。虽然这在管理上只实现了MRP，但工厂的生产组织有序高效。为保证关键部件的高质量和可靠性，采用计算机控制的专用设备进行全自动化装配和测量，而绝大部分制造作业还是由人操作的设备来完成的。分工专业化程度很高，外购零部件由供应商直接送至工位，测试包装好的产品当天就运给用户，真正实现了零库存。外部物流及企业间互联是十分重要的保障基础。产品均为小批量定制，但由于产品设计模块化、系列化水平极高，生产效率是当时中国同类工厂的50倍，而且产品质量极高。
3）市场经济、竞争思维和实践。
1992年我国逐步全面开放，中国市场的竞争就是国际竞争，直接面对的就是世界老大。若没有市场经济和竞争思维，即使国内领先国际先进也会落后。市场开放以后，中外企业接受市场同等的优胜劣汰规则，本地企业人才、成本优势已丧失。
核心技术是买不来的。我们还是以纺机为例，世界纺机强国德国、瑞士、日本的重要标志是：重大创新和持续领先；有多个世界著名企业和国际著名品牌产品；若干品类纺机的技术水平长期处于世界领先；有多项开拓性（世界首创）的纺机和制造工艺；有多个对纺机发展产生重大影响的国际标准。
要实现突破必须技术跨越。根据世界著名的Triz创新理论，工程创新分成5个级别：第1~2等级是依赖本人和本行业内的知识，也是我们行业目前的方法，没有实质性的创新；第3等级采用新技术克服技术冲突或利用其他行业的知识对主功能进行实质性改进，实现整机效能的显著提升；第4等级通过应用其他学科领域知识对核心原理进行创新，实现系统重大突破；第5等级是划时代的重大技术发明，开辟全新的技术领域（仅占发明总量的1%，一般是由科学家先从基础理论上进行突破，如电话、飞机、半导体、激光、尼龙等）。中国纺机要实现突破必须而且主要应该是在第3~4等级层面上进行，从概念设计上进行创新才能实现技术跨越。
4）技术跨越、理念和思想跨越。
从工业3.0向工业4.0的跨越不仅是技术上的跨越，还是产品从自动化到智能化、从机电一体化到CPS的跨越，更是理念上和思想上的跨越。正如CIMS有赖于外部物流，因而不可能在一个厂内建成；工业4.0有赖于整个社会生态系统的升级，也不可能在一个地区和一个行业内单独建成。
1.4 我国制造业的成功案例和发展机遇
1.成功案例（1）宝钢
建设宝钢是改革开放初期我国的一项重大决策。1978年12月23日，十一届三中全会闭幕的次日，宝钢打下第一根桩。1985年9月投产后，宝钢成为中国历史上首个工业3.0时代的企业，中国钢铁业与发达国家的差距迅速缩短了至少20年。
面对工业4.0，这段历史有很多值得品味的地方。
首先，通过引进，迅速采用新技术是完全可能的。建设宝钢之前，中国钢铁业整体处于工业2.0时代，人均钢产量只有10吨左右。宝钢建成后，人均钢产量迅速提升到数百吨。
其次，争议总是难免的。建设宝钢时，中国人均GDP只有381元，却要为一个项目拿出130亿元，同时还面临设备和矿石需要进口以及土地松软等各种问题和困难。因此，宝钢项目面临巨大的争议，甚至曾经一度暂停施工。
再次，历史不会简单地重复。建设宝钢时，中国处于短缺经济时代，全国人均钢产量不足30千克，即便是残次品，也是供不应求。在那个年代，提高产量是提高效益最好的办法，因而工程效益可以迅速地体现出来。目前已经基本不存在类似的情况。
最后，跨越式发展需要有远见的领导人和优秀的团队。宝钢建设初期的一些看似超前的做法保证了宝钢投产后连续30年的辉煌。宝钢一直重视质量：在国内市场非常紧俏的前提下，主动将产品卖给国外最苛刻的用户，帮助自己提高质量。20年前宝钢就推进所谓“标准+α”的做法，也就是现在所说的“个性化定制”。
除了上述几点，宝钢推进信息化的经验也可圈可点。2000年前后，宝钢自主开发的ERP系统（内部称9672系统）上线。该系统上线以后，取得了空前的成功：在2003年全国企业信息化500强评比中，获得总分第一和6个单项第一。项目负责人王洪水先生总结了4条经验：
①宝钢信息化是按照需求导向的原则建设的，绝不为先进而先进，盲目上ERP。对需求分析的时间大大超过编程的时间。这是成功的第一保证。
②将企业及其环境变成信息最基本的元素，为信息的顺畅流通奠定了坚实的基础，这是宝钢成功的数据字典。
③宝钢信息系统的数据体系是完全按照行业的特点建造的。完善顺畅的数据结构是信息化应用成功的必要基础。
④从信息化系统建立伊始，就开始有计划地积累完善结构体系的大数据，并且从最初就不断分析这些数据，进而改善了各项功能的业务工作。与此同时，也不断改进信息系统的各种实施办法。在此基础上，顺利建成了数据仓库体系，支持全公司的分析和改进工作。
因此，宝钢建设的信息系统是一个能够持续发展和不断改善的系统。（2）高速铁路
我国铁路系统瞄准世界铁路先进水平，运用后发优势，博采日、法、德等众家之长，坚持集成创新，技术引进消化后再创新和原始创新，用不长的时间推动我国高速铁路的设计技术、制造技术、成套技术和运行技术走到了世界前列。现在我国已成为世界高铁系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长（目前超过14000千米）、运行速度最快、在建规模最大的国家，引领世界高铁发展的新潮流。
为什么我国能在这个传统行业取得如此巨大的成功呢？首先，政府把高铁作为战略发展的新兴产业是明智之举。物流交通运输在全球经济一体化和区域经济发展一体化的大格局中，不但有举足轻重的作用，而且发展空间巨大。在诸多运输工具中，高铁具有以下无法比拟的优点：①输送能力大；②速度快；③安全性好；④受气候变化影响小，正点率高；⑤方便快捷；⑥能源消耗低：如果以“人/千米”单位能耗来进行比较的话，高速铁路为1，小轿车为5，大客车为2，飞机为7；⑦环境影响好；⑧经济效益好。高速铁路在不长的时期内之所以能取得如此的发展势头，根本原因是基于轮轨系的高速技术充分发挥了既先进又实用的特点，特别是在中长距离的交通中的独特优势。实践表明，高速铁路已是当代科学技术进步与经济发展的象征。高速铁路虽然源于传统铁路，但借助于多项高新技术已全面突破常规铁路的概念，并形成一种可以与既有路网兼容的新型交通系统。
其次，在我国高铁产业发展的进程中，真正做到了引进技术、吸收消化、结合我国国情再创新。与许多其他工业部门引进装备和技术一样，引进高速列车的转向架、电动机、变压器，用外方的核心零部件组装变流器和自动控制系统，却得不到车体的原始设计计算书，也得不到转向架的关键参数和升级改进方法，还得不到电动机和变压器的电磁场、热场、力场的计算机多维协同仿真技术，更不知结构可靠性的设计方法、检验标准和相关材料疲劳特性数据库，以及自动控制系统的软件源代码等。尤其是在整个牵引系统中，最核心、技术含量最高的是软件系统，西门子、川崎、阿尔斯通都没有转让这一技术。如果我们要掌握这些技术，唯一的途径是以自己不懈的努力开发研究。就以中国中车旗下株洲电力机车研究所有限公司攻克了第三代轨道交通牵引技术（永磁同步电动机牵引系统，以下简称“永磁牵引系统”）为例，历时11年，累计1000万次试验，积累150G的数据，耗资1亿元，从而掌握了这个具有完全自主知识产权的高端技术，因此成为中国高铁制胜市场的一大战略利器。目前，株洲所已研发出可用于时速500公里的高铁动车的690千瓦永磁牵引系统，且即将小批量生产。这标志着我国成为继德、日、法等国之后，世界上少数几个掌握高铁永磁牵引系统技术的国家之一。中国具有完全自主知识产权的永磁牵引系统已经迈开产业化步伐，中国轨道交通的“永磁牵引时代”终于来临。
2.发展机遇（1）制造业是国民经济的支柱
2012年，我国制造业主营业务收入占全国工业主营业务收入的86.70%，工业制成品出口占全国货物出口总量的95.09%。制造业对服务业的发展具有重要的支撑带动作用，例如先进的通信设备带动了年增加值约1.4万亿元的信息服务业，发达的汽车制造业将带动两倍汽车售价的汽车后服务业。2012年，我国制造业增加值为20792.62亿美元，在全球制造业中占比约20%，与美国相当，成为世界制造大国（见图1-1）。图1-1 四国制造业增加值对比图（2）制造业面临前所未有的挑战
2008年金融危机爆发后，世界制造业分工格局面临新的调整，我国制造业面临严峻挑战：从外部因素看，我国制造业正面临来自欧美发达国家和发展中国家“前后夹击”的双重挑战；从内部因素看，我国经济发展已由较长时期的高速增长进入中高速增长阶段，土地、劳动力等要素成本快速上升，资源环境压力不断加大，制造业传统的低成本竞争优势明显削弱，注重数量扩张的传统发展模式已经不可持续。这些挑战对经济发展的主导力量——制造业创新驱动、转型升级提出了紧迫的要求。（3）制造业是创新驱动、转型升级的主战场
科学技术成为推动经济社会发展越来越主要的力量，制造业物化了最新的科技成果，是各国技术创新的主战场；在制造技术与装备上的重大突破能给一个国家的产业结构、产业布局和发展方式带来重大变化，例如，水平钻井设备、测井仪器以及压裂设备的突破催生了美国页岩气革命，成功改变了美国能源结构，使得美国能够以廉价的能源优势参与国际竞争，此类突破更有可能引起世界政治经济格局的重大变化。（4）制造业面临新一轮科技革命与产业变革的重大机遇
新一轮科技革命与产业变革已经到来，其主要特征是信息技术与制造技术深度融合，这将引导全世界的制造业进行颠覆性的变革。发达国家以数字化、网络化、智能化制造技术应用为重点，力图依靠科技创新，抢占国际产业竞争制高点，谋求未来发展的主动权，例如，美国的先进制造伙伴计划（AMP）、先进制造业国家战略计划、德国的工业4.0、韩国的IT融合发展战略等。
1.5 实施制造强国战略《中国制造2025》
数字化技术、智能化技术的应用将使制造企业向数字化企业管控模式发展，可实现产品全生命周期各环节各要素的协同规划与决策优化管理，不仅能有效提高企业的市场反应速度，提高制造效益，还能降低产品成本和资源消耗，有效提高企业竞争力。（1）我国制造业强国进程可分为三个阶段
第一阶段（2015~2025年），可进入世界第二方阵，迈入制造强国行列。
第二阶段（2016~2035年），将位居第二方阵前列，成为名副其实的制造强国。
第三阶段（2036~2050年），可望进入第一方阵，成为具有全球引领影响力的制造强国。（2）《中国制造2025》体现为四大转变和一条主线。
四大转变：
1）由要素驱动向创新驱动转变。
2）由低成本竞争优势向质量效益竞争优势转变。
3）由资源消耗大、污染物排放多的粗放制造向绿色制造转变。
4）由生产型制造向服务型制造转变。
四大方针：创新驱动，质量为先，绿色发展，结构优化。
一条主线：信息技术与制造技术深度融合的数字化、网络化、智能化制造。（3）以“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化”为发展方针，实施8大战略对策。
1）推行数字化、网络化、智能化制造。
2）提高创新设计能力。
3）完善技术创新体系。
4）强化制造基础。
5）提升产品质量。
6）推行绿色制造。
7）培养具有国际竞争力的优势产业和企业群体。
8）发展现代制造服务业。（4）制造业数字化、网络化、智能化是我国制造业实现大而强的主线。
制造业创新的内涵：产品创新、制造技术创新和产业模式创新。3个创新的主要途径：数字化、网络化、智能化。
参考文献
［1］陈佳贵，黄群慧.中国工业化报告（2009）［M］.北京：社会科学文献出版社，2009.
［2］制造强国战略研究项目组.制造强国战略研究综合卷［M］.北京：电子工业出版社，2015.
［3］中科院中国现代化研究中心.中国现代化报告2014~2015——工业现代化研究［R］.北京：北京大学出版社，2015.
第2章 美欧智能制造政策动向
2.1 美欧对智能制造的定义
智能制造在国际上并没有统一的定义，甚至在国际“智能制造系统”（IMS）计划的文件中也并未给出一个明确的定义。中国科技部在发布的《智能制造科技发展“十二五”专项规划》中给智能制造和智能制造技术进行了定义：“智能制造是面向产品全生命周期，实现泛在感知条件下的信息化制造。”单纯用这句话并不能清晰地描述智能制造的含义。美国也对智能制造有一个定义，包含的内容较为丰富，在此之前，需要对两个英文单词进行一些剖析。
欧美对智能制造的认知也是在一步步提升的，在2005年国际“智能制造系统”计划的报告中，对90年代末的智能制造水平是这样描述的“在专业车间和工厂运行层级，智能（Intelligent）制造已经实施到了一个较高程度：数控机床通过编程执行不同的任务，把它们连接到一台计算机上，可以实现生产步调的自动控制；机器人的发展，尤其是可重新编程的内存与传感器设备的发展，使得第一代智能（Smart）机器人能够执行更多的应用，并且以智能（Intelligent）方式做出反应。”这种较高程度的智能制造显然在今天还是比较初级的，因此，智能制造的概念也一定是不断变化的，内涵将越来越丰富。
1.Intelligent或Smart
国际上对智能制造中的“智能”主要用两个单词来解释：Intelligent和Smart。Intelligent有两个含义：应付新情况和新问题所需的能力，以及有效地使用推理和推断力的能力；Smart则指快速的领悟力和随时维护自己利益的能力。刚开始提的比较多的是Intelligent制造，而现在主要是运用Intelligent技术的Smart制造。Smart和Intelligent强调的东西不一样，Smart强调的是结果，而不是技术或制造本身，它并不是人工智能，而是人类的智慧，但利用的是智能技术。实现人工智能不一定就有好的结果，但是智慧总是会带来好的结果。
美国和欧洲都在用Smart这个单词，美国人讲Smart制造，欧洲人讲Smart工厂，这里都称为智能，但意思就是智慧，是一种追求结果的意思。因为从欧美人的智能制造理念来看，必须实现精益、可持续、节能、绿色、低成本、柔性以及标准化、教育提升、知识产权保护、资源共享等方方面面，并不是制造过程本身集成了众多智能技术就可以的。我国现在可以先从智能技术在制造过程中的集成角度来考虑，但大方向也要有欧美的高度，这是切切实实的需求背景。
比如，从图2-1可以看到，美国对健康与可持续的制造进行了一番层次化的说明，并且区分了物联网和大数据的主要作用层次。可以说，实现智能的过程就是将数据转化为信息、将信息转化为知识、将知识转化为智慧、将个体智慧上升为集体智慧，这必将是伴随智能制造的实现而达到的一个终极目标。因而，我们在后面也会看到，欧美设立若干个计划和项目、研究众多使能技术与关键技术，都是在为实现“数据→信息→知识→智慧”而努力。图2-1 健康与可持续的制造
2.智能制造
2014年12月，美国政府启动了国家制造创新网络中智能制造创新机构的竞标，该机构将由能源部牵头组建。能源部对智能制造的定义是：智能制造是先进传感、仪器、监测、控制、工艺/过程优化的技术和实践的组合，它们将信息和通信技术与制造环境融合在一起，实现工厂和企业中能量、生产率、成本的实时管理。
从工程的观点来看，智能制造是先进信息（Intelligence）系统的增强应用，能够实现新产品的快速制造、产品需求的动态响应、工业生产和供应链网络的实时优化。智能制造将制造的所有方面连接起来，从原材料进入到成品交付。它建立了一个跨产品、运行和商务系统谱系的富含知识的环境，这个谱系延伸至工厂、分销中心、企业和整个供应链。这个定义与我国科技部的定义类似。智能制造的概念如图2-2所示。图2-2 智能制造的概念
数字工厂正在为人们采用智能制造技术创造新机遇，现在，智能工具、系统正在以更好的方式用于创新、计划、设计、建造、运行、维护和管理工业设施。智能制造的典型应用包括：带有嵌入式、自动过程控制的数字控制系统、运行工具和信息服务系统，以使工厂的运行和安全管理最优化；使用预先维修工具、统计评估和先进测量的资产管理，以最大限度地提升工作可靠性；智能传感器发现异常并帮助避免异常和灾难事件；工业能量管理系统中集成的智能系统与智能电网集成，以实现实时的能量优化。
2.2 美欧智能制造发展概况与特点
自20世纪80年代末智能制造的概念出现后，为了在开创和全面推进高技术战略智能化工业的时代进程中发挥主导力量，以欧（德）、美、日为主的发达工业国家纷纷将智能制造列入国家级计划并着力发展。其中，美国着眼于未来的军事需求，对武器装备的智能制造格外重视；欧盟在航宇和防务的智能化制造领域也持续开展跨国合作。在发展过程中，各国有着不同的特点，但是在重视基础科技研究、软硬件结合开发、吸引中小企业参与、广泛建立官产学研用联盟、促进教育和技能革新等方面都是共通的，这也是我国应该效仿的。2.2.1 欧盟
1.基本情况
在第三次工业革命的浪潮中，为应对能源、环境与可持续发展的挑战，更快、更好地为用户提供高质量产品和高水平服务，并且在与美日以及中印等新兴经济体的竞争中占据先机，欧盟一直高度关注智能制造的发展，并且设立了“智能制造系统”（IMS）、“未来工厂”等多个发展计划，持续投入资金进行相关研究。
1995年，欧盟作为创始成员联合启动了“智能制造系统”计划以及为期十年的项目研究。截至2005年，欧盟共有482家企业和组织参与其中，并且主持了其中37个项目，占项目总数的54%。2010年，欧盟牵头启动了一项名为IMS2020的路线图项目，项目提出了“智能制造系统2020”愿景，以及5个关键领域主题（KAT）。
与此同时，于2007年开始的欧盟第七个“框架计划”（FP7）提出利用智能制造实现制造模式的新革命，并且利用FP7项目为IMS计划提供资金支持。目前，FP7中的“信息与通信技术”主题（投资91.2亿欧元）和“纳米科学、纳米技术、材料与新生产技术”主题（投资35.05亿欧元）下都有对IMS计划提供支持的项目。
2010年，欧盟启动“欧洲2020”战略，旨在实现智能化的经济增长，在知识和创新的基础上发展经济，重点发展信息、节能、新能源和以智能为代表的先进制造业。同年，欧盟第八个“框架计划”（FP8）暨“地平线2020”启动，继续对智能制造的研究与应用进行支持。其中，最典型的项目是投资11.5亿欧元的“未来工厂”计划，包括151个项目，部分项目通过IMS计划进行国际合作。此外，嵌入式系统作为基础也受到重视，著名的计划包括“嵌入式计算系统”（ARTEMIS）计划及其与“纳米电子技术”（ENIAC）计划在2014年7月合并后的“电子组件和系统”（ECSEL）计划。
2015年3月，欧洲宣布了“单一数字市场”战略的优先行动领域，并将发展智能工业作为其中之一。该战略关注3大关键领域：提高数字商品和服务的易用性，培育繁荣数字网络和服务的环境，打造具备长期增长潜力的欧洲数字经济和数字社会。在“打造欧洲数字经济和数字社会”这一关键领域中，欧盟提出了智能工厂、标准、大数据、云计算和数字化技能5个优先行动领域，这实际上将欧盟“未来工厂”战略计划和工业4.0等国家战略相统一。在欧盟对智能制造的推动上，德国始终扮演着最积极的角色，其提出的“工业4.0”已经势不可挡，几乎成为欧洲未来智能制造总体发展构想的代名词。此外，英国也开始思索如何在未来形成更具竞争力的制造业，其标志性成果就是一系列“制造的未来”研究报告。
2.发展特点
欧盟是发展智能制造最积极的地区，以德、法、英、意、瑞典为代表，欧盟国家智能制造的工业基础雄厚，核心技术和部件基本能够自足保障；欧盟认为的智能制造的概念比其他国家要宽泛，“未来工厂”则更多地聚焦到了智能制造技术及其逐层级的应用上来；欧盟是最早开始支持智能制造的地区之一，现在欧盟框架计划还在投入大量资金进行相关研究，参与的企业近千家；工业企业发展智能化制造的意愿较高，并且以德国为首已经在部分领域实现了突破。用一句话概括就是，欧盟具有全面而积极地发展以智能为特色的未来制造的决心，同时有着高就绪度的生态系统。（1）智能制造的工业基础
囊括了德、法、英、意、瑞典等众多先进工业国家的欧盟无疑具有充足且可靠的工业基础来发展智能制造，在终端产品、机床、机器人、电气、自动化、通信、软件等方面都具备世界一流水平的企业和研究机构。比如，德国拥有戴姆勒、西门子、博世、KUKA系统、SAP、弗劳恩霍夫研究所等，英国拥有罗尔斯·罗伊斯、GKN航宇、Delcam、英国焊接研究所（TWI）等，瑞典拥有沃尔沃、ABB、山德维克·可乐满、爱立信等。凭借这些企业和机构的实力，基本上可以完整地走完智能制造从研发到应用的一整条路线。（2）对智能制造的定位
从以欧盟为核心的国际智能制造系统计划来看，欧盟非常关心智能制造的可持续、节能、绿色这些从事实结果来看的方面，以及标准化、教育等方面。但是从欧盟和成员国自身的计划来看，智能工厂和软件密集型嵌入式系统是重点。欧洲的企业对这两个联合研发计划也是格外重视，并且积极投入面向未来智能制造的转型之中，比如西门子、博世等大型工业企业现在也摇身变为IT企业。
智能工厂对于欧洲的重要性不论是从欧盟“未来工厂”计划，还是德国“智能工厂”计划，或是英国“未来工厂”报告中都能反映出来。智能工厂实际上就是智能制造在工厂中的应用，可以应用在机床或工艺层级，也可以运用在生产线或运行层级，这个提法对于各种生产规模的企业都适用。智能工厂最基础的内容就是软件密集型嵌入式系统或者信息物理系统（CPS）。
由软件密集型嵌入式系统演进而成的信息物理系统是工业4.0的基础，也是智能制造的基础。欧盟对这一点非常重视，“嵌入式计算系统”已经运行多年，而崭新的“电子组件和系统”计划将半导体工艺/设备/材料、设计技术、信息物理系统、智能系统集成这4项关键能力看作是未来智能移动、智能社会、智能能源、智能健康、智能制造/生产5大关键应用的基础。（3）政府、企业的支持力度
欧盟以及德、法、英、意、瑞典等国的政府一直是坚定推进智能制造的力量，第七个框架计划在“信息与通信技术”主题和“纳米科学、纳米技术、材料与新生产技术”主题中的智能制造相关的资金投入就已经达到数十亿欧元，到了第八个框架计划，公私合作的模式将使相关投资轻松突破上百亿欧元。这期间，上千家企业的意愿不可小视，由于没有美国这种属于一个国家的庞大市场和完整的工业基础，抱团应对未来竞争就是最为现实的问题，所以，不论企业大小，不论属于供应链条上的哪一端，它们都与欧盟的决策保持高度一致。（4）工业发展的应用现状
由于政府支持力度大，企业参与意愿高，所以欧盟关于智能工厂的项目已经至少有上百个，并取得了诸多的研究成果，一旦推广应用，将迅速形成智能制造在方方面面的普及浪潮。德国必然是实践智能制造的先锋，西门子等企业也确实可以拿出一些典型的项目和车间来作为范例。英国GKN航宇公司正在主持一个结构技术成熟化（STeM）项目，目标是通过自动装配工艺将机翼结构装配速度提升30%，该工艺具有鲜明的智能化特征，使用了很多新兴的自动化、机器人技术提升速度，它们包括：轻质夹具、可重构工装、零件自动化定位、密封剂辅助沉积、测量辅助机器人、轻质钻头、轻质单向紧固件的紧固头、精确埋头孔制孔的自动化扫描，以及紧固件自动化检测。空客公司也正在进行一项称为“未来装配”（FUTURASSY）项目的研究，目标是利用机器人解决方案使航空装配过程自动化，其中一个研究领域是“协作机器人”，即探索利用双臂类人形机器人与操作员在同一环境下工作，共享工装和生产资源，协作机器人将首先应用于A380方向舵大梁装配中。欧盟主持的“工业用先进、协同机器人验证”（VALERI）项目中，德国弗劳恩霍夫研究所正在组织空客德国公司、奥地利FACC公司、德国KUKA实验室等共同对一种移动机器人进行工程化，这种机器人可以在生产车间内独立运动，并自主操作，平台具备摄像头和带缓冲层的触敏界面，能够感知并避免任何碰撞。2.2.2 德国
1.基本情况
德国凭借强大的机械和装备制造业、占据全球显著地位的信息技术能力，以及在嵌入式系统和自动化工程领域具有的高技术水平，在工业制造方面一直处于欧洲领头羊的地位，是全球制造业中最具竞争力的国家之一。为了应对来自美国、日本和中国在未来工业制造上的竞争，德国一直在寻求战略方案，并且提出了“智能工厂”、“工业4.0”等构想，希望在所谓第四次工业革命的道路上起到引领作用。
2005年，德国人工智能研究中心（DFKI）启动了公私合作的“智能工厂KL”技术计划，这是欧洲首个专门面向信息与通信技术工业应用的演示验证工厂，目的是支持创新自动化技术的开发、应用与传播，并为科学与工业利用提供基地。该计划是工业4.0关键技术转化实践的一个先锋，通过几个模块化的试验工厂，相关的成熟技术和前沿研究结果能够得以实施和评估。
自2006年以来，德国政府一直在努力推动德国的研究与创新工作，力图通过技术创新确保德国的强有力竞争地位。2009年，来自超过40家企业、研究机构和协会的代表共同制定了“嵌入式系统国家路线图”，进一步发展嵌入式系统技术，具体包括汽车、自动化技术、机械与装备制造等，与会工业部门将在未来十年内向六个领域投资超过25亿欧元。路线图认为嵌入式系统发展的下一阶段就是信息物理系统。德国国家科学与工程院（acatech）为此领导了“CPS综合研究议程”计划，为德国形成新的技术革命制定综合研究议程，确认了2025年前的4个重大研究领域：能源、移动性、健康和工业。
2010年，德国发布“德国高技术2020战略”，聚焦了5个优先领域：气候/能源、健康/饮食、移动性、安全和通信。该战略围绕一些战略计划展开，使工业-科研联盟能够瞄准10~15年的科学和技术发展目标并实施具体计划，在这些计划中还制定了具体的创新战略、实施路线图。2012年3月，德国正式通过“德国高技术2020战略行动计划”，形成了十大“未来计划”投资方向，仅在2012~2015年，针对该技术计划投入84亿欧元。2014年，“德国高技术2020战略”更新为“德国创新——高技术新战略”，政府当年便为此投入了110亿欧元。“工业4.0”在2011年11月被德国政府采纳为“未来计划”之一。“工业4.0”于2011年1月由德国科学研究联盟数字经济与社会促进组发起，2012年1~10月，“工业4.0”工作组在德国国家科学与工程院的协调下出台了初步实施建议，并于2013年4月出台了战略建议报告。在2013年汉诺威工业博览会上，“工业4.0”的理念和计划由德国政府正式发布，描绘了制造业的未来愿景。目前，“工业4.0”计划已经从“德国高技术2020战略行动计划”获得2亿欧元投资，启动了包括“信息物理生产系统”在内的若干项目。
此外，德国教育与研究部（BMDF）建立的“信息通信技术（ICT）2020——创新研究”计划以及德国科学研究联盟（FU）经济与社会促进组（原通信促进组）发起的“智能服务——基于网络的商业服务”也都在“德国高技术2020战略”框架下开展，并且与“工业4.0”紧密相关，其中前者属于“数字德国2015”ICT战略，后者则成为十大“未来计划”之一，2015年3月提出了最终版的战略建议报告。
2.发展特点
德国是工业大国和工业强国，智能制造的工业基础健全且强健，核心技术和部件基本都可以自主研发制造；德国的“工业4.0”已经成为知名度最高的“智能制造”的概念代名词，软件密集型嵌入式系统的发展是其核心之一；政府颁布了耗资上百亿欧元的高科技战略，将“工业4.0”作为国家计划，其下聚集了最顶尖的工业企业；依托强大的工业基础以及政府的有效组织，工业4.0的雏形已经在众多项目中显现。用一句话概括就是，德国具备独立发展智能制造的完整生态系统。（1）智能制造的工业基础
德国拥有强大的智能制造的工业基础，一方面是健全的工业体系和产品链条，另一方面是强健的创新能力和市场能力，它们体现在以下4个领域中：机械装备、电气工程、自动化以及信息通信技术（ICT）。德国不仅拥有西门子、博世这样的多元化工业集团，它们在上述4个领域都具备不俗的实力，能够提出集成的解决方案，还拥有SAP、库卡、FESTO、哈挺、DMG、Belden、凤凰CONTACT、LAPP、proALPHA、WITTENSTEIN这样的专业化软硬件系统供应商，加之弗劳恩霍夫研究所、德国人工智能研究中心、亚琛工业大学这些世界领先的研究机构和大学，以及戴姆勒、蒂森克虏伯、MTU发动机等终端产品制造商，使其具备全面研发与应用“工业4.0”的实力与环境。（2）对智能制造的定位
德国提出的“工业4.0”被认为是“智能制造”概念的一个代名词，可以说一提到智能制造就会联想到“工业4.0”。“工业4.0”是一个含义广泛的理念，它既指代了第四次工业革命，也包含了信息物理系统、物联网与服务网、机-机（M2M）通信这样最前沿的技术领域。对于智能制造来说，“工业4.0”的意义在于通过充分利用嵌入式控制系统，实现创新交互式生产技术的联网和相互通信（即CPS），使制造业向智能化转型。在“工业4.0”理念中，产品本身就是生产过程中的一个具有能动性的元素，这些产品中包含着全部必需的生产信息，这种“智能产品”的概念是德国提出并推崇的。通过CPS，企业不仅可以清晰地识别、定位产品，还可全面掌握产品的生产过程、当前状态以及至目标状态的可选路径。用德国提出的“智能工厂”概念来解释，也就是数字世界和物理世界无缝融合。
在“工业4.0”理念下的智能制造中，机器、存储系统和生产手段构成了一个相互交织的网络，信息在这个网络中实时交互、校准。同时，CPS还能给出各种可行方案，并根据预先设定的优化准则，将它们进行比对、评估，最终选择最佳方案。这一切都是嵌入式系统的发展所带来的，德国在软件密集型嵌入式系统方面处于世界领先地位，“工业4.0”其实就是强调要将这一嵌入式系统发挥到极致。德国认为嵌入式系统的发展将跨越联网嵌入式系统、CPS这两个阶段，最终成为物联网、数据域服务互联网，这同时也是“工业4.0”的愿景。（3）政府、企业的支持力度
德国政府对智能制造的支持不遗余力，即使从宣传角度也已经做到了极致。政府颁布了耗资上百亿欧元的“德国创新——高技术新战略”，提出了六大任务：数字经济与社会、可持续商业与能源、雇
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