制造业是德国最重要的产业之一，2013年制造业占德国国内生产总值的比例约为25%。^[1]在2014年德国最具创新能力的中小企业100强中有18个是机械和设备制造商。^[2]在过去的十年中，与其他工业国家相比，德国制造业的就业率一直稳定在较高的水平，即使在金融危机中也未遭受太大冲击。这主要归功于德国有适合制造业发展和保持其国际竞争力的国家创新系统与教育体制，有将新的科学技术融入到实际生产中去的传统，并且在过去20年在应对新兴工业国家的挑战中也没有放弃制造业。

2006年和2010年，德国政府分别制定了《德国高科技战略2006～2009》和《德国高科技战略2020》，并在2011年提出了工业4.0计划，立时受到世界各工业国的高度关注。笔者认为，工业4.0不是孤立提出的，它是德国近年来为应对知识经济和全球化挑战而制定和实施的国家高科技战略的重要组成部分。因此，本文将工业4.0的来龙去脉与德国国家高科技战略联系在一起，力求从一个更加广泛的战略高度来分析和理解德国提出的工业4.0计划。

一 工业4.0的特征

德国认为，世界正处在第四次工业革命的浪潮之中。如图1所示，之前的革命分别是：18世纪末以机械化生产为代表的第一次工业革命；19世纪以电能和大规模生产为代表的第二次工业革命；第三次工业革命是20世纪70年代开始的电子和信息通信技术革命，它的核心是生产的自动化，这一影响持续至今。但是，如今工业生产面临又一次的变革：随着互联网的发展，实体生产与虚拟世界的结合越来越紧密，第四次工业革命，即工业4.0时代已经来临。

图1 从工业1.0到工业4.0

工业4.0的核心技术是信息-物理融合系统（Cyber-Physical System，CPS）。如图2所示，这一系统最早开始于封闭式和后来的网络化嵌入式系统，之后发展出更高形式的系统，即CPS，而CPS同时又被看作物联网（Internet of Things）、数据网络（Internet of Data）和服务网络（Internet of Services）的技术基础。如果能将CPS在制造业大规模推广运用，那么，工业4.0的出现将成为可能。工业4.0的未来运用具有巨大的潜力：第一，它可以使生产灵活化和智能化，实现生产过程的智能控制、生产的最优决策和成本的最小化。另外，它的工程和流程可以满足消费者个性化的需求，并创造出新的商业模式，创造一个新的市场。第二，它能克服当前人类面临的重大挑战，提高资源和能源的生产率，应对气候变化、环境污染等问题。第三，它能通过智能化的辅助系统，使人类的劳动生命延长，分散化的生产模式能够达到工作和生活的平衡，创造一种新的工作与生活结合的模式，这也可以用来更好地应对人口老龄化带来的挑战。

图2 嵌入式系统向物联网、数据网络和服务网络的演进

为了实现工业4.0的计划，德国实行双元战略：一是继续贯彻将IT技术与传统高生产技术深度结合的路径，保持德国装备制造业全球领先的地位；二是装备制造业着力对CPS主导市场的研发与开拓，这主要包括：①对不同层面生产系统的纵向集成；②对价值网络（Wertschöpfungsnetzwerk）的横向集成；③整个价值链上工程技术的数据化贯通。以下对这三点进行分别的阐述。

在新的价值网络中，纵向集成主要是指企业内部的融合，从产品研发、规划到生产、销售、物流以及售后服务，也就是所谓的“智能工厂”。而横向集成指供应商、企业和消费者之间的网络，从供应商提供原材料，到企业设计、制造，再到消费者，产品的生产在高度动态的横向商业网络中进行。

在工业4.0中，CPS系统通过数据化的处理，将生产中的智能机器、仓库管理、生产设备和各类信息相连，优化供应链和生产周期管理。在这样的智能工厂中，生产的流程和理念都被重新定义：产品可以根据顾客的个性化需求进行生产，可以随时查看其历史、当前状态以及下一步的动态。这一系统在纵向上将生产过程中的工厂和企业相连，将从订购到供应的每一个环节进行实时联网。而且生产中的每一环节都是透明的和动态的，可以实时查看流程进展以及故障，并根据实时观察的结果很快做出改进。这就是通过数字化和智能化达到的生产体系的纵向集成。

通过CPS技术对价值网络进行横向集成，是工业4.0的重要战略。如图3所示，在工业4.0图景下，一个价值过程可以分为四个相互连接的价值链：产品和产品线开发价值链、流程和设备开发价值链、产品生产和售后服务