工业4.0在德国被认为是第四次工业革命，是德国政府于2011年11月公布的《高技术战略2020》中的一项战略，2013年4月，德国机械及制造商协会、德国信息技术、通信与新媒体协会、德国电子电气制造商协会合作设立了“工业4.0平台”，并向德国政府提交了平台工作组的最终报告——《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》。其目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。

战略要点可以概括为：建设一个网络、研究两大主题、实现三项集成、实施八项计划。

●建设一个网络：即Cyber-Physical Systems（CPS），它是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C（Computing、Communi-cation、Control）技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务，让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能，从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合。CPS可以将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起，从而创造物联网及相关服务，并将生产工厂转变为一个智能环境。这是实现工业4.0的基础。

●研究两大主题：即智慧工厂和智能生产。“智慧工厂”是未来智能基础设施的关键组成部分，重点研究智能化生产系统及过程以及网络化分布生产设施的实现；“智能生产”的侧重点在于将人机互动、智能物流管理、3D打印等先进技术应用于整个工业生产过程，从而形成高度灵活、个性化、网络化的产业链。生产流程智能化是实现工业4.0的关键。

●实现三项集成：即横向集成、纵向集成与端对端的集成。工业4.0将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够互联，从而实现横向、纵向和端对端的高度集成。横向集成是指企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合，为了实现各企业间的无缝合作，提供实时产品与服务；纵向集成是指基于未来智慧工厂中网络化的制造体系，实现个性化定制生产，替代传统的固定式生产流程（如生产流水线）；端对端集成是指贯穿整个价值链的工程化数字集成，是在所有终端数字化的前提下实现的基于价值链与不同公司之间的一种整合，这将最大限度地实现个性化定制。工业4.0的参考模型如图1-3所示。

●实施八项计划：八项计划是工业4.0得以实现的基本保障。一是标准化和参考架构。需要开发出一套单一的共同标准，不同公司间的网络链接和集成才会成为可能。二是管理复杂系统。适当的计划和解释性模型可以为管理日趋复杂的产品和制造系统提供基础。三是一套综合的工业宽带基础设施。可靠、全面、高品质的通信网络是工业4.0的一个关键要求。四是安全和保障。在确保生产设施和产品本身不能对人和环境构成威胁的同时，要防止生产设施和产品滥用及未经授权的获取。五是工作的组织和设计。随着工作内容、流程和环境的变化，对管理工作提出了新的要求。六是培训和持续的职业发展。有必要通过建立终身学习和持续职业发展计划，帮助工人应对来自工作和技能的新要求。七是监管框架。创新带来的诸如企业数据、责任、个人数据以及贸易限制等新问题，需要包括准则、示范合同、协议、审计等适当手段加以监管。八是资源利用效率。需要考虑和权衡在原材料和能源上的大量消耗给环境和安全供应带来的诸多风险。

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图1-3 工业4.0参考框架模型

总的来看，工业4.0战略的核心就是通过CPS网络实现人、设备与产品的实时连通、相互识别和有效交流，从而构建一个高度灵活的个性化和数字化的智能制造模式。在这种模式下将实现制造业的三大转变：

●生产由集中向分散转变：规模效应不再是工业生产的关键因素。

●产品由趋同向个性转变：未来产品都将完全按照个人意愿进行生产，极端情况下将成为自动化、个性化的单件制造。

●用户由部分参与向全程参与转变：用户不仅出现在生产流程的两端，而且将广泛、实时参与生产和价值创造的全过程。