工业4.0这个概念最早出现在德国，2013年的汉诺威工业博览会上正式推出，其核心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。

1．德国工业4.0的发展现状

德国高度重视依托创新驱动战略推动工业发展，制定了长远的创新战略规划。2006年发布了《德国高科技战略》，将高科技发展计划提升至国家层面，2010年进一步制定了《德国2020高科技战略》，指明了营造创新友好环境的重要性，并从不同维度提出了战略重点的组成要素。2013年4月，由行业协会、企业、政府和研究机构等产官学界代表共同组成了工业4.0工作组，发布了《保障德国制造业的未来：实施“工业4.0”战略建议书》，并由机械设备制造联合会、信息产业、电信和新媒体协会以及电子电气制造商协会等机构组成秘书处，共同组成了工业4.0平台，这标志着工业4.0在德国全面启动。在该建议书中，工业4.0小组提出了八项措施：一是实现技术标准化和开放标准的参考体系，即开发出一套单一的共同标准，并给出为这些标准提供技术说明的参考架构；二是建立复杂模型管理系统，即以适当的计划和解释性模型管理复杂的制造系统；三是建立一套综合的工业宽带基础设施；四是建立安全保障机制和规章制度，即在物理安全和信息安全领域开展研究，保障工业4.0的成功实施；五是创新工作组织和设计方式；六是加强培训和持续职业教育；七是监管框架，即通过立法对现有相关法规进行必要的调整；八是资源利用效率，即原材料、能源、人力和财力等四类资源的利用效率。2015年11月，在德国全国信息技术峰会上，德国工业4.0平台正式推出了工业4.0平台地图。这份虚拟地图上标注了遍布德国的200多个工业4.0应用实例和试验点。

在2019汉诺威工业博览会期间，德国联邦经济能源部发布了《德国工业4.0愿景2030》，它认为工业4.0将重塑全球网络化价值创造体系，并改变价值创造方式，之前固化的价值链将变得灵活而敏捷，并构建起在全球范围内相互连接的价值系统，进而形成全球数字生态系统。德国从自主性、互通性、可持续性三个方面描述了全球数字生态应具备的要素，并提出了实现2030愿景的重点任务，为工业4.0下一步计划提供方向。

自主性：作为指导原则的自主性，是数字商业模式竞争力的有力保证。自主性指市场参与者拥有自主决策和参与公平竞争的自由，例如定义和塑造个性化的商业模式，个人购买决策的自主性等。在全球工业4.0生态体系中，自主性要素包括数字基础设施、安全性、技术研发三个方面。

互通性：将打造合作和开放的生态体系，兼顾多元化和灵活性。把不同参与者灵活地纳入价值网络是工业4.0中数字化业务流程的核心内容。为设计这种复杂的、分布式价值网络，实现所有参与者的互通性是关键。互通性的要素包括标准和整合、监管框架、分布式系统和人工智能三个方面。

可持续性：实现现代工业价值创造，确保高品质的生活质量。可持续性的要素包括良好的就业和教育、环境保护和循环经济、广泛的社会参与三个方面。

2．德国工业4.0的组织架构

在战略层面，德国政府重新整合了专业资源，确立了以高科技平台、创新对话机制和德国研究与创新专家委员会为基础的三大专家咨询机构。其中，德国研究与创新专家委员会和创新对话机制成立时间较早，分别成立于2006年和2008年，而高科技平台则是德国政府最新成立的专家机构。创新对话机制依托于德国国家科学与工程院，是一个联邦政府（联邦总理、经济部长、教育和研究部长）与商界和学界的对话平台。德国研究与创新专家委员会则由六位在科研和创新政策方面顶尖的德国学者组成，侧重于创新政策的分析和评估。

德国构建了一个面向工业4.0的治理结构，包括三大核心组织，即顶层的工业4.0平台，中间的标准化委员会和面向企业的实验室网络。这是一个从上到下、从下到上的三元治理结构，有利于加快推进工业4.0在德国甚至全球范围内的标准化和向实践转化。

工业4.0平台（Platform Industrie 4.0）：由德国机械及制造商协会（VDMA）等设立，是“工业数字化”数字生态系统的中心枢纽，由来自150多个组织的350多名利益相关者参与平台的工作。它已经成为世界上最大、也是最成功的推进制造业企业数字化转型的平台之一，成为连接德国政府决策层、商界、学界、工会等行为者的桥梁，同时促进国际合作。它的核心是各个工作组，通过各领域专家的协同、中小企业的支持，以及组织开展国际合作，从而将各种专业知识汇聚在一起。

目前工业4.0共有六个工作组，第一工作组WG1，主要是参考架构、标准和规范，主席来自ABB；第二工作组则是技术与应用场景，主席来自菲尼克斯；第三工作组是互联系统的安全性，主席来自博世公司；第四工作组是法律框架，主席来自蒂森克虏伯；第五工作组是就业、教育与培训，主席来自德国金属工业协会；第六工作组是工业4.0的数字化商业模型，主席来自埃森哲咨询公司。

标准化委员会（SCI4.0）：以提出工业4.0数字化产品的相关标准为目标，并协调其在德国和全球范围内落地。SCI负责跟各类国际组织进行对标和连接，从而最终建立德国自己的工业4.0的技术路线图和标准架构。该组织最大的特点就是跨领域，能够很好地结合机械、电气和IT领域。目前德国SCI已经跟中国智能制造、美国工业互联网联盟IIC、日本工业价值链IVI协会、法国、意大利、澳大利亚等，都建立了合作机制。(www.daowen.com)

实验室网络（LNI4.0）：该机构负责具体落实标准的测试、实验和反馈。这是一个面向企业、面向落地的应用型组织，它最大限度地把德国工业4.0所有能达成的共识，用实践和落地的方式，传递给了德国中小企业。

以上三大核心组织的建立，有利于加快推进工业4.0在德国甚至全球范围内的标准化和向实践转化。有了这三者的分工，工业4.0可以在各个层面上，轻松对接。既推动德国企业的相互联系，又大大促进国际交流。目前德国工业4.0已经跟中国、美国IIC、日本工业价值链IVI、澳大利亚、法国和意大利等，都建立了双边对接关系。中德两国于2015年5月成立了中德智能制造/工业4.0标准化工作组。目前已在参考模型互认、信息安全和功能安全、工业网络与边缘计算、案例、预测性维护、人工智能应用，以及工业4.0组件/管理壳/数字双胞胎等方面开展合作交流。

3．德国工业4.0的特点

德国拥有强大的机械和装备制造业，在嵌入式系统和自动化工程领域处于全球领先地位。但是高速网络发展滞后，经合组织（OECD）2017年的一项研究显示，在全球34个“工业化经济体”中，德国在高速互联网设施方面排名第29。因此，德国在推进工业4.0的过程中，主要发挥制造业的主导性，推动制造业向智能化转型。通过信息物理系统（CPS）技术将设备、原材料、产品等制造领域的因素和资源都连接起来，并利用互联网、物联网和模块化技术来实现工业生产方式的变革，有利于从根本上改变制造、材料使用、工程、产业链和生命周期管理等过程，实现工业生产过程的智能化与生产效率的提升。

（1）技术推动与应用带动并举，应用带动作用更加突出

工业4.0的兴起是技术推动与应用带动并举的产物，但应用带动的作用更加突出。一方面，国际金融危机后，物联网、云计算、大数据、移动互联、3D打印、智能机器人、页岩气、可再生能源以及生物、材料等领域的技术创新空前活跃，推动了技术的不断进步，孕育着新的技术革命。另一方面，围绕复苏经济、提升竞争力、维护能源安全、克服气候变化挑战等需求，德国通过信息、可再生能源、新材料等技术的广泛融合和深度应用，培育新产业、新业态、新模式，努力实现经济发展方式的转变和产业结构调整。

（2）强调合作创新，重视提供系统性解决方案

在新一轮工业革命背景下，政府、企业、消费者之间的关系更加紧密，扁平化结构、分散合作式商业模式更为普遍。面对日益复杂、系统性的需求，各企业间非常注重加强合作，发挥各自比较优势，通过合作创新，提供整体解决方案。

（3）政府积极推动，加强示范引导

为促进新技术的应用、新产业的发展和新商业模式的形成，德国政府给予了有力的支持。德国政府为鼓励创新型中小企业发展，2013年仅针对创新型中小企业的创业投资基金就达到5亿欧元，为其提供资金、咨询、搭建合作平台等方面的服务。同时，德国政府在城市规划布局、搭建公私合作平台、促进信息集成等方面都发挥了十分重要的作用。

（4）跨国公司加快转型发展，努力保持行业领先者地位

在新一轮工业革命中，跨国公司普遍注意主动适应时代发展趋势，加快转型发展。作为工业4.0概念的提出者，德国也是第一个实践智能工厂的国家。德国博世作为全球第一大汽车技术供应商，旗下的洪堡智能工厂是工业4.0的领先践行者，凭借在价值流设计及优化方面的丰富经验，对原有的生产线进行工业4.0改造。其生产线的特殊之处在于，所有零件都有一个独特的射频识别码，能同沿途关卡自动对话，每经过一个生产环节，读卡器会自动读出相关信息，反馈到控制中心进行相应处理，从而提高整个生产效率。改造后的生产线能够零切换生产6大产品家族的2000种不同产品，并且实现小批量定制化生产甚至是单一产品生产，在提升生产效率10%的同时减少30%的库存。此生产线因实现了人、机器、物体与IT系统的最佳互联而被德国知名行业杂志授予工业4.0奖。