目录
一、工业4.0介绍
1.  工业4.0概念
2.  工业4.0提出的背景
3.  工业4.0的三大主题
二、工业4.0国外现状
1.  全球各国积极参与“智能制造”新工业革命
2.  德国工业4.0战略的实施
3.  美国“工业互联网”战略的实施
三、中国版工业4.0——《中国制造2025》
1.  中国制造2025的提出
2.  中国制造2025的内涵
3.  中国实施“工业4.0”的战略选择
4.  中国智慧工厂建设案例——三一重工
四、工业4.0受益领域及代表企业分析
1.  智能机床领域
2.  工业自动化领域
3.  工业互联网领域
4.  工业机器人领域
5.  RFID领域
6.  传感器领域

一、工业4.0介绍
1.工业4.0概念
1.1“工业4.0”概念的产生
   “工业4.0”概念是德国在2011年汉诺威工业博览会上提出的，其目的是通过应用物联网等新技术提高德国制造业水平，建立具有适应性、资源效率及人体工学的智能工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。
概括地说，工业4.0是以智能制造为主导，将物联网、服务网和数据网集成于制造业的第四次工业革命。目前世界各国正积极推进新型制造业发展计划，工业4.0的浪潮正席卷全球。但不同国家对未来工业发展的新趋势有着不同的界定，侧重点也有所差异。
（1）德国工业4.0
   德国学术界和产业界对“工业4.0”概念比较统一的阐释是：继机械化、电气化和信息技术之后，以智能制造为主导的第四次工业革命，主要是指通过信息通讯技术和虚拟网络—实体物理系统（CPS）的结合，将制造业向智能化转型，实现集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转型，最终建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务生产模式。
（2）美国“工业互联网”
   “工业互联网”概念是美国通用公司于2013年提出的，指的是：工业革命带来的机器、设施和系统网络带来的智能设备、智能网络和智能决策间的融合，其要素是智能设备、智能网络和智能决策，更强调传感器系统、大数据分析能力。AT&T、思科、通用电气、IBM 和英特尔已经成立工业互联网联盟（IIC），试图打破技术壁垒，促进物理世界和数字世界的融合。
（3）中国制造2025
   “中国制造2025”也被称为“中国版工业4.0”，是李克强总理在2015年全国人大作政府工作报告时提出来的。中国制造2025提出了中国制造强国建设三个十年的“三步走”战略，是第一个十年的行动纲领，主要包括五方面的内容：一是强调创新驱动，二是质量为先，三是绿色发展，四是结构优化，五是人才为本。

   工业4.0、工业互联网和中国制造2025，分别是德国、美国和中国基于各自的国情而提出的针对工业发展的战略计划，虽然这三个概念的内涵有所区别，但都反映了未来工业发展的方向。相比较而言，德国工业4.0的概念内涵更具有包容性，同时其战略内容和实施路径也更为具体。中国制造2025是继美国和德国之后提出的，并且主要是参照德国工业4.0的战略计划，因此本报告主要是基于对德国工业4.0的理解来分析中国工业4.0战略的可行路径及将会带来的市场机会。
1.2工业革命的演进：从工业1.0到4.0
   历史上的三次工业革命给人们的生产和生活带来了极大的变化，人类的制造能力逐渐得到提升，并趋向于智能化发展。不同国家参与工业革命的时机和程度，在一定程度上决定了各个国家的国际实力和地位。因此，工业4.0对世界各国来说，既是一次解决既有发展问题的大好机遇，同时也将是影响未来国家实力的严峻挑战。
   工业1.0是以以蒸汽机的发明和应用为主要标志，人类社会由此进入“蒸汽时代”其结果是机械生产代替了手工劳动，经济社会从以农业、手工业为基础转型到了以工业及机械制造带动经济发展的模式。
   工业2.0使人类社会跨入“电气时代”，形成了生产线生产的阶段。通过零部件生产与产品装配的成功分离，开创了产品批量生产的新模式。
   随着电子工程和信息技术充实到工业过程之中，工业3.0实现了生产的优化和自动化。其中以电子信息技术的应用为代表，人类步入“信息时代”。
   未来10 年，将步入工业4.0 时代，实现自动化向智能化的转变。依托CPS（信息物理系统）网络实现人、设备、产品的实时连通、相互识别和有效交流，进入万物互联、智能制造的时代。

   根据德国国家科学与工程院的研究，企业生产效率可以通过工业4.0提高30%，并大大减少环境污染和资源浪费。GE公司发布的白皮书预测，至2030年，传统工业的互联网革命将为全球GDP带来15万亿美元，其中为中国带来至少3万亿美元的GDP增长。
1.3工业4.0概念内涵
（1）工业4.0是互联
   工业4.0的核心是连接，要把设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户紧密地连接在一起。工业4.0适应了万物互联的发展趋势，将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过信息物理系统（CPS）形成一个智能网络，使得产品与生产设备之间、不同的生产设备之间以及数字世界和物理世界之间能够互联，使得机器、工作部件、系统以及人类社会通过网络持续地保持数字信息的交流。这种互联具体又体现为：生产设备之间的互联、设备和产品的互联、虚拟和现实的互联、万物互联。
（2）工业4.0是集成
   工业4.0通过使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够互联，实现横向、纵向和端对端的高度集成。其中端到端集成是一个新理念，主要是指围绕产品生命周期的价值链创造，通过价值链上不同企业资源的整合，实现从产品设计、生产制造、物流配送、使用维护的产品全生命周期的管理和服务，它以产品价值链创造集成供应商、制造商、分销商以及客户信息流、物流和资金流，在为客户提供更有价值的产品和服务同时，重构产业链中各环节的价值体系。
（3）工业4.0是数据       
   具体体现在：产品数据。包括设计、建模、工艺、测试、维护、产品结构、零部件配置关系、变更记录等数据。产品的各种数据被记录、传输、处理和加工，使得产品全生命周期管理成为可能，也为满足个性化的产品需求提供了条件。
   运营数据。包括组织结构、业务管理、生产设备、市场营销、质量控制、生产、采购、库存、目标计划、电子商务等数据。工业生产过程的无所不在的传感、连接，带来了无所不在的数据，这些数据会创新企业的研发、生产、运营、营销和管理方式。
   价值链数据。大数据技术的发展和应用，使得价值链上各环节数据和信息能够被深入分析和挖掘，为企业管理者和参与者提供看待价值链的全新视角，使得企业有机会把价值链上更多的环节转化为企业的战略优势。
   外部数据。包括经济运行、行业、市场、竞争对手等数据。为了应对外部环境变化所带来的风险，企业必须充分掌握外部环境的发展现状以增强自身的应变能力。大数据分析技术在宏观经济分析、行业市场调研中得到了越来越广泛的应用，已经成为企业提升管理决策和市场应变能力的重要手段。

   此外，工业4.0还包括在制造技术、产品、模式、业态、组织等方面的创新，以及从大规模生产向个性化定制转型、从生产型制造向服务型制造转型、从要素驱动向创新驱动转型。
2.工业4.0提出的背景
2.1全球制造业竞争格局——新兴经济体竞争力上升，发达国家重回制造业
   美国重回制造业。美国自2008年金融危机起遇到了产业空心化，鉴于在其GDP总量中服务业占比70%而制造业仅占12%的不平衡结构，2009年初美国开始调整经济发展战略，同年12月公布《重振美国制造业框架》，2011年6月和2012年2月相继启动《先进制造业伙伴计划》和《先进制造业国家战略计划》，并通过积极的工业政策，鼓励制造企业重返美国。从实际效果看，美国制造业占GDP比重从2010年的12%回升至2013年的15%。

   中国等新兴经济体在全球制造业领域的影响力和竞争力迅速提升，1990-2011年间，传统工业化国家制造业增加值平均增长了17%，而以金砖四国为代表的新兴工业国家则增长了179%。其中，中国制造业产出约占全球的20%，成为全球制造业第一大国。
   2013年，德国以16%的市场份额位居全球机械出口的首位，中国以11%的份额排名全球第三。但是从在全球设备制造业的32个子行业中可以发现，中国有7个子行业位居全球龙头地位。
   制造业相比其他行业拥有最大的综合带动效应，在制造业投入1元，将获得1.35元的经济附加值。未来制造业将回归各国战略重心，成为全球经济稳定增长的重要引擎。

   《2013全球制造业竞争力指数》（德勤全球制造业小组与美国竞争力委员会合作研究）显示，当前制造业竞争力排名中，中国排名最高，位居第一，德国、美国分列二、三。该研究报告同时对五年后的各国/地区制造业竞争力排名情况进行了预测，中国仍然居于第一位，德国、美国则跌落至第四、第五。

2.2全球制造业面临的挑战
   当前制造业主要面临着四大挑战：一是能源资源利用效率要求的提高；二是产品越来越复杂情况下，交货期限越来越短，这也是全球都会面临的挑战；三是现在小批量、多批次的定制化或半定制化生产的需求越来越多，因此对生产线提出了柔性的要求；第四个挑战是劳动力的短缺，特别是熟练劳动力的短缺，在发达国家如日本的低出生率、欧美国家的人口老龄化，中国则是结构性劳动力短缺。

2.3德国工业4.0提出的背景
   新一代信息通信技术的发展，催生了移动互联网、大数据、云计算、工业可编程控制器等的创新和应用，推动了制造业生产方式和发展模式的深刻变革。在这一过程中，尽管德国拥有世界一流的机器设备和装备制造业，但德国面临的挑战及其相对弱项也十分明显。
一方面，机械设备领域的全球竞争正日趋激烈，不仅美国积极重振制造业，亚洲的机械设备制造商也正奋起直追，使得德国受到了美国低廉能源成本的竞争压力，以及来自中国等国的低成本廉价设备的竞争压力。
   另一方面，软件与互联网技术是德国工业的相对弱项。
   为了保持作为全球领先的装备制造供应商以及在嵌入式系统领域的优势，德国提出“工业4.0”战略，目的就是充分发挥德国的传统优势，大力推动物联网和服务互联网技术在制造业领域的应用，在向工业化第四阶段迈进的过程中先发制人，与美日等国争夺新科技产业革命的话语权。
2.4美国工业互联网提出背景
   为应对新科技产业革命，争夺国际产业竞争话语权，美国将重振制造业作为近年最优先发展的战略目标。金融危机后，美国政府出台了一系列法案，着力兴建制造业创新研究中心，希望以高新技术改造传统制造业。

   2009年4月，美国总统奥巴马提出将重振制造业作为美国经济发展的重大战略，同年12月，出台《重振美国制造业框架》。2011年6月，美国正式启动“先进制造伙伴计划”，2012年2月进一步推出“先进制造业国家战略计划”，鼓励制造企业回归美国本土。2012年3月，奥巴马提出建设“国家制造业创新网络”。
与德国工业4.0强调的“硬”制造不同，软件和互联网经济发达的美国更侧重于在 “软”服务方面推动新一轮工业革命，希望借助网络和数据的力量提升整个工业的价值创造能力。工业互联网可以说就是美国版的工业4.0。
2.5中国制造2025的提出背景
   国内工业4.0近期受到很高的关注，源于《中国制造2025》规划的即将出台，该规划被称为“中国版工业4.0”。
   工业是中国经济的中坚支撑力量，但是，创新转型、提质增效已经刻不容缓。以前的粗放型增长方式带来产能过剩、高能耗高污染等问题，已经影响了工业发展并制约中国经济。中国工业增速已由过去的10%以上高速转向10%以下的中高速水平，在GDP的占比也呈下降趋势，从过去的40%以上下降到2014年的35.8%。

   中国长期处于制造业产业链的低端，在信息化应用上，中国近年来发展较快的技术应用往往集中在消费端，工业层面的应用，如先进工业设备和技术等相对西方国家差距较大。此前中国的制造业完全依靠人口红利，即廉价劳动力。但2008年后，企业用工成本渐渐上浮。从人口周期来看，未来真正的用工荒将出现在2023-2025年。如果不提前应对，中国很可能陷入和南美洲国家一样的中等收入陷阱中。
3. 工业4.0的三大主题
   一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现。二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。三是“智能物流”，主要通过互联网、物联网、服务联网，整合物流资源，充分发挥现有物流供应方的效率，而需求方则能够 快速获得服务匹配，得到物流支持。
3.1智能工厂
   智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务，清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据，以及合理的生产计划编排与生产进度，并加上绿色智能的手段、环境舒适的人性化工厂。智能工厂关注智能化生产系统及过程，以及网络分布式生产设施的实现。未来各个工厂将具备统一的机械、电器和通信标准。以物联网和服务互联网为基础，配备有感测器、无线和RFID通信技术的智能控制设备可以对生产过程进行智能化监控。因此，智能工厂能够自行运转，且工厂间零件与机器可以实现互相交流。智能工厂的实现依赖于无线传感器、控制系统网络化、工业通信无线化等技术的发展。

3.2智能生产
   智能生产是由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等，通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。与传统制造相比，智能生产具有自组织和超柔性、自律能力、学习能力和自维护能力、人机一体化、虚拟现实等特征。
3.3智能物流
   智能物流将突出“以顾客为中心”的理念，促进资源优化配置。智能物流根据消费者需求的变化，灵活调节运输的方式。其中将应用条形码、RFID（射频识别技术）、传感器、全球定位系统等先进的物联网技术，通过信息处理和网络通信平台，实现货物运输过程的自动化运作和高效率优化管理，从而将促进区域经济的发展和资源的优化配置，方便人们的生活。
二、 工业4.0国外现状
1. 全球各国积极参与“智能制造”新工业革命
1.1德国：工业4.0成为国家战略
   工业4.0 研究项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成，已上升为国家级战略。德国联邦教研部与联邦经济技术部于2013年将其纳入《高技术战略2020》的十大未来项目中，计划投入2亿欧元资金，支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。企业界西门子、SAP等企业积极跟进，德国在工业4.0的理念思考和创新实践方面已经走在了世界前列。