工业企业网站建设

德国的“工业4.0”战略早已不是独一无二，各国都在发力抢占下一次工业变革的制高点。图为当地时间2015年4月14日，德国汉诺威，汉诺威工业展举行。视觉中国 资料

在2011年的汉诺威博览会上，“工业4.0”的概念被第一次提出，两年后德国政府将其纳入到“高科技战略”的框架之下，并制定出了一系列相关措施。彼时“工业4.0”刚刚兴起，德国也仍处在探索的初期，各项配套措施都还亟待完善。

如今几年过去，“第四次工业革命”的观念已经影响到世界主要国家的决策层，中国政府也在2015年提出了“中国制造2025”战略，以应对新一轮的科技革命和产业变革。此外，包括美国、法国、日本在内的其他主要制造业大国也纷纷制定了自己的新产业发展战略，力图占据新产业变革的制高点。德国作为最早提出“工业4.0”的国家，在此期间也采取了一系列措施，进一步推进“工业4.0”的实施，目标是到2025年，在“工业4.0”方面成为世界上领先的技术供应方。

本文将首先回顾2016年底到2017年期间德国创新政策的变化，重点分析“工业4.0”的进展情况，然后分析其对德国经济社会带来的影响和存在的风险，最后对“工业4.0”和“中国制造2025”的实施进行比较。

一、德国加强实施“工业4.0”战略的紧迫性

创新对德国的经济增长和社会发展至关重要，德国经济的国际竞争力和成就主要归功于创新驱动，德国在汽车、机械制造、化工以及电气技术方面依旧保持世界领先的地位。但随着互联网经济的迅猛发展，德国企业在尖端技术以及数字化方面的劣势开始显现出来。

根据德国研究与创新专家委员会（EFI）的报告，德国陷入了一个“能力陷阱”（competence trap），即在已有优势产业不断吸引研发投资和优秀科研人员的时候，新出现的产业并没有获得充分的发展，有时还会失去优秀人才，形成了路径依赖的“锁定效应”。下图是德国大型企业与国际平台级的高科技公司在最近五年来业绩情况的比较，可以看出，不管是从营业收入、盈利情况，还是从雇员数量以及市值方面来比较，德国经济界的领头羊都远远落后于新兴的、以数字技术和互联网技术为基础的国际企业。

图1：德国大型企业与国际高科技企业的营业情况比较（2012年到2016年年均增长率），单位：%注：国际高科技企业包括：谷歌（Alphabet/Google）、亚马逊（Amazon）、苹果（Apple）、脸书（Facebook）、腾讯；德国企业包括：巴斯夫（BASF）、拜耳（Bayern）、戴姆勒（Daimler）、汉高（Henkel）、西门子（Siemens）。来源：BMWi, “Digitale Plattformen und deutsche Industrieunternehmen im Fünf-Jahres-Vergleich”, http://bmwi.de/Redaktion/DE/Infografiken/Digitale-Welt/weissbuch-02.html

自从2011年“工业4.0”的概念被德国首次提出，到今天已经有多个国家跟进，制定了自己的新型工业化战略，德国的“工业4.0”战略早已不是独一无二，各国都在发力抢占下一次工业变革的制高点。下表展示了主要工业国家的智能制造和生产网络化的新工业战略（平台）。

表1：主要工业国家的新产业战略来源：Acatech,“Industrie 4.0-Voraussetzungen und Herausforderungen für Unternehmen (Fokus Deutschland/China)”, https://plattform-i40.de/I40/Redaktion/DE/Downloads/Publikation-gesamt/Deutsch-chinesisches%20Symposium/acatech-i40-voraussetzungen-und-herausforderungen.pdf?__blob=publicationFile&v=1.

这也反映出

“工业4.0”战略的必要性和紧迫性：

对内德国需要尽快实现产业升级，促进数字技术等新兴行业的发展，尽快摆脱“路径依赖”的负面效应；对外又要同时面对美国等发达国家和以中国为代表的新兴国家在国际市场上的竞争

。

二、“工业4.0”战略的新发展

在经济结构亟待革新的背景之下，德国政府近两年在“工业4.0”的实施上又有了新的进展，本节将这些新变化分为五个部分进行分析。

1.重塑组织框架、增加投入

高科技战略是塑造德国创新体系和提高创新能力的重要措施，也是影响创新发展的核心，“工业4.0”作为德国高科技战略的重要组成部分，是德国引领新的产业变革的关键政策。2013年成立的“工业4.0”合作平台（Plattform Industrie 4.0），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，同时促进了德国“工业4.0”方面的国际合作。

在制定和推进高科技战略，特别是“工业4.0”战略方面，德国政府重新整合了专业资源，确立了以高科技平台（Hightech Forum）、创新对话机制（Innovationsdialog）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（Acatech），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。（参见图2）

图2：创新政策与咨询委员会的关系来源：http://hightech-forum.de/fileadmin/PDF/hightech-forum_ergebnisse.pdf；http://innovationsdialog.acatech.de/uploads/pics/Innovationsdialog_Beratung_1.png。作者有所修改。

2015年，德国联邦教育和研究部宣布为高科技战略设立专家委员会（高科技平台），为德国联邦政府的创新和科技政策提供咨询以及具体的实施建议。该委员会每年举行三次会议，并撰写与高科技政策相关的研究报告。

2016年9月，高科技平台就中小企业的创新提升提出了建议，该委员会指出，近些年来德国中小企业的创新动力出现了下降，究其原因，主要是：（1）创业率的下降，知识密集型行业的初创企业正在减少；（2）专业人员紧缺；（3）战略性的创新能力较弱，比如数字化水平；（4）融资难。资金是困扰中小企业的一个普遍问题，一方面中小企业资金较少，另一方面创新的成本高。

高科技平台建议，政府应采取措施鼓励企业家精神，促进初创企业的发展；针对工业变革对社会以及劳动力市场带来的冲击，建议加强员工的培训和深造；创造更加有利于创新的框架条件，包括更加灵活的资助项目、合作与转移以及加强中小企业创新；重视跨机构跨领域的创新政策。

德国研究与创新专家委员会在评估报告中也指出，德国在数字化、风险投资发展和中小企业的创新方面，仍然存在不足。他们建议，加大投入，提高德国大学在国际上的竞争力；促进风险投资的成长；重视数字化基础设施的建设，在数字化转型过程中占据世界领先位置。

专家委员会与政府和商界的良好互动，使得科研成果和企业在运营中遇到的实际问题能够很快传递给政府，政府可以通过新的创新政策不断进行调整和优化。

另外一个关于创新促进的十分重要的指标是研发投入占国内生产总值的比重。德国高科技战略之前提出的3%的目标，在2015年已经实现。随后，德国研究与创新专家委员会和高科技平台均提出建议，到2025年这一比例应达到3.5%。这一建议很快受到政府的重视，德国联邦教育和研究部部长万卡（Johanna Wanka）在2017年3月表示，政府将努力在2025年达到3.5%的目标。

此外，在2017年的联邦议会大选中，联盟党则已经将3.5%的目标写入了竞选纲领当中，同时承诺将在未来提供20亿欧元的税收优惠，以支持中小企业的科研和创新。在2018年德国政府财政预算中，对教育和科研的支出也将达到175亿欧元，比2010年高出75%。

2.实际生产应用

虽然德国政府提出“工业4.0”已经有六年时间，但“工业4.0”如今在生产当中还未大范围推广，更多仍旧像是一个“科研议程”（Forschungsagenda），真正具备“工业4.0”特征的产品和具体实施方法仍然数量有限。

作为“工业4.0”核心的信息-物理融合系统（Cyber-PhysicalSystem, CPS）的应用情况效果不一，主要的挑战在于如何将CPS技术融合到现在的生产体系当中，以及员工如何适应新的生产形式。“工业4.0”在关键问题上的研究成果需要在实际的工业生产中实现落地，这种科研与生产相分离的问题急需解决。

此外，在实施过程暴露出来的另一个问题是相关标准的缺失。虽然已经有了政府指导的行业领域，但具体哪些技术才会在未来具有竞争力还是未知数，特别对于中小企业来说，这样的风险是巨大的。所以德国联邦教育和研究部在2017年发布了一份报告，在展示了一些成功资助的“工业4.0”实际案例的同时，也希望能够帮助企业，特别是中小企业在实际生产运用时，能够从众多CPS技术当中找到合适的技术，应用到企业的生产系统中，以解决实际问题。

2015年，德国联邦教育和研究部发起了“‘工业4.0’：从科研到企业落地”计划，旨在帮助中小企业实现“工业4.0”在实际生产中的应用问题。截至2016年底，该计划已经资助了12个应用导向的研究项目，联邦教育和研究部总共投入配套资金超过3000万欧元，在每个项目中的出资比例都超过50%。这些项目均由多家企业，或高校与研究机构共同组成，全都集中在CPS、通信和信息技术等领域。

除了“企业落地”计划，联邦教育和研究部还通过其他计划对这类科研项目进行资助，仅2017年上半年，就已经资助了18个项目，其中涉及的领域包括技术融合、3D打印、自动化等等。如今，联邦教育和研究部资助的“工业4.0”的正在进行的科研项目已经达到325个，涉及的领域包括嵌入式系统、CPS、物联网、虚拟现实和增强现实技术、智能制造等，分布在全德国，主要集中在慕尼黑周边、斯图加特周边、鲁尔区以及柏林-波茨坦地区。（参见图3）

图3：“工业4.0”项目的分布来源：https://bmbf.de/_mapplication/index.php?AD_CONTENT=475&AD_CONTEXT=488&AD_VERSION=0&ALL=0&D=733&F=0&LANG=DEU&LAYOUT=BMBF2015&M=434

截至2017年底，投入实际应用的“工业4.0”案例已经达到317个

，大部分都集中在生产领域的解决方案。

从区域来看，“工业4.0”案例出现了明显的分布不均，巴登-符腾堡州和北莱茵-威斯特法伦州的数量远远领先其他地区，而新联邦州，比如梅克伦堡-前波莫瑞州、石勒苏益格-荷尔斯泰因以及萨克森-安哈尔特州则比较落后，这也与各地区的经济发展水平差距相对应。

从企业规模来看，250人以下的中小企业的“工业4.0”应用案例达到129个，虽然绝对数量上要多于其他规模的企业，但考虑到中小企业巨大的总量，可以认为，中小企业对“工业4.0”的接受和吸收程度仍然不高。（参见表2、表3）

表2：按地区分，“工业4.0”应用案例的分布来源：德国联邦教育和研究部

表3：按企业规模分，“工业4.0”应用案例的分布来源：德国联邦教育和研究部

3.数字化

“工业4.0”是数字议程的核心之一，数字化是实现“工业4.0”的基础条件，只有数字化进程得到推进，未来生产网络才能得以建立，所以数字化可以看作是为“工业4.0”“铺设管道”。

如今已经有超过200亿件机器设备通过网络连接了起来，预计到2030年这一数字将达到5000亿，因此数字化和网络化将是经济增长关键推动力

。而数字经济不仅是一个重要的经济领域和技术领域，还意味着商业模式以及整个社会的变革，而且不仅是企业需要实现数字化，劳动市场、消费者的购物方式和生活方式也要实现数字化。

早在2014年，德国政府就提出了“数字议程2014-2017”（Digitale Agenda 2014-2017），这是德国数字化政策具有里程碑意义的一项措施，可以算是数字化进程中的纲领性文件。三年过后，“数字议程2014-2017”制定的目标基本全都实现，它们包括：

（1）增长与就业

根据德国联邦经济和能源部的数据，到2016年，27%的德国工商业企业已经实现高度数字化。在德国联邦经济和能源部提出的一系列数字化战略中，中小企业的数字化占有重要位置，对德国经济整体而言，中小企业对经济增长、就业以及整个国家的国际竞争力都起到了重要作用；对中小企业自身来说，数字化能力是其进一步提高竞争力的保障。中小企业由于资源的局限，在数字化进程上可能会出现一些障碍，所以在这方面就更需要政府的促进和服务。

截至2017年，德国已建立了22个“中小企业4.0能力中心”（Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum），为中小企业提供数字化、生产流程网络以及“工业4.0”应用方面的支持。这样的网络化中介组织2017年在德国其他地方继续推广。

（2）数字化入口建设

在网络建设方面，网络联盟（Netzallianz）的工作实现了大幅推进。Netzallianz是2014年成立的一个由联邦交通与数字基础设施部发起，旨在扩大宽带网络建设的投资和创新平台，由包括德国电信、沃达丰等多家德国通讯公司组成。2015年和2016年，Netzallianz每年在扩大高速网络建设上投入了80亿欧元，联邦交通与数字基础设...

近期，工信部、财政部等部委密集出台《工业互联网发展行动计划（2018-2020年）》《工业互联网专项工作组2018年工作计划》《2018年工业转型升级资金工作指南》等多项旨在推进工业互联网发展的产业支持政策，引发市场广泛关注。

业内普遍认为，随着工业互联网上升为我国“制造强国”的国家战略高度，以及产业支持政策的不断落地，工业互联网将进入快速发展期。

在此，笔者需要指出的是，虽然工业互联网发展将为中国制造业“弯道超车”插上翅膀，但究竟能飞多远，取决于三大工业互联网技术标准的支持。

下面，让我们从什么是工业互联网谈起，来了解它的前世、今生以及未来。

什么是工业互联网？

关于工业互联网的表述有很多，通用的官方定义为——

工业互联网是链接工业全系统、全产业链、全价值链，支撑工业智能化发展的关键基础设施，是新一代信息技术与制造业深度融合所形成的新兴业态和应用模式，是互联网从消费领域向生产领域、从虚拟经济向实体经济拓展的核心载体。

从本质来看，工业互联网的本质是以机器、原材料、控制系统、信息系统、产品及人之间的网络互联为基础，通过对工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析，实现智能控制、运营优化等生产组织方式变革。

以下是工业互联网产业联盟给出的参考功能架构图：

从图中可以直观地看到，工业互联网在底层边缘层强调设备的接入。从这个意义上说，工业互联网和工业物联网的定义更加拟合，可以交换使用。

工业互联网与互联网有何异同？

如图 1所示，工业互联网的架构相比互联网架构体系，多了一层涉及到传感器等设备接入的边缘层，即从概念上多了把物理世界映射到电子世界的过程，对比互联网，其本质则是完全线上的电子信息的交互与分享。因此，工业互联网在接入标准、业务模式、网络拓扑、数据特性等方面相比互联网会有所不同。下面逐一做简要分析：

1、标准化程度

就互联网应用来说，HTTP、HTTPS协议已成为统一应用层接入协议，借助底层TCP/IP协议族，用户使用浏览器接入使用互联网，同时利用DNS标识解析服务，可以有效的做到搜索、定位到指定网站，进而完成信息的获取。

移动互联网的发展，使得手机App形成另一种接入入口，但是其本质依然遵循互联网网页应用设计架构MVC原理，行业标准化程度高。

对比互联网，工业互联网标准碎片化较为突出。首先，对比互联网本身就是单纯的IT网络，工业互联网涉及到IT网络和OT网络的融合，自然需要融合多通信协议和标准。其次，工业互联网IP化程度与互联网不可同日而语，多种应用协议并存，如MQTT、CoAP、Modbus、PROFIBUS、私有TCP/UDP等，多数边缘设备无法支持HTTP协议族，这也是边缘设备计算能力差异化的侧面反映。最后，工业互联网在设备、服务寻址方面没有类似DNS这样的统一标识解析服务，解析服务同样标准碎片化，例如Handle、OID、Ecode等分别由不同组织发起。

2、业务模式

互联网行业属于轻资产行业，而工业互联网涉及到设备投入，即涉及固定资产和库存管理，属于重资产。

相比互联网技术平均每隔3年迭代一次的高频率更新换代，工业互联网技术迭代需要同时发生在边端设备和服务器两端，涉及到的不仅是上层应用软件方面的升级，还涉及到固件甚至是硬件方面的升级，在技术换代成本和安全稳定性上是双高门槛，很多企业不得不在技术先进性上妥协。

也正因为技术换代的高成本、高风险，企业在工业互联网技术前期预研和选型上更为慎重，毕竟相比互联网技术，工业互联网（IIOT）的设计周期普遍较长。

3、网络拓扑和系统构成

传统互联网由于采用建立在TCP/IP上的HTTP通信机制，使用B/S或C/S模式，对网络拓扑的敏感性和依赖性较低，其通信转换大多为端口转发，基本不涉及协议转换。

工业互联网基于网关的多协议转换正获得普遍应用，例如GE推出的数据采集转换模块Predix Machine。由于系统上下层通信依赖网关，因此工业互联网对网络拓扑较互联网更敏感。同时，由于众多设备接入，数据成指数级增长，但是传输带宽却是有限的，因此边缘计算节点在工业互联网部署中，相比互联网更具必要性。

4、数据特性

工业互联网与互联网相比，有着完全不同的数据特性。下面，以下表1为例，列举工业互联网与互联网的数据特性对比。

如表 1所示，数据特性的不同直接导致系统架构设计侧重点的不同，这也是为什么互联网架构不能直接应用于IIOT（工业互联网）的原因之一，在此列举以下几个例子：

（1）并发连接。由于IIOT接入并发居多，这意味着工业互联网接入设计需采用异步通信接入。相比Web接入，很多成熟的架构多以同步通信为主。

（2）数据时序性。IIOT接入的数据有着很强的时间顺序，数据产生频率快，测点多，数据量巨大。传统关系型数据库无法满足对时间序列数据的有效存储与处理，因此需要使用专门的时序性数据库例如InfluxDB等。

（3）数据关联性。相比互联网，IIOT接入的数据维度和类型多而广。由于是时序数据，对于突发事件而言，数据间隐含着较强关联性。这需要系统架构支持数据融合，以便深度挖掘数据间的关联性，更好的支持上层业务系统决策。

（4）延时容忍度。工业互联网由于涉及OT网络和实时控制，对系统的延时要求较互联网要高得多。因此，系统延时往往需要从边端设备就开始规划和设计，例如软实时操作系统Linux有时不能满足需求，基于硬实时的RTOS可有效降低边端设备数据采集的延时不确定性。

了解了上述工业互联网与互联网的差异，再去思考工业互联网的未来，或许就能更加深刻地去理解其对工业制造业乃至国家发展的重要意义。

工业互联网的未来

当前，伴随着网络信息技术与工业不断深度融合，同时数字化、网络化、智能化的新型工业形态不断驱动，工业互联网已成世界主要工业国家抢占国际制造业竞争的重要板块，同时也成为了各国寻求经济新增长点的共同选择。

目前的全球工业互联网格局以美国、德国、日本为首，纷纷以龙头企业引领工业互联网的推进，迅速地推动着全球工业互联网发展。

在我国，工业互联网平台为中国制造业提供了绝佳的“弯道超车”的历史机遇，工业互联网目前也已上升为我国“制造强国”的国家战略，逐渐覆盖到各个领域，如医疗、工厂、基建等等。

与此同时，工业互联网也为金融领域带来了众多新的改变，例如它可以为产业供应链金融提供基础信息服务，有效解决信息不透明问题，直接有利于金融机构对企业的授信和风险评估，进而解决企业融资问题。

工业互联网的先行者

就目前而言，工业互联网平台提供e-works统计的已经超过150家。根据厂商背景的不同，工业互联网平台可以分为ICT、工业、创业3个类别，根据平台定位又可分为资产优化、资源配置和通用使能3个类别（参见表2）。

其中，工业企业如西门子、三一根云偏重于资产优化；海尔或美的这类企业的重点在资源配置的定位；阿里巴巴、Amazon、华为等ICT企业一般偏重于通用使能的定位。此外，大多数创业企业团队都是从ICT和工业企业走出来，在三类平台均有涉及。

需要说明的是，源自西门子、三一根云等工业企业的工业互联网平台借助其对行业的深入理解，在IT网络和OT网络的融合层面具有一定优势，通用使能定位的工业互联网平台由于其在云计算、大数据以及软件服务领域积累了较多经验，在其工业对外数据网络中更具竞争力。

不过，随着ICT企业和工业企业的跨界合作，工业互联网平台的划分界限也开始趋近模糊。比如，施耐德公司提供的EcoStruxure工业互联网平台，其底层架构基于微软的Microsoft Azure，还有如西门子的MindSphere则是基于SAP的Cloud Foundry开源架构。

更进一步，细化来说，我们还可以根据国内外工业互联网平台在部署模式、运营模式、主要功能和应用场景上的差异，进行更加细致的分类和对比，如表 3、表 4所示，从中可以看出每个平台在功能上的不同侧重点。

工业互联网的关键技术

从目前来看，我国的工业互联网建设与欧美日等制造业强国处于同一起跑线，我国也高度重视，在《中国制造2025》、“互联网+”、“十三五”规划纲要、《深化制造业与互联网融合发展的指导意见》、《深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》等战略中都明确提出加强工业互联网建设。

然而，需要指出的是，工业互联网（IIOT），区别于互联网，也区别于传统意义上的物联网（IOT），是物联网在工业领域的特殊应用。它是平台型产品，平台型产品天生具有高粘连性和高迁移成本，因此选择合适的工业互联网平台对企业技术升级至关重要。

在笔者看来，一个优秀的工业互联网平台，支持了下述三大工业互联网关键技术标准，才具有技术领先性和未来可扩展性：

1、OPC Unified Architecture 标准

OPC UA标准是工业互联网OT网络的通信标准协议与数据语义定义标准。利用OPC UA 技术可以实现工业以太网、工业总线等物理连接的设备、传感器、PLC、控制系统、管理软件等不同来源的不同协议间的数据转换。同时，OPC UA标准的支持将有利于OT网络与IT网络的融合。

2、IEEE Time Sensitive Network（TSN）网络

任何一个网络，只要处理多源时序数据，就需要有统一的时间认知，即统一全局时间。 传统互联网和消费级物联网，利用网络内基于GPS的基准时钟，采用NTP时钟同步算法完成全网时间同步，精度一般在秒级。然而，工业互联网由于需要实时控制，要求的时间精度往往在微秒级，这需要更加精确的同步算法。比如，IEEE提出的TSN网络就是一个包含通用精准时间同步（gPTP）算法的工业互联网标准，此标准解决2个问题：

（1）工业通信标准的碎片化。该标准定义了以太网为统一物理层有线链路连接OT网络和IT网络，结合前文提到的OPC UA实现整体的IT与OT在有线网络接入层融合。

（2）基于Mac层的通用时间同步算法gPTP。STN下定义的802.1AS时间同步标准可应用于有线和无线网络，同步精度达到微秒级，很好的满足了工业互联网对于时间控制精度的需求。如图 2中绿框所示，可以看到嵌入式实时操作系统已经开始陆续支持PTP/gPTP时间同步算法。

3、IPv6标准

IPv6协议海量寻址空间与IOT设备的海量基数天然匹配，是工业互联网IP层的未来标准协议，在中国国务院发布的《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》中，已经明确指出需要大力发展。

值得一提的是，新一代嵌入式实时操作系统大多已经原生兼容IPv6协议对应的RPL路由协议（参见图 3），这为底层异构协议间的IP层通信，提供了操作系统级的支持。

以上简要介绍了工业互联网未来发展的核心技术。随着国家对产业升级、创新、经济新动能的进一步推动，随着各大技术厂商对工业互联网的持续投入，工业互联网作为智能制造的基础平台，将会在整个制造业发展过程中起到越来越关键的作用。

当万物互联，企业完成IIOT化，社会是否会涌现出新的商业模式和金融融资方式呢？让我们拭目以待！

来源：苏宁财富资讯；作者：苏宁金融研究院物联网实验室高级研究员 王元