工業4.0在德國被認為是第四次工業革命，主要是指，在“智能工廠”利用“智能設備”將“智能物料”生產成為“智能產品”，整個過程貫穿以“網絡協同”，從而提升生產效率，縮短生產周期，降低生產成本。它的典型特征是：融合性與革命性，是新一代信息技術與工業化深度融合的產物，是一種新的生產方式，推動傳統大規模批量生產向大規模定制生產轉變。

智能工廠

“工業4.0”其實就是基于信息物理系統實現智能工廠，最終實現的是制造模式的變革。

（一）智能工廠概念

“工業 4.0”從嵌入式系統向信息物理系統（CPS）進化，形成智能工廠。智能工廠作為未來第四次工業革命的代表，不斷向實現物體、數據以及服務等無縫連接的互聯網（物聯網、數據網和服務互聯網）的方向發展。

物聯網和服務互聯網分別位于智能工廠的三層信息技術基礎架構的底層和頂層。最頂層中，與生產計劃、物流、能耗和經營管理相關的ERP、SCM、CRM等，和產品設計、技術相關的PLM處在最上層，與服務互聯網緊緊相連。中間一層，通過CPS物理信息系統實現與生產設備和生產線控制、調度等相關功能。從智能物料供應，到智能產品的產出，貫通整個產品生命周期管理。最底層則通過物聯網技術實現控制、執行、傳感，實現智能生產（圖1）。

圖1 智能工廠的三層信息技術基礎架構

（二）智能工廠的三項集成

集成意味著以計算機應用為核心，是信息技術在制造業應用發展的高級階段，支持制造過程的各個環節。高度集成化能夠極大地提高企業的生產效率、有效組織各方資源、鼓舞不同鏈條中的員工的生產積極性，將企業從不同個體變為具備超強凝聚力的團隊，使人員組織管理、任務分配、工作協調、信息交流、設計資料與資源共享等發生根本性變化。

“工業4.0”通過CPS，將生產設備、傳感器、嵌入式系統、生產管理系統等融合成一個智能網絡，使得設備與設備以及服務與服務之間能夠互聯，從而實現橫向、縱向和端對端的高度集成。

橫向集成是指網絡協同制造的企業間通過價值鏈以及信息網絡所實現的一種資源信息共享與資源整合，確保了各企業間的無縫合作，提供實時產品與服務的機制。橫向集成主要體現在網絡協同合作上，主要是指從企業的集成到企業間的集成，走向企業間產業鏈、企業集團甚至跨國集團這種基于企業業務管理系統的集成，產生新的價值鏈和商業模式的創新（圖2）。

圖2 智能工廠的橫向集成

縱向集成是指基于智能工廠中的網絡化的制造體系，實現分散式生產，替代傳統的集中式中央控制的生產流程。縱向集成主要體現在工廠內的科學管理上，從側重于產品的設計和制造過程，走到了產品全生命周期的集成過程，建立有效的縱向的生產體系（圖3）。

圖3 智能工廠的縱向集成

端對端集成是指貫穿整個價值鏈的工程化信息系統集成，以保障大規模個性化定制的實施。端對端集成以價值鏈為導向，實現端到端的生產流程，實現信息世界和物理世界的有效整合。端對端集成是從工藝流程角度來審視智能制造，主要體現在并行制造上，將由單元技術產品通過集成平臺，形成企業的集成平臺系統，并朝著工廠綜合能力平臺發展（圖4）。

圖4 智能工廠的端到端的集成

智能工廠的三項集成，從多年來以信息共享為集成的重點，走到了過程集成的階段，并不斷向智能發展的集成階段邁進。“工業4.0”推動在現有高端水平上的縱向、橫向以及端到端的，包括企業內部、企業與網絡協同合作企業之間以及企業和顧客之間的全方位的整合。

從過去集成化思想在制造業中發展歷程以及給制造業帶來的效果評價來看，制造業已然越來越離不開以先進技術為支持的全方位整合。可以說，基于全方位整合的集成化思維是制造業新思維之一。而且，制造業今后的發展也必將以“借勢借力、整合資源”的全方位整合為基本思路。