“工業4.0”概念首先是德國提出的，它一經提出就迅速普及到幾個工業大國，在全球范圍內，“工業4.0”以工業制造業和網絡信息技術融合的智能制造為特征，并逐步升級為國家產業戰略，它是把信息技術融合到工業領域中，以提升工業水平和生產效率。隨著各國工業改革的逐漸深入，“工業4.0”正在改變著世界工業產業布局。CPS(Cyber-PhysicalSystem) 既信息 -物理融合系統是“工業4.0”戰略采用核心技術，通過CPS系統可實現人機的實時交互，進而建立一個高度靈活的既具有數字化又具個性化的智能制造模式。德國將其稱作“工業4.0”，美國定義為工業互聯網。當前我國在“工業4.0”的道路上剛剛起步，國內正面臨制造業的轉型升級，我國要實現從制造業大國到制造業強國的跨越，就必須抓住這場工業革命的機遇。同時通過研究全球主要國家制造業發展的最新趨勢，分析我國制造業發展現狀和困境，才能正確得出我國應采取的策略和舉措。
一、德國：“工業4.0”時代的開創者
(一)德國率先推出“工業
4.0”戰略德國早在 2011年德國漢諾威工業博覽會上就首次提出了“工業4.0”的概念，它被譽為“第四次工業革命”，它是通過信息網絡新技術與工廠制造相結合，以提高制造業水平，既“智能工廠”與“智能生產”的結合體。其中德國西門子公司是“工業4.0”概念的積極實踐者和推動者。2011年11月，德國政府出臺了《高技術戰略2020》，其中就包括了“工業4.0”戰略，它已經成為德國的一項國家戰略。2012年1月，相關行業協會牽頭的“工業4.0”工作組正式成立，它包括了政府、企業和行業協會的專家。2013年4月，工作組向德國政府發布了《實施“工業4.0”戰略建議書》。隨后，德國機械及制造商協會設立了“工業4.0平臺”，并把研究與創新、安全、規范與標準作為三大工作主題。2013年12月，德國發布“工業4.0”標準化路線圖，從而迅速掀起了全球“工業4.0”的熱潮。
(二)政產學研用協同合作，升至國家戰略
德國企業界和學術界認為在未來幾年的“第四次工業革命”中，基于CPS系統的智能制造將占據主導地位。在學術界，德國有很多基礎研究機構例如萊布尼茲協會、各類大學以及霍茲聯合會等，支撐著“工業4.0”中的技術創新。這些研究成果既能夠提供技術創新的理論基礎，又能為政府提供政策導向;在企業界，德國西門子公司是“工業4.0”的積極實踐者和推動者，其他如SAP等企業也迅速跟進。2013“工業4.0平臺”也是由德國機械及制造商協會等相關協會成立的;在政府方面，2013年，德國聯邦經濟技術部與教研部聯手將“工業4.0”納入《高技術戰略2020》的十大未來項目中，資助“工業4.0”研究項目，并在德國產業界和學術界的推動下，已上升為國家級戰略。2013年這兩個部門計劃投入2億歐元支持工業4.0”技術的研發。2015年3月，德國教育和研究部、德國經濟和能源部接管由行業協會建立的“工業4.0平臺”，并對該平臺進行改造升級，工作組成員是由政府、產、研、學多方代表組成的。
(三)德國“工業4.0”的特色
“智能工廠”與“智能制造”是德國“工業4.0”的兩大特色主題，這兩者的實現是以CPS系統為核心，德國的“工業4.0”是將工廠、產品與生產設備三者之間的橫向集成，把整個生產過程視作“生態系統”，提升生產過程的智能化與生產效率。德國“工業4.0”有5個重要特點：一是注重策略。在全球競爭激烈的今天，德國是一個包容、開放的國家，從“工業4.0”戰略規劃中不難看出，德國制定了完備的市場和供應商策略，并注重創新商業模式;二是重視基礎戰略。從德國的發展歷史和“工業4.0”的推進過程中可看出德國一直都很重視發展戰略規劃，具體的發展路線圖和戰略，能夠使德國制造業一直處于領先優勢，保證了可持續發展;三是注重前瞻性。國家對“工業4.0”這個長期戰略分階段來實現，對智能制造和智能工廠進行多視角、多層次的解剖和前瞻性的分析，為戰略重點的抉擇提供現實和理論的依據。再者，德國政府和企業非常重視標準化，為未來的國際競爭創造了前提和優勢。四是重點在創新。通過CPS系統，德國將工業領域的所有因素都銜接起來，這說明創新的深度性。德國的“工業4.0”把創新的技術和理念應用到智能制造和智能工廠當中;五是重視市場導向。德國在構建智能社會和市場的過程中以CPS系統和技術產品為主導，在不同的區域和領域，針對各層次的消費者生產智能產品，這種新的商業機模式必定具有廣闊的市場前景。
二、美國：以“軟”優勢領先智能制造
(一)美國是“工業4.0”的有力推動者
美國人把“工業 4 . 0”稱為“工業互聯網”，它是由GE(通用電氣公司)于2012年提出。2011年6月，美國政府啟動了《先進制造業伙伴計劃》，2012年2月啟動了《先進制造業國家戰略計劃》，實施“再工業化”。美國提出的“工業互聯網”，旨在將人、數據與智能設備銜接，以交換數據來驅動制造業智能轉型。相比德國，美國積極推進的“新工業戰略”更加注重“軟”的方面，例如大數據、軟件、互聯網等對于傳統工業的再工業化。在美國，“工業4.0”就是將虛擬網絡與實體連接，通過大數據分析等來重塑制造業，形成效率更高生產系統。美國的工業互聯網范疇更廣闊，它試圖將人、數據和機器連接起來，形成開放而全球化的工業網絡。目前，美國國內80多家ICT和互聯網巨頭公司如GE、IBM、思科等企業成立了IIC(工業互聯網聯盟)，以期打破技術壁壘，為通過大數據來實現制造業的創新。美國憑借其在工業3.0的領先優勢以及互聯網和ICT先進巨頭公司的影響力正推動著全球“工業4.0”的發展。
(二)全面而又激進的國家政策
美國政府在制定“工業互聯網”策略上，希望通過全新的生產方式來實現再工業化。早在2012年美國將“工業互聯網”上升為國家戰略。伴隨著一系列法案的出臺，美國的智能制造業正實現工業和信息化領域的革命。前期規劃提出：2009年，“重振制造業”被奧巴馬總統確定為一項國家發展的戰略，并為指引制造業的發展出臺了《重振美國制造業框架》。2011年，為了保持制造業的領先地位，奧巴馬政府又啟動“先進制造伙伴計劃”。創新性策略：2012年，奧巴馬政府推出了“國家制造業創新網絡”、“國家3D打印機制造創新研究所”和“先進制造業國家戰略計劃”，并建立了幾十所研究中心，旨在加強產學研的有機結合。2013年初，美國總統執行辦公室等機構斥資10億美元建立制造業創新網絡，并出臺了《國家制造業創新網絡初步設計》。2013年中期，奧巴馬政府投入2億美元打造“數字制造和設計創新研究所”等三個創新中心。隨后在2015年又成立了“復合材料制造業中心”。以上可看出，在美國政府全面而又激進政策的推動下，美國的“工業互聯網”將極有可能促使美國在智能制造業領域再次占據制高點。
(三)企業聯盟攻克技術難關
美國在實施“工業互聯網”過程中，工業互聯網聯盟起著至關重要的作用。它的宗旨是將參與智能制造業標準的制定，在各成員之間提供開放的平臺，協調成員之間的新技術試驗，分享試驗成果，打破技術壁壘，實現數據共享。到目前該聯盟已有251家成員，其中不光有美國本土的企業，也包括亞太地區的企業和德國的一些企業。該聯盟已經與世界上70多家組織建立了合作關系，通過制定通用標準，以期能影響國際智能制造業標準化工作的制定。聯盟為基礎研究向實踐應用的轉化提供了一個重要平臺。通過各成員間共享實驗數據，必將提高各成員的智能制造水平和生產效率，進而推動整個工業產業鏈的全面升級。
三、美、德“工業4.0”戰略經驗對我國的啟示
2015年我國推出了《中國制造2025》，它被譽為中國版“工業4.0”規劃。隨后，國內的各行各業，特別是工業和互聯網企業紛紛投入到我國的智能制造業當中。目前，我國發展“工業4.0”尚有諸多短板和挑戰：德國現在正在從3.0向4.0發展，自動化向網絡信息化邁進，而我國的制造業還在工業2.0～3.0之間。
一是全球制造業競爭加劇。新一輪工業革命開啟，世界各國都在積極提高智能制造水平，以期在未來競爭中占據優勢。美、德等發達國家通過實施“工業4.0”規劃，必將加大其在制造業、網絡和信息行業等方面的優勢;
二是有可能失去中低端制造業優勢的風險。在實現再工業化過程中，亞洲的一些發展中國家，由于勞動力成本較低，必將改變中低端制造業的布局，使我國在中低端市場上失去優勢地位;
三是就我國國內形勢來看，企業急需轉型。我國企業對外依賴度高，核心元件和技術大部分依靠進口。對標準化不夠重視，缺乏標準化，更缺乏國際性的思維。這是我國的一個短板;制造水平低下，缺乏大品牌效應和知名的大型企業。管理水平不高，制造的產品質量缺乏穩定性;
四是“工業4.0”時代面臨頻譜危機。未來，隨著“工業4.0”戰略的開展，互聯網逐漸與制造業相融合，必將促進車聯網、物聯網的快速發展，以互聯網+工業為主導的智能生產需要大量的頻譜資源。此外，在未來的“工業4.0”過程中必將涌現出一大批新技術、新設備，如新的RFID、傳感技術等，以及大數據所帶來的海量的應用終端，頻譜資源頻譜短缺問題日益突出必將使我國“工業4.0”的開展捉襟見肘。同時，伴隨頻譜短缺問題而來的是我國電磁環境日趨復雜化以及電磁干擾問題日益嚴重。據預測，到2020年由于無線設備和應用的激增，未來物聯網的頻譜缺口將達到1248MHz~1584MHz。針對以上問題，借鑒美、德發展“工業4.0”策略可以得到以下啟示：
(一)在加強對外交流的基礎
上建立試點單位首先，需要加強國際交流，盡快研究和建立我國“工業4.0”基本框架。框架包括頂層設計、生產系統、實施步驟、硬件設備、制度保障以及軟件系統等，我國目前剛開展“中國制造2015”，前期應加強與美德等發達國家在“工業4.0”方面的交流，借鑒他們在“再工業化”過程中取得的先進經驗。第二，對周邊發展中國家，我國應積極主動的與之加強在中低端制造工業方面的合作，共同研討技術標準的制定，找到一條適合我國國情的“工業4.0”發展藍圖。第三，由于我國“工業4.0”無發展的經驗，所以可在工業化相對比較發達的東南沿海、京津塘等地區開展試點工程，既在生產過程、產品、工業互聯網、管理以及服務的智能化方向上，分層次分區域的展開試點，旨在打破試點各自邊界。隨著兩化融合和“互聯網+”戰略逐步推進，我國必將在“工業4.0”的發展過程中取得先進的管理和生產經驗，在世界的競爭格局中顯現“中國制造”。
(二)夯實工業發展的基礎
美、德經過“工業 2 . 0”、“工業3.0”的發展積累，所以在實施“工業4.0”戰略時就順勢而上，而我國粗放型的生產方式使我國大部分企業，特別是在中西部還處在對“工業2.0”階段。在東南沿海地區企業大都是以數控化加工為主，與發達國家“工業3.0”的標準尚有很大不足。面對我國制造業“大而不強”的局面，建議我國分步驟、分階段、分區域的走完“工業2.0”和“工業3.0”道路;同時在全國大力推行“互聯網+”戰略，通過互聯網+工業來促使我國經濟的轉型升級;逐漸改變傳統產業的生產方式，用創新性思維培育產業經濟的增長點;依托互聯網、物聯網與大數據，打造智能化的產業體系;加快推進兩化融合，打牢我國的信息化基礎;大力發展高端制造業，加大投入，對有能力的高端制造企業給予政策和資金的扶持。
(三)通過重大專項工程推動智能裝備產業的發展
智能制造已成為全球制造業發展的新趨勢，智能裝備是智能制造的物理載體。我國急需啟動重大專項工程來實現工業和社會的智能的智能化。雖然目前我國已在智能加工領域取得了產業化成果，但其中核心技術等關鍵環節一直都是我國的短板。建議在有條件的地區開展智能制造的示范工程，啟動智能制造的專項工程。一是開展工業機器人、數字工廠應用示范、制造業大數據應用等重大專項;二是繼續開展國家科技重大專項，例如基礎制造裝備、高檔數控機床等方面。三是建立國家級制造業創新中心，重視產學研的結合。
(四)多措并舉解決用頻之憂
在無線電頻譜資源管理方面，創新無線電管理工作方式方法。按照轉變政府職能加強事中事后監管和發揮市場在資源配置中決定性作用的要求，改變單一行政指配的頻率分配模式，建立以市場為導向的多重頻率分配模式勢在必行。對無線電頻譜在智能制造業發展中的作用進行研究，對無線電頻譜資源的經濟價值進行全面闡述。探索依據行業應用領域進行無線電頻譜資源配置方法的可行性;開展前瞻性研究，做好工業用頻規劃。開展“工業4.0”的用頻需求預測，重點做好“寬帶中國”、物聯網、下一代移動通信、“互聯網+”等領域的頻率規劃和配置，要客觀地進行擁塞預測，加強對現有頻率的重新梳理、調整，促進頻率資源的高效集約利用;加強用頻技術研發，提高頻譜資源利用率，加強與發達國家在頻譜技術應用和頻譜共享技術方面的交流與合作，逐步建立以企業為主體、產學研用相結合的技術和服務創新體系，研發具有我國自主知識產權的適用于寬帶無線通信領域的產品，盡快實現產業化;從法律法規層面上，加強用頻監管和頻譜共享力度，著力解決在“工業4.0”發展過程中，可能出現的無線電干擾新形式、新類型，以及惡意干擾合法用頻的違法行為，以及出現的用頻混亂，無統一監管及多部門間的頻譜共享協調難度大等問題，完善我國頻譜管理相關政策及規章制度，為“工業4.0”時代創造良好的電磁環境。
(五)把標準先行放在首位
標準已經成為高技術產業競爭的制高點，“第四次工業革命”的本質是工業標準之爭，“工業4.0”戰略最明顯的特征就是標準先行。德國“工業4.0”標準化路線圖以及美國“工業互聯網”標準建設的推出，其中都把標準化排在了第一位，給我國的“中國制造2025”規劃敲響了警鐘：標準先行是首位。一是我國政府應盡快整合現有的標準化資源，制定符合我國國情的智能制造標準化體系，引導國內行業標準的制定;二是建議成立專門的 “工業4.0”標準化制定的工作組，盡快研究先進國家的工業標準，緊跟國際上“工業4.0”標準化的制定步伐;三是重視與美、德之間的“工業4.0”戰略合作關系。加強學習和溝通，通過國際間的合作，引領我國標準化工作的國際化，與國際接軌的標準，確保我國在未來的產業競爭中掌握足夠多的話語權。
