《工业4.0(即将来袭的第四次工业革命)》由乌尔里希·森德勒主编。

“工业4.0”是德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念。它描绘了制造业的未来愿景，提出继蒸汽机的应用、规模化生产和电子信息技术等三次工业革命后，人类将迎来以信息物理融合系统(CPS)为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。“工业4.0”概念在欧洲乃至全球工业业务领域都引起了极大的关注和认同。西门子作为德国最具代表性的工业企业以及全球工业业务领域的创新先驱，也是“工业4.0”概念的积极推动者和实践者。

《工业4.0(即将来袭的第四次工业革命)》由乌尔里希·森德勒主编，是费尔达芬工业峰会——系统领导2030年的配套用书，主题思想是：从经济和科学的角度，深入探讨怎样才能使中欧工业到2030年仍能保持一个成功的全球生产基的地位。到2030年，互联网和其他服务联网的系统将使所有行业实现智能化，并取代传统的机械和机电一体化产品服务。本书每个章节都从非常特殊的角度表达了对工业4.0的独特看法，所有这些观点综合在一起可以为我们清淅地勾勒出目前工业产业发展所处岔路口的情形。

前言

第一章 工业4.0：通过系统生命周期管理(SysLM)控制工业的复杂性 乌尔里希·森德勒(Ulrich Sendler)

第二章 软件：工业的未来 鲁思沃(Siegfried Russwurm)

第三章 作为下一次工业革命基础的创新 格哈德·鲍姆(Gerhard Baum)

第四章 中小型机械制造业——系统开发也是灵活和高度创新的 霍尔格·伯切丁(Holger Borcherding)

第五章 使用基于模型的软件和系统工程作为一致性系统生命周期管理(SysLM)的元素 曼弗雷德·布罗伊(Manfred Broy)

第六章 系统生命周期管理平台上基于模型的虚拟产品开发 马丁·艾格纳(Martin Eigner)

第七章 数字化企业的目标：实现生产与产品研发的数字可视化 胡桉桐(Anton S.Huber)

第八章 作为高档汽车关键指标的连通性 马蒂亚斯·施通普弗勒(Matthias Stümpfle)和赫伯特·科勒(Herbert Kohler)

跋

概述

数年以来，工业界一直处于一场重大而根本性的变革之中。这一变革在德国被称为工业4.0。德国政府已经宣布工业4.0为其高科技战略之核心部分，旨在确保德国未来的工业生产基地的地位。

变革的核心在于工业、工业产品和服务的全面交叉渗透。这种渗透借助软件，通过在互联网和其他网络上实现产品及服务的网络化而实现。新的产品和服务将伴随这一变化而产生，从而改变整个人类的生活和工作方式，尤其是改变了人类与产品、技术和工艺之间的关系。这也要求工业产品的开发和生产要有根本性的转变和调整，以便高质量地部署新工艺，并使其转化为具有经济上的益处。

为做到这些，工业界必须理解工业4.O的细节。诸如“第四次工业革命”“信息物理融合系统(cPs)”“智能技术系统”“物联网”等词汇究竟是什么意思？如何避免这些概念因为可能的滥用而成为空洞的口号？因为空洞的口号会阻碍而不是协助人们达到工业4.O的既定目标。

需要澄清的问题包括：工业4.0对于作为工业生产基地的德国来说其特殊意义何在？与此同时，展现给欧洲心脏地带——一块曾因十八世纪末的工业革命而在过去两百年的经济中举足轻重的土地——的机遇和风险是什么？

因为我们只拥有常规的开发和生产方法，以及现在的学校课程所培养出的专家，所以对于在一个跨学科的网络化系统中进行开发和生产的组织和领导还太缺乏准备。而这种系统正向市场走来。中学、应用技术性大学和综合性大学面对哪些要求？科研机构面对哪些要求？深造进修所又面对哪些要求？

最后一个问题是，今天为开发、测试和生产而实现的信息技术系统是否足以支持我们现在谈论的这种变化？我们是否还需要些别的东西么？这些系统是否必须结合得更紧密？它们的开放性扮演何种角色？要做到在工厂切实地谈论“数字革命”，有哪些标准是必备的？因此，系统生命周期管理是切实可行的，这种管理实际上包含了产品、生产系统及两者关系的所有元素。

本篇导论将对上述议题做一般性探讨，并在此基础上，来自不同工业领域和科学领域的本书其他作者们将从各自的视角加以详细阐述。

1.1 对一个成功的工业基地的巨大挑战

在过去的几十年里，世界发生了戏剧性的转变。东西方的对应被由经济领头的政治全球化所替代，这在半个世纪前是不可想象的。这一转变给整个世界带来的结果是：国家、工业、政治和社会团体及组织都必须自我调整，以适应变化的框架条件。此外，由于这一转变，新的力量对比开始逐渐形成。上世纪后半叶，从所谓的第三世界里涌现出了全球性的具有决定性力量的政治和经济势力。几十年前，西方世界在政治和经济上的主导角色是不言而喻的，但现在却完全不是这样，西方世界已经长时间无法和当时的地位相提并论了。

每个区域对这种转变的反应都极不相同。就我们所谈论的话题来说，最令人感兴趣的是不同区域的工业是如何随之转变的。德国机械设备制造业联合会(VDMA)2013年1月的一张图(参见图1-1)相当有启发意义。

P1-3

这本书是费尔达芬工业峰会——系统领导2030年的配套用书，它的主题思想是：从经济和科学的角度，深入探讨工业怎样才能使中欧工业到2030年仍能保持一个成功的全球生产基地的地位。

到2030年，互联网和其他服务联网的系统将使所有行业实现智能化，并取代传统的机械和机电一体化产品。我们必须清楚地认识到，在哪些领域，通过哪些产品和什么样的服务，可以使我们取得成功以及如何才能够做到这一点。

本书试图为这些问题给出一个答案。除了主编的介绍章节之外，在这里，您还会看到在本届工业峰会上引起重大反响的发起人或小组成员的个人论文。在第一发起人鲁思沃教授的论文“软件：工业的未来”之后，小组成员的论文按照名字的字母顺序进行排列。成员中不仅有虚拟产品开发和计算机科学院系的代表，而且还有自动化工业、电子、中型机械工程、汽车业和软件业等各行业的代表。每个章节都从非常特殊的角度表达了对工业4.0的独特看法。所有这些观点综合在一起可以为我们清晰地勾勒出目前工业产业发展所处岔路口的情形。

1997年，我第一次来到中国，这个我一直向往的神秘的土地，开始了我在中国的任职。

这一年的6月，广州地铁一号线建成并投入试运营，广州成为中国继北京、天津、上海之后，第四个建有地铁的城市。11月，举世瞩目的水利工程长江三峡大江截流成功。中国由净进口国成功转为净出口国，制造业发展方兴未艾。

2002年，我再次回到中国任职。这时，中国已经成功加入世贸组织，这一历史性的事件给中国制造业，尤其是与进出口相关的制造业带来了巨大而深远的影响。

而到2013年，当我第三次来到中国任职时，中国已经成为了名副其实的制造业大国，对世界制造业产值的贡献超过五分之一，同时，和其他国家一样，中国也面临着全球化和金融危机的挑战。

中国制造业，在以一种前所未有的速度发展及变化着——而它也是全球制造业的一个缩影。

纵观工业历史的发展长河，从19世纪初到今天，人类经历了三次工业革命，分别以蒸汽机的使用、流水线的出现和电子信息技术的使用为标志。如今，数字制造技术越来越普及，它正在对传统的生产方式和观念进行一场革命，而这一次工业革命，将引领我们走向“工业4.0”的时代。

在本书中，各领域的专家已经对“工业4.0”时代的制造业做出了阐释，我认为这些探讨和研究对于中国制造业发展意义重大。目前，欧盟希望增加制造业在经济增长中所占的比例。在2020年前，该比例从目前欧盟国家平均值的16％增加到20％；英国希望通过“再工业化”的新手段和新政策，增加商业投资和交易量；美国则正在计划一场“工业复兴”，颁布了全美制造业创新机制，探索各种可能，试图回到以制造业为主体的经济模式上来。

在中国，制造业正经历着从“中国制造”到“中国创造”的转型。政府颁布了许多令人振奋并前景大好的计划和政策，投入了大量的投资和努力，帮助中国的制造企业从劳动力密集型转变为知识及技术密集型。对于中国的制造企业来说，他们不仅需要与国内的对手竞争，还需要与来自再工业化的传统工业强国，以及其他新兴的国际化对手竞争。

正如一句中国古诗所说：“欲穷千里目，更上一层楼”，我衷心地希望，中国——这个我工作和生活了十年的国家，能够博采众多先进制造业发展的理念与方法，在下一轮工业革命中，用全新的视野抓住机遇，使中国制造业更上一层楼！

吴和乐博士

西门子(中国)有限公司执行副总裁

兼工业业务领域总裁

德国经济以其强大的工业基础为特征，特别是它的机械与设备制造、汽车工业和能源工业。工业4.0的实施绝对是未来发展的关键。

——德国议会国务秘书，联邦经济技术部部长Ernst Burgbacher

物联网和服务网在制造业中拥有巨大的创新潜力，如果我们成功把基于网络的服务整合进工业4.0，将极大地扩展这种潜力。

——德国工业一科学研究联盟交流促进组织成员 Johannes Helbig

深刻把握新一轮科技和产业革命发展新趋势。近来，国际社会对新工业革命的讨论比较多，尽管观点各有不同，但较为一致的看法是信息技术和制造业进行融合，加上新材料、新能源等技术的重大突破，将引发新一轮科技和产业变革。

——工信部副部长苏波

新一轮工业革命正在深化，发达国家纷纷实施再工业化战略。数字化、智能化技术深刻地改变着制造业的生产模式和产业形态，是新工业革命的核心技术。

——中国工程院院长周济

工业4.0(Industrie 4.0)强调“智能工厂”和“智能生产”，其实质是实现信息化与自动化技术的高度集成，旨在保持德国制造业在全球的竞争优势。当前，中国制造业正面临着前所未有的挑战，受到高端制造业向发达国家回流，低端制造业向低成本国家转移的双重挤压，因此，学习和借鉴工业4.0的理念，建设智能工厂，推进两化深度融合，具有十分重要的现实意义，是推动中国制造业转型升级的一剂良方。

——e-works总编黄培