工业4.0的难点和挑战 他们的创新点_IC芯片_元器件交易网
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工业4.0的难点和挑战 他们的创新点
工业4.0，你理不理他，他都将席卷全球。索性，我们还是拿出万分的创新精神来迎接它。
Maxim：对新型控制IC的需求比以往都高得多
这是一个有趣的问题，因为在存在了近半个世纪后，人们可能会有这样的想法：已经非常成熟，因而没有多少改进的空间。然而，我们却看到对新型控制IC的需求比以往都高得多。除了提升分辨率、加快速度、缩小尺寸、降低功耗和成本等需求外，对安全和认证的需求也很大。
对PLC供应商来说，采用能够应对未来更高分辨率、易于扩展的数据转换器是个方向。16位分辨率在现阶段几乎成为必要条件，然而未来几年内，可能会需要更高的分辨率，因此应当将引脚兼容的系列产品纳入考虑范围。尽可能多的在系统中进行认证。如果您认为目前没有安全功能的需求，则无需现在加入，但要做好准备，以便在未来某天需求陡增时能够迅速应对。
工业4.0和智能工厂意味着我们处于一个需要变革的阶段，工厂互联程度比以往更高，能够适应最新的传感器技术，并且在高度安全的环境中快速处理&大数据&。在此种环境下，不允许发生单点故障的情况。系统要能够智能地进行自调节，并在所有情况下保持高精度工作性能。因此，需要进行大量的数据监测、电源跟踪，以便降低发热、提升整合度。
那么，在过去的5年多里，的PLC芯片特点发生了哪些改变?
许多人认为要想降低方案尺寸，需要依靠数字技术。这在PLC领域是不正确的，因为数字芯片在PLC模块中只占据不到四分之一的电路板空间。问题的根源是模拟IC和分立元件所占据的空间，这些器件并非像数字芯片那样易于改变尺寸。
在Maxim，我们对该问题有很好的认识，并已经着手寻求将多种分立功能集成至单颗IC的方法，从而为系统设计人员提供尺寸、功耗和成本方面的显著优势。例如：Maxim的微型PLC技术演示平台展示了模拟整合如何能够实现PLC尺寸缩小10倍、功耗降低50%、数字I/O速度加快70倍。Maxim的智能整合方式以及自身专有的工业技术确保上述性能得以实现。
电源效率是关键特性之一。例如：众所周知24V常用于PLC背板，12V多用于板上电源分配。如果我们能够在板间使用48V，则可使电流降低4倍，从而使功耗降低16倍。为实现这一点，我们需要一款具有高压负载点DC-DC转换器的IC，从而省去中间的DC-DC转换环节。
如前所述，高度模拟整合和提升电源效率是Maxim一直以来的关注重点。此外，由于工业4.0下的PLC高度互联，工厂必须进行安全保护，以应对各种威胁，包括：黑客、恶意软件和病毒等。系统级软件安全等级不够，必须寻求基于硬件的安全措施，以应对上述威胁。Maxim在硬件安全领域拥有20余年的丰富经验，涉及ATM、POS系统和打印机墨盒等消耗品。我们的安全产品线十分丰富，从简单的认证引擎，到能够实现基于高级标准加密算法的复杂安全微控制器。
为了适应未来需求，我们还有不少IO-Link方案，如：IO-Link光传感器、IO-Link接近检测传感器、IO-Link&16通道数字输入集线器。
除了微型PLC的项目外，IO-Link和超声流量计也是我们重点关注的。我们计划打造更多采用超声技术的计量方案，包括：气表。此外，我们还有三个面向电能计量的设计，包括交流监测方案和电能测量方案。这些方案的更多信息，请参见我们的网站。
Maxim帮助系统供应商或者制造商集成PLC芯片，我们称之为Maxim智能整合方式。例如：我们知道I/O是PLC和工业4.0所需的大量传感器和执行器之间的必备链路。当制造商在工厂车间内增设更多传感器时，设备设计商必须做到使通道密度更高，即便在PLC尺寸持续缩减的情况下。
I/O隔离架构为显著降低空间提供了机会。传统方法是每通道采用一个光耦，这种方法使用的器件数量多，占用较大的电路板空间以及需要使用数字I/O引脚。Maxim推出的多通道串行器(如MAX31911)能够将传感器和开关的24V数字输出转换、调理、串行化至PLC微控制器所需的5V、CMOS兼容电平，从而将多路隔离通道数量减至三路。
英飞凌多元化身份推动工业4.0发展
工业4.0旨在通过信息通讯技术和信息物理系统相结合，推动制造业向智能化转型。智能制造、智能工厂、智能产品都是其核心的应用热点。
在工业4.0愿景中，不仅生产线和生产设备更加智能化，被生产和加工的产品本身也将参与到被生产的制造的流程中，变得智能。处于如此高度智能化、自动化的环境中，任何的恶意入侵、破坏、攻击以及信息篡改都回给生产环境、设备、产品和人员带来不可预估的损失。因此，工业环境下的安全和安防是工业自动化的关键组成部分，也是其应用的难点。另外，大量的生产线、生产设备和生产部件实现互联，如何实现彼此间高效地沟通，节省能耗，是另一大难点。
英飞凌科技(中国)有限公司总裁兼执行董事赖群鑫
英飞凌科技(中国)有限公司总裁兼执行董事赖群鑫坦言，对英飞凌来说，优势在于：
在工业4.0计划中，英飞凌具有多元化的身份，从多重角度推动工业4.0发展。首先，英飞凌是德国工业4.0的创始成员之一，参与讨论制定相关的规则;其次，英飞凌也是工业4.0的使用者，位于奥地利菲拉赫的工业4.0试点基地拥有世界上最尖端的生产系统之一，包含高度现代化生产控制与自动化系统。在数据安全与数据完整性水准达到最高等级的前提下，人机互动在试点工厂中将提升至一新的层次;最后，面向工业4.0和物联网，我们提供大量领先的半导体解决方案。
高能效和安全性是英飞凌重点关注的领域。其不仅是全球最大的功率半导体供应商，在工业4.0节能方面发挥着重要作用;同时，作为25年来安全智能卡芯片的世界领导者，安全解决方案为工业4.0&中的设备沟通、生产数据、专利防伪等提供最高等级的安全保障。
英飞凌提供有创新的产品和技术：
-&安全解决方案，可以为联网的系统和设备提供保护。
o&备件防伪解决方案有效地保护系统，可避免他人擅自更换部件。
o&提供软件知识产权保护，支持激活和软件更新。
o&通过数据加密，帮助实现保密通信，从而保护工业专门知识。
o&比如，在2014德国&IT峰会上，与德国电信股份有限公司共同推出一款用于保护网络化生产的安全解决方案。英飞凌首席执行官Reinhard&Ploss博士现场向德国总理默克尔演示了工业4.0代表的智能生产流程，涉及下单，生产，运输方案和交货，我们的安全芯片对下单的人、用于下单的平板电脑、连接一切信息的路由器和生产线本身等各个环节进行身份认证，以确保整个生产过程的安全性。
o&此外，为楼宇自控提供高能效和门禁控制安全解决方案。
-&作为IGBT的世界领导者，英飞凌的功率半导体具有极高的功率密度，能在工业自动化生产中最大限度地提高效率、降低损耗，实现高度自动化。
-&XMC系列微控制器可提供实时控制和保护开关特性，在各种自动化设备挥重要的控制和传输功能。
-&工业应用传感器具有极佳的精准度和稳定的控制效果，能够准确地捕捉工业生产设备的运动、外形尺寸、压力或电流，帮助提升工业生产的能效和安全。
ADI：工业4.0，将人，机器设备和信息连接在一起
第四次工业革命是绿色工业革命,一系列生产函数发生从自然要素投入为特征，到以绿色要素投入为特征的跃迁，并普及至整个社会。ADI亚太区电机与电源控制行业市场部专员于常涛认为，其核心特征应该是高效节能，网络化与模块化。
工业4.0，将会通过自动控制，网络及计算将人，机器设备和信息连接在一起。就生产制造的流程而言，就是将这一切整合到一个数字化的企业平台。通过数据采集，分析，优化，得到最佳化的方式。从而实现更具效率的生产方式。
ADI亚太区电机与电源控制行业市场部专员于常涛
就未来的发展而言，有几大特点：
第一：互联网、大数据、云计算、物联网等新技术给工业生产带来的革命性变化。
第二：其次，虚拟与实际的界限似被消除。所有生产程序均可提前在计算机中仿真模拟，可在虚拟世界中就完成生产的分析与优化。
第三：人工将在很大程度上被机器智能取代。
于常涛指出，机器人是一个快速增长的行业，据统计，安装量保持了近30%年增长率。同时，机器人所应用的行业，由之前用于汽车焊接、喷绘的产业，扩展到常规的工业应用场景，如搬运，码垛，点焊等等。应用与汽车行业的机器人，是属于技术高端的产品，一直由国外公司所垄断，如，FANUC等。常规工业所需要的，往往是小尺寸，紧凑型的机器人(或者说机器手臂)，技术水平要求相对偏低，也是目前国内企业所主攻的市场。
从技术角度看，机器人是属于伺服控制的系统级产品，伺服电机仍然是执行机构，运动轨迹规划和运动控制是核心功能，再加上若干的安全保护功能以及机械加工，很显然，比传统的电机控制复杂很多。但不管是怎样的架构，电机控制仍然是核心功能，这也是ADI所关注的重点。
ADI公司张鹏表示，智能系统包含若干关键技术，但电机控制一定是核心技术之一。针对电机控制，ADI有着完整的系统方案，包括处理器，安全隔离相关的派生产品，位置检测，以及模拟信号处理等，甚至延伸到软件算法。
比如，ADI在电机控制应用领域有非常完整地信号链，无论是、和伺服系统。在伺服控制中，高精度电流和电压检测可提高速度和扭矩控制性能，要求12位及以上的性能的多通道ADC;ADI具有业界领先的ADC技术，包括了隔离ADC产品，它们可以很好地满足高精度控制的要求。位置检测性能是伺服控制的关键，常常使用光学和旋转作为位置传感器，对于高污染及强震动的工业及汽车应用环境，旋转变压器将会被越来越多采用;ADI可以提供高精度RDC来满足使用旋转变压器的位置检测场合。
伺服控制技术从模拟向数字的转换推动了现代伺服系统的发展，也满足了对于电机控制的性能和效率的高要求。从优先考虑安全和保护的角度，信号采样和功率器件驱动应采用隔离技术，ADI公司的iCoupler数字隔离器产品可满足高压安全隔离要求。为实现矢量控制和无传感器控制，对DSP等高性能处理器提出了更高的要求。
在工业应用的设计中，IC产品需要更长的生命周期和更高的可靠性。普通的交流感应电机向永磁同步电机转变已是大势所趋，要求系统设计师能提供更高效率和更灵活的算法。另外，网络技术的发展也给电机应用带来了一些新的变化，越来越多的电机控制系统考虑增加网络功能，可作为工业网络中的一个结点。
除此以外，针对电机控制解决方案，ADI公司提供了门类齐全的产品组合，其中包括了模数/数模转换器、放大器、处理器、iCoupler&数字隔离器和电源管理器件;这些高性能的器件和增加系统集成度有助于实现更新型的拓扑结构设计，为客户实现系统的差异化设计带来价值,&伺服驱动系统的性能同用户最终所构建的运动控制系统的性能和所能提供的精度密切相关，多数情况下，最终的用途可以是一个高精度数控机床系统、运动控制系统或机器人系统，这些系统要求能够精确控制位置及电机的扭矩;ADI公司能够提供涵盖信号链中所有重要器件的完整解决方案。
于常涛补充，MEMS产品，如陀螺仪、加速度计，也是ADI针对电机控制应用的核心产品之一。目前，我们看到的一个应用就是设备的工作状态监控，它是这样的一个系统应用。
Littelfuse：保护系统的可靠性
许多消防和保安系统的检测元件，诸如视频摄像头、温度传感器、门窗入侵传感器等，都在一个以太网数据通信网络中被联系在一起。在商业/工业系统中，该网络通常包含一个具有记录功能的中央监控站。可以通过选择以太网供电(PoE)对该网络上的设备进行供电。选择以太网供电，具体的以太网版本以及是否涉及室内或室外应用，将决定所需要的电路保护器件。
从应用的角度看，要回答的基本问题是用户是不是唯一的威胁，还是以太网端口也会暴露于雷击瞬态威胁之下。对于以太网端口连接到本地交换机或设施内的应用安装，雷电耦合进入到电路的可能性较小。在这种情况下，由于数据速率可能会大于或等于100Mbps，应使用约为4pF或更低的TVS阵列进行静电放电保护。
杜志德&(Teddy&To)，美国力特公司全球技术营销经理
在电缆敷设距离很长(&100m)且以太网硬件在机柜里与电气硬件和电路混杂在一起，请参考GR-1089和其他相关标准来确定保护要求。适用该建筑内规范的应用所需要的保护应比在静电放电是主要威胁的应用中的要更加强大。如果以太网电路包含一个能承受和限制雷击瞬变的变压器，可能只需要使用物理层侧保护，相反，室外系统需要更多的保护。在室外系统中，直接耦合雷击瞬变的可能性非常高。由于浪涌能量非常高，在以太网线路侧需将需要使用SIDACtor器件。对于变压器的物理层侧，安装一个TVS二极管阵列以&清理&线路侧保护允许通过的任何能量。
以太网供电保护考虑因素
以太网供电大大地简化了以太网数据通信网络的安装。正如人们预料的一样，视频摄像头和其他现场安装的安全传感器组合在一起增加了保护方案所需考虑的因素。而和纯数据以太网系统相比，以太网供电系统具有一个连接于以太网线路上的电源供应器，通常在安装的每端。在端点插入系统的一侧是电源供应设备(PSE)。另一侧是使用电能的用电设备(PD)，如IP摄像头。
除了保护以太网数据线，以太网供电还需要对电源供应设备和用电设备进行保护。在这两种情况下，应安装保护器件，以满足特定应用的需求。
对于太网供电电路，常用的解决方案是使用TeleLink熔断器进行过电流保护，使用双向TVS二极管为整个电源供应提供保护。无论极性如何，选择双向TVS二极管以避开线路电压。在必须符合安全标准(如UL60950-1)的应用中，会使用熔断器。要得到更为强大的保护解决方案，可以使用力特SMB、、或SMD版本来代替SMAJ58CA。
没有系统的可靠性，智能工业系统将无法正常运作。那些不受保护的系统将不会以我们想要的方式智能地运转。因此，工业市场的智能系统将给予系统设计师更多的机会来布署电路保护产品。由于智能系统的复杂性不断增加，对于较小的尺寸的电路保护产品的需求非常大。力特公司已经有投资于较小尺寸的电路保护产品开发和工业系统高功率元件的发展。例如，我们已经开发了一些新的差异化产品如高功率SMT&TVS二极管，与我们传统的通孔TVS二极管产品进行区分，以应对这种应用的新趋势。我们的一些静放电TVS二极管阵列可以从常见的0402缩小到01005的尺寸，这也是我们在市场上的主要领域之一。我们还将推出可以处理1200伏应用系统的可控硅/双向可控硅产品和一些IGBT产品(1200伏，450安)。
新产品的开发是力特公司的关键举措之一。今年我们已经推出了许多针对智能工业市场的新产品，而且来年也会继续推出新的产品。针对我们的TVS二极管阵列产品线，我们已经推出了一系列高电压产品SD和SDxxC系列用以保护工业控制输入/输出和工作电压可高达36伏的静电放电的传输接口。对于取代传统的压敏电阻方案，这将是一个很理想的解决方案。同时，新的SM712双重TVS二极管阵列旨在保护具有不对称信号-7&/&+12伏的RS485收发器接口。对于功率控制区域，我们在上面已经提到，我们今年已经推出了1200伏IGBT和可控硅/双向可控硅用以应对工业市场上的高压功率控制。此外，我们已经在我们的产品线中增加了高可靠性TVS二极管产品的新系列，以利于我们在智能工业市场上占据更好的位置。
力特不再是一个纯粹的电路保护产品供应商，如今已经转变为全球电路保护产品、功率控制和传感器的领先供应商。自动化的调速技术，对于常规的交流异步电机的速度无机调节，变频器几乎无处不在，在以后只要电机的存在，变频调速装置也就应运而生，极大地节约了我们的能源，面对现在能源紧缺的状况，这类产品也担负起了历史的使命，需求数量跟随市场的需求总量急剧增加。
Xilinx：FPGA和SoC颠覆传统控制
FPGA的特点是擅长做信号的并行处理和硬件加速。亚太区Zynq业务发展经理罗霖认为，在电机方面，由于现在中高端的机器人、数控机床等会用到六轴及以上的电机，这方面基本是FPGA一统天下。而三轴、四轴方案有时会看到x86、DSP和FPGA方案并存。
机器人的智能控制示意图
中国现在四轴方案多一些，但是未来会向中高端去做。因为现在中国的电子元器件加工，食品饮料生产线、汽车生产线还主要靠采购国外设备，未来会逐渐国产化。
&针对工厂自动化设备、高端数控机床、机器人等方面，Xilinx主推基于Zynq处理器的解决方案，&&Xilinx亚太区Zynq业务发展经理罗霖说，&好处是可以把电机控制和工业以太网结合起来，即用户可以通过工业以太网(例如EtherCAT,&Profinet,&Powerlink等)把电机作为伺服从机，工业电脑是主机来控制(图1)。&对此，Xilinx有相应的参考设计，比如有Zynq开发板，上面可带4个步进电机/BLDC(无刷电机)，并提供相应的算法，例如FOC(矢量控制)算法，另外，电流环、速度环、位置环等都可以在FPGA上进行硬件实现。这样的优势是性能会大大提高，像电流环控制只需要1.6&s，速度环3.2&s，位置环6.4&s，即用户可以在6.4&s内就能完成4个马达的实时控制。
机器视觉助力精确
为了执行器的路线走得准确，还需要机器视觉来判断物体的位置和大小。传统的做法是前端会用一个摄像头，采集的会通过视频采集卡传到工业电脑上，比如可以用x86的处理器做后面的图像处理和分析，即把智能放到后端去了。现在，新的趋势是把智能移向前端，即把越来越多的图像采集、处理、实时分析做到摄像头端，为此，Xilinx专门推出了基于Zynq的开发套件&&Smart&Vision&Dev&Kit。
PLC可以理解成主站。过去PLC可能在工业电脑上，工业电脑运行PLC的功能。现在出现了嵌入式PLC，例如有一些ARM处理器做的PLC。而且一些较高端的PLC希望集成更多的功能，诸如HMI(人机界面)和一些运动控制功能，这时，FPGA和Zynq也是非常好的选择。因为今天的PLC上会集成工业实时以太网，可以利用FPGA的硬件加速或者Zynq去运行一些协议栈。相比x86通用处理器，由于x86没有针对具体的应用进行专门的设计(例如多轴的运动控制)，用FPGA做并行的处理、硬件加速更合适。另外，x86上可能会带有一些标准的以太网口，但是这些并不一定是实时的工业以太网(因为实时的工业以太网的协议跟一般的以太网不同，需要做一些专门的定制和修改。)。因此借助FPGA和Zynq的灵活性和性能，可以实现业界主流的所有工业以太网的标准，还可以把网络和处理这两部分整合在一个单芯片的解决方案里。
XMOS：智能工业需要全新的系统架构
对于XMOS而言，工业4.0的应用热点是智能制造和机器人;XMOS公司市场营销和业务拓展副总裁Paul&Neil博士认为，在这些领域中，为迎接工业4.0动议的挑战，将会需要全新的系统架构。XMOS的多核微控制器将迎来机会。
XMOS的xCORE多核微控制器系列拥有8到32个总高达500&MHz&的、并行运行的32位RISC内核。xCORE器件还带有Hardware&ResponseTM&I/O接口，它们可提供卓越的硬件实时I/O性能，同时伴随很低的延迟。
XMOS公司市场营销和业务拓展副总裁Paul&Neil博士
这种多核解决方案支持完全独立地执行系统控制与通信任务，不产生任何实时操作系统(RTOS)开销。xCORE微控制器的硬件实时性能使得我们的客户能够实现非常精确的控制算法，同时在系统内无抖动。
这支持了分布式控制架构的快速、轻松实现，同时也使机器人制造系统能够被快速重构。XMOS与一位重要的合作伙伴Synapticon&合作来提供这些应用。Synapticon在提供用于信息物理网络(cyber-physical)系统的分布式控制架构等方面拥有多年经验。
XMOS也渴望在这个市场中与正在寻找伙伴的创新型中国公司的合作。
他介绍，XMOS拥有多样化的、可适用于工业4.0应用的多核微控制器，包括8到32核xCORE&&Purpose通用产品系列，以及将我们独特的多核架构与模数转换器(ADC)与电源管理电路集成在一起的xCORE&Analog系列。
&我们也提供免费的xTIMEcomposer开发工具和xSOFTip库，以支持我们的客户去快速实现其应用。&
Molex：智能工业为创新性的互连方案带来大量机会
工业&4.0&的特点在于物联网&(IoT)&的形成，其中网络化的传感器阵列将监控生产环境中的无数因素。例如，除了库存水平、能耗以及资产跟踪和资产管理之外，对于仓库还将监控其温度、湿度和照明条件。
工业流程优化带来的复杂挑战将推动高效人机界面&(HMI)&中的众多应用，而&Molex&在这方面可以为结合并使用了多开关格式和布局的设计提供电容式触摸传感器。
工业&4.0&将部署使用极低功率无线技术的、具有移动、微型化和网状网络特点的&智能&设备，而&Molex&则供应一系列多种标准，适用于各种&IoT&和&M2M&应用。这些产品可以极快的部署，加快上市速度。当前选用的&Molex&标准天线设计用于&ISM&和蜂窝基带上的&M2M&通信，以及运行&Wi-Fi&&和移动电视的应用。
Molex中国区域销售经理JuiGoy&Eng
Molex中国区域销售经理JuiGoy&Eng说，智能工业应用可以为创新性的互连解决方案带来大量机会，尤其在于，Molex&还为分布式控制系统提供解决方案。值得注意的是，Molex&在现场总线的供货方面扮演着积极的角色，这是一种设计用于实时分布式控制、采用各种协议的计算机网络。Molex&为现场总线的四种技术提供互连解决方案：DeviceNet&和&PROFIBUS，这两种一般视为是工业自动化中较为传统的现场总线，以及基于以太网的&PROFINET&和&EtherNet/IP。
Molex&现场总线互连解决方案的设计可承受各种恶劣、侵蚀性的工业条件，并且各组件的密封可以耐受灰尘与液体影响，符合&IP67&之类的标准。
Molex&的Micro&Change&M12&Cat6a&系统能达到每秒10GB&以太网速度,&是在严苛环境下高速数据传输应用的理想选择。
工业互连解决方案领域的另一趋势是激光直接成型&(LDS)，可以实现模塑互连器件&(MID)，将印刷电路板和连接器集成为一个整体的组件。LDS&化合物采用多种低温和高温塑料开发而成，可以成型为所需的结构，然后在三维方向上接受激光束的加工。所产生的结构可以为复杂的三维形状组件提供电气连接，同时可以忽略一块或多块印刷电路板的因素影响。
工业&4.0&还将需要光纤互连产品，而&Molex&现已开发出全球第一种全集成的&4x28Gbps&光学引擎，可以实现&100&Gbps&的以太网互连与&EDR&InfiniBand&互连以及嵌入式光端机。
Molex&还开发出了圆形透镜&MT&扩束互连解决方案，能够满足数据密集型行业中对光纤的特定要求。
对于工业&4.0&所需要的高带宽通信，Molex&也提供紧凑式的&zCD&&互连系统，可以支持电信与数据网络中的下一代应用。Molex&的&zCD&互连解决方案能够在&400&Gbps&的数据速率下进行数据传输(16&条通道下各&25&Gbps)，同时具有绝佳的信号完整性。
基于单模硅光子学技术，Molex&为&zCD&连接器提供的有源光缆&(AOC)&组件可以在高达&28&Gbps&的速率下提供&16&条双向信道，即&400&Gbps&的聚合带宽，而所采用的标准接口极为紧凑。zCD&AOC&组件的传输距离可达&4&公里，所需成本与功率仅为长距离光学模块的几分之一，主要用于400&Gbps&的以太网应用。
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责任编辑：张磊工业4.0落地中国需突破四大难点--百度百家
工业4.0落地中国需突破四大难点
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“互联网+工业”就是德国的“工业4.0”。
“工业4.0”最初是在2011年德国举办的工业设备展览会“汉诺威工业博览会2011”上被提出的，两年后的2013年“汉诺威工业博览会”上发布了最终报告，开始实施“工业4.0”的国家战略。德国作为制造业大国，希望在未来制造业中的各个环节应用互联网技术，将数字信息与现实社会之间的联系可视化，将生产工艺与管理流程全面融合。由此实现智能工厂，生产出智能产品。
“工业4.0”在德国被认为是第四次工业革命，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，保持德国的国际竞争力。制造业在德国国民经济中的占比为26%，作为提升传统制造业的战略发展方向，实施“工业4.0”是德国政府顺应全球制造业发展新趋势、推进智能制造新模式的客观要求。
“工业4.0”VS“中国制造2025”
自2014年10月我国总理李克强访问德国，并签订《中德合作行动纲要》以来，“工业4.0”的概念在我国迅速走红，一时间，“工业4.0”、“智能制造”的战略地位迅速提升。
与“工业4.0”巧合的是，对于国内工业转型升级，工信部早在三、四年前就开始规划一项未来10年制造业发展的“中国制造2025”。如今，这项规划将以德国“工业4.0”为启示，学习德国的智能制造，为我国的现代化工业强国描绘出清晰的路线图。
“工业4.0”是一个发展的过程，不可能一蹴而就，“中国制造2025”也弱化了以往规划中5年时间的限制，规划年限扩展到2025年，更注重中长期规划，主要围绕我国工业有待加强的领域进行强化，力争使我国在2025年从工业大国转型为工业强国。
从目标上来看，德国“工业4.0”主要是期望继续领跑全球制造业，保持德国制造业的全球竞争力，抗衡美国互联网巨头对制造业的吞并。而今年“两会”中，工信部苗圩部长首次公开披露了“中国制造2025”制定情况，表示大体需要用3个10年左右的时间，完成中国从制造业大国向制造业强国的转变，并提出了分三步走的战略。“中国制造2025”也就是三步走第一个十年的行动纲领，它是一个路线图，有具体的时间表。通过实施“中国制造2025”规划纲要，通过10年的努力，让中国制造进入全球制造业的第二方阵。
从时间表来看，德国“工业4.0”战略工作组也认为德国实现“工业4.0”需要10年时间，在时间上和我们的“中国制造2025”大体在一个时间段。
有了“中国制造2025”的10年战略规划，有了智能制造的具体行动计划，相信通过这样的努力和清晰的路线图，我们将很快接近发达国家未来制造业发展水平的目标，如同工信部苗圩部长所说，“中国完全能够搭上新一轮工业革命的快车”。
四大难点亟待突破
“工业4.0”是由大规模批量生产向大规模定制生产转变，是由集中生产向网络化异地协同生产转变，是由传统制造企业向跨界融合企业转变。德国“工业4.0”工作组的最终报告认为，实现“工业4.0”尚存在标准化、复杂的系统管理、通信基础设施建设、网络安全保障等4方面的难题，同样的难题也适用于我国未来的制造业。与德国加强“工业4.0”方面的合作，有助于前瞻性地解决这些难题，为未来制造业发展铺平道路。
工厂要对内外各种物品与服务进行联网，那么，通信方式、数据格式等许多内容都需要标准化。目前在国际标准化舞台上，美、德、日等发达国家能够长期保持主导地位，主要凭借的就是强大的制造业综合实力，而我国目前在国际标准化舞台上仍然处于“听众”角色，也从一个侧面反映了我国制造业整体水平的差距。
标准先行是“工业4.0”战略的突出特点。为了保障“工业4.0”顺利实施，德国将标准化排在行动首位，成立一个工作组，专门处理标准化和参考架构方面的问题。2013年12月，德国电气电子和信息技术协会发布了“工业4.0”标准化路线图。我国在推进信息技术与工业深度融合的具体实践中，也应高度重视标准化在制造业发展中的引领作用，及时出台“两化融合”或“两化深度融合”的标准化路线图，尽最大可能实现标准的国际化，使中国标准得到国际上的广泛采用。
此外，跨学科、跨领域是制造业高技术发展的显著特点。随着制造业技术不断发展，各种高新技术以前所未有的广度和深度渗透到制造业的各个环节中，使制造业的产品生产过程和管理方式都发生了深刻，甚至是革命性的变化，催生了一大批新兴高技术制造业出现。反过来，制造业在发展过程中，不断融入和集成各种技术，形成极为复杂的系统化过程。为此，只有从一开始就进行标准化的约束和引导，才能有序开展与推广“两化融合”。
u 复杂的系统管理
实际生产过程与各种业务管理系统协同之后，系统整体更加复杂化，对其进行管理将更加困难。产、学、研、用多个层面的联合机制在一定程度上能够化解系统的复杂化，不断完善管理体系。德国“工业4.0”是由德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子、博世等企业联合发起的，工作组成员也是由产、学、研、用多方代表组成的。因此，“工业4.0”战略一经提出，就很快得到了学术界、产业界的积极响应。
从我国制造业来看，企业普遍重视技术，但不重视流程管控，尤其是在技术研发方面。而未来的制造业体系将越来越复杂，这就需要产、学、研、用多个层面联合来推动制造业创新发展。因此，我国应该充分吸收和借鉴德国“工业4.0”的联合模式，一方面，政府要通过引导和支持的方式促进不同类型的产、学、研合作联盟发展；另一方面，选择几个重点行业和关键技术领域进行试点，由创新意愿较高的企业牵头，联合科研实力雄厚的大学或科研机构，组建多种形式的研发联盟，充分调动各方资源和力量，共同推进技术研发与应用推广。
德国认为，迈向“工业4.0”的道路上，生产过程与各种业务管理系统协同之后，系统整体会更加复杂化，对其进行管理将更为困难。为此，需要实现“制造系统的横向、纵向集成”和“工程端到端的集成”。横向集成主要解决企业和企业之间复杂系统管理，实现信息无缝的交流；纵向集成主要解决企业内部的复杂系统管理，在企业的研发、设计、制造、验证、物流、交互各环节，所有的信息都无缝隙、高效、顺畅地传递；端到端集成主要解决贯穿整个价值链的工程化信息系统集成的复杂系统管理问题，以保障大规模个性化定制的实施。
u 通信基础设施建设
德国“工业4.0”的本质就是基于信息物理系统（CPS）实现“智能工厂”，让制造业的各个环节充分地与互联网融合，形成工业互联网。而实现工业互联网就需要适用于工业的、具有高可靠性的通信基础设施建设作为基本保障。此外，随着工业互联网的形成，也必然会出现工业大数据。工业大数据的采集、传输、交互和共享，必然要求建立容量、带宽、存储与数据处理能力更强大的基础实施。
而当前的网络基础设施恐怕难以满足“工业4.0”时代的要求。因此，构建容量更大、服务质量更可靠的工业通信基础设施，将成为未来制造业迫切需要解决的一项课题。
u 网络安全保障
工厂与外界实现联网之后，恶意软件入侵、网络受到攻击的危险性会有所提升，这就需要制定保障网络安全的对策与解决方案。
进入21世纪以来，各种针对工业基础设施的网络攻击就开始出现。例如：澳大利亚下水道监控系统和美国核电站监控系统曾被第三方经由无线网络系统侵入，波兰地铁信号系统也被入侵。而近年来，这样的攻击更是愈演愈烈。2012年8月，沙特国营石油公司Aramco受到网络攻击，攻击者的目标为制油/制气工程，意图通过使工程中止，让石油/天然气的生产发生异常。
随着“工业4.0”时代的到来，人力、物料、生产设备、各种生产管理系统以及价值链上的众多协同企业都将互联，随之而来的是网络安全问题的隐忧，这就迫切需要建立一套完善的工业互联网信息安全认证体系，此外在认证制度的设计和标准规范的研究与设计方面，还需要大量的经验积累。初期，我国可以与国际认证机构合作，开展联合认证服务，同时逐步建立自己的安全认证机制。这不仅是与国际通行做法接轨，也有利于信息安全领域的国际交流与合作，在切实提高我国信息安全水平的同时，帮助和促进工业企业提升信息安全技术水平，引导产业健康发展。
Q在德国出台“工业4.0”战略之前，我国推出了信息化与工业化融合的“两化融合”战略，在您看来，“两化融合”与“工业4.0”存在哪些异同点？
A工信部成立以来，一直致力于推进“两化融合”工作，通过信息化的融合与渗透，对传统制造业产生革命性影响。“工业4.0”本质上是由信息技术引发的，与我国的“两化融合”有异曲同工之处。在未来制造业中，我们应该将“两化深度融合”作为主要着力点，进一步继续加快推进信息化。
不同点在于，德国“工业4.0”将积极部署信息物理系统（CPS）平台，实现工厂的“智能制造”。“智能制造”已成为全球制造业发展的新趋势，智能设备和生产手段在未来必将广泛替代传统的生产方式。而CPS将改变人类与物理世界的交互方式，能够使未来制造业中的物质生产力与能源、材料和信息3种资源高度融合，对实现“智能工厂”和“智能制造”提供有效保障。美国、德国等世界工业强国都高度重视信息物理系统的构建，加强战略性、前瞻性的部署，并已取得了积极的研究进展。而我国目前的制造业发展仍然以简单的扩大再生产为主要途径，迫切需要通过智能生产、智能设备和“工业4.0”理念改造和提升传统制造业。
Q当前我国政府提出了智能制造、“互联网+”战略，这些战略与“工业4.0”的关系是什么？
A“互联网+工业”就是德国的“工业4.0”。也就是说，把互联网技术和工业、制造业技术更加紧密结合起来。德国打造信息物理系统实际上是从本国制造业实力及实际情况出发的，德国制造业比较强，但是互联网信息技术相对较弱，“工业4.0”的目的就是通过发挥其制造领域的优势，带动制造业服务包括互联网经济的发展。
那么对于我国制造业而言，随着智能制造时代的到来，工业互联网将是“互联网+”最早实现的行业之一。智能制造和工业互联网将顺应新一轮工业革命和产业变革，成为“互联网+”最早实现的行业之一。
Q工业制造领域门类众多，您认为“工业4.0”将在哪些领域发挥作用？
A随着“工业4.0”的深入发展，CPS概念将进一步外延。在未来的智能制造业中，CPS将涵盖自动化、生产技术、汽车、机械工程、能源、运输以及远程医疗等众多工业部门和应用领域，意义非常重要。因CPS而实现的许多应用，将产生新附加价值链和业务模式。(本文为《通信世界》周刊对作者的专访）
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