工业4.0和智能制造两个概念在国内均兴起于2014年，对于现在的制造企业来说，“工业4.0”和“智能制造”在很多场合下是不加区分的。在平时接触到的制造企业中，企业主们经常会说“我的企业要怎样实现智能制造和工业4.0”，显然，他们并没有对工业4.0和智能制造到底是什么去深加研究，他们对自身企业制造生产的未来战略目标很明确，我要实现制造生产的低成本、高效率、柔性化和智能化，而把这个目标总结为工业4.0和智能制造。

当前，物联网、人工智能、5G等新一代电子信息技术与制造业深度融合，正在发生着以智能制造为代表的第四次工业革命，即全面智能化的工业4.0时代。与包括工业3.0电子信息化时代等以往三次工业革命不同的是，工业4.0将从根本上改变生产范式和生产方式以及生活方式，在更深层面、更大范围促进着全社会生产力的发展与转型。

工业4.0与前三次工业革命的本质差异

工业4.0是实体物理世界(物理空间)与数字网络世界(赛博空间)泛在链接融合，是制造业与新一代信息技术深度融合的智能化的时代性变革技术。它是通过将信息技术(IT)与操作技术(OT)相结合，通过物联网(IoT)设备、网络物理系统(CPS)和人工智能(AI)算法来驱动的智能基础设施来优化生产流程，从而显著提高生产力。近年来工业4.0所代表的第四次工业革命正在崛起。

工业3.0是指电子信息化时代，它萌发于20世纪70年代，是电控技术为主的自动化方式，通过广泛使用电子与信息技术，使制造过程自动化程度大幅度提高，极大地促进了生产力发展。

从工业2.0(电气化与自动化)到工业3.0(电子信息化时代)是在实体制造基础上使用了电气控制技术以提高精度，承载更大规模的生产。工业3.0到工业4.0则并非简单的赋能，而是存在本质差异。具体而言，差异主要体现在如下方面：

德国工业4.0、中国制造2025等国内外智能制造的主要概念与发展趋势进行分析，并对智能制造的典型应用场景、主要需求及体系架构进行分析，结合物联网、云计算和大数据等技术，提出面向智能制造的工业互联网整体架构与关键技术、工业智能网络、工业数据采集与数据开放等应用技术。

1.1智能制造国内外发展趋势

(1)德国工业4.0与美国工业互联网

工业4.0已上升为德国的国家战略。工业4.0的目标是通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统、信息物理系统相结合的手段，推动制造业向智能化转型，将实体物理世界与虚拟网络世界融合、产品全生命周期、全制造流程数字化以及基于信息通信技术的模块集成，形成一种高度灵活、个性化、数字化的产品与服务新生产模式。

美国的互联网以及ICT巨头与传统制造业领导厂商携手推出“工业互联网”概念，GE、思科、IBM、AT&T、英特尔等80多家企业成立了工业互联网联盟(IIC)。“工业互联网”希望借助网络和数据的力量提升整个工业的价值创造能力，工业互联网旨在通过制定通用标准，打破技术壁垒，利用互联网激活传统工业过程，更好地促进物理世界和数字世界的融合。

2016年3月，工业4.0平台和工业互联网联盟双方代表开始探讨合作事宜。双方就各自推出的参考架构RAMI4.0和IIRA的互补性达成共识，形成了初始映射图，以显示两种模型元素之间的直接关系;制定了未来确保互操作性的一个清晰路线图，其他还包括：在IIC试验台和工业4.0试验设施方面的合作，以及工业互联网中标准化、架构和业务成果方面的合作。

(2)中国制造2025

我国将工业互联网定位于国家战略高度。2015年国务院和工业和信息化部先后出台了《中国制造2025》、《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》、《工业和信息化部关于贯彻落实<国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见>的行动计划(2015-2018年)》等一系列指导性文件，部署全面推进实施制造强国战略，2016年政府工作报告中进一步提出要深入推进“中国制造+互联网”。

《中国制造2025》明确提出通过政府引导、整合资源，实施国家制造业创新中心建设、智能制造、工业强基、绿色制造、高端装备创新5项重大工程，实现长期制约制造业发展的关键共性技术突破，提升我国制造业的整体竞争力。

1.2智慧工厂概念模型

智慧工厂概念首先由美国ARC顾问集团提出，智慧工厂实现了数字化产品设计、数字化产品制造、数字化管理生产过程和业务流程，以及综合集成优化的过程，可以用工程技术、生产制造、供应链三个维度描述智慧工厂模型。智慧工厂模型如图1所示。

底层方法论截然不同

过去在工业1.0、2.0到3.0的时代，原料、机械设备、工厂、运输、销售五大固定环节缺一不可。而“工业4.0”是应用物联网、智能化等新技术提高制造业水平，将制造业向智能化转型，通过决定生产制造过程等的网络技术，实现实时管理。它是“自下而上”的生产模式革命，不但节约创新技术、成本与时间，还拥有大量培育新市场的潜力与机会。

数字智能技术的核心价值不同

“工业4.0”是德国政府提出的一个高科技战略计划。该项目由德国联邦教育局及研究部和联邦经济技术部联合资助，投资预计达2亿欧元。旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。

随着信息技术的飞跃发展，人们对产品需求的变化让灵活性进一步成为生产制造领域面临的最大挑战。产品更新换代愈发频繁，产品的生命周期越来越短，意味着既要考虑对产品更新换代具有快速响应的能力，又要兼顾因生命周期缩短而减少产品批量，随之而来的是产生了成本上升和价格压力等问题。工业4.0将现有的自动化技术通过与迅速发展的互联网、物联网等信息技术相融合来解决柔性化生产问题，既要满足个性化需求，又要获得大规模生产的成本优势，令生产灵活性的挑战成为新的机遇。

数据对决策机制及结构产生更大影响

“工业4.0”项目主要分为三大主题：一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现。二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划将特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。三是“智能物流”，主要通过互联网、物联网、物流网，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方则能够快速获得服务匹配，得到物流支持。

因此，可以说工业4.0下的生产流程是将研发、设计、生产、销售等环节的数据进行分布式管理，实现数据指令的双向多向流动，最终实现“数据流动自动化”。

数据的来源范围和采集、交互方式发生变化

工业3.0和4.0的生产决策机制有很大不同，其数据来源也大相径庭。工业3.0下企业生产所需数据以厂内数据为主，很少涉及工厂以外的数据。工厂以外的数据对生产决策影响较小，所需场外数据大多以供应链信息为主，并不是影响核心决策的信息;但在工业4.0下，场外数据比例大幅增加。由于工业4.0的最终目的是提高企业的生产力、生产效率及生产的灵活性，但又受制于生产的复杂性和复杂生产带来的超高难度的管理，因此，现代化的生产要求从产品、工具、运输、设备的每一个环节都配备传感器，并能够通过标准协议彼此通信。因此，企业生产必须依赖全新的软件系统，既可以覆盖整个产品生命周期、协调海量的数据流程，也可以自主控制设备进行复杂化、自定义的生产作业，而这一切需要大量的场外数据作为支撑。相较而言，工业4.0对数据段要求是更加全面的、实时的。

工业4.0是工业制造业的全新技术转型

工业4.0要建立在工业3.0的标准化模块之上，经过深入对比分析认为，工业4.0与工业3.0不是递进式的升级，而是底层方法论关键性、变革性的变化。工业4.0通过动态配置的单元式生产，实现规模化，并满足个性化需求，从根本上颠覆了以往传统的生产方式，因此绝不能看作是工业3.0的简单赋能。

工业4.0可以支撑大规模、小批量、多规格的定制，从过去的面向库存生产模式转变为面向订单生产模式——即使用定义产品或称用户定义产品。这必将缩短交货期、大幅度降低库存，甚至零库存运营，还将孕育新的产业业态。在生产制造领域，需求推动着新一轮的生产制造革命以及技术与解决方案创新。对产品的差异化需求，正促使生产制造业加速发布设计和推出产品。随着个性化需求的日益增强，当技术与市场环境成熟时，此前为了提高生产效率、降低产品成本的规模化、复制化生产方式也将随之发生改变。

因此，工业4.0是工业制造业的全新技术转型，是一次不同以往的颠覆性工业革命。