第一章 行业发展概况

1.1 定义

工业4.0 (Industry 4.0)代表着制造业的未来，它通过将先进的数字技术融入到生产和工业流程中，标志着第四次工业革命的到来。这一概念覆盖了众多技术，包括工业互联网(IIoT)、人工智能(AI)、大数据、机器人技术以及自动化等，旨在实现智能制造和创建智能工厂。通过工业4.0，企业能够提高生产效率、灵活性，并实现生产过程和供应链操作的智能化决策与定制化。

工业4.0正在重塑企业设计、制造和分发产品的方式。技术如工业互联网(IIoT)、云计算、人工智能和机器学习现已深入整个制造过程，这些技术的深度整合为制造业带来了前所未有的联接性和智能化。在这种新的制造模式下，产品、工厂和资产之间能够实现互联和智能化，从而大大提高了生产效率和产品质量，同时降低了生产成本。

工业4.0不仅仅是技术革新，它还代表了一种全新的工作方式和思维模式。企业需要适应这种变化，采用更加灵活和自适应的生产方法，以应对市场需求的快速变化。通过实施智能化的生产流程，企业可以实现更高的生产灵活性和更短的产品上市时间，同时还能够提供更加个性化的产品和服务。

1.2 发展历程

工业4.0，也称为第四次工业革命 (Fourth Industrial Revolution, 4IR)，是基于工业发展不同阶段的划分，标志着利用信息技术促进产业变革的智能化时代。这一概念的发展历程是建立在前三次工业革命的基础上，每一次革命都深刻改变了生产方式和社会结构。

第一次工业革命始于18世纪末的英国，标志着从手工劳动向机械化生产的转变。通过使用水力和蒸汽动力，大规模生产成为可能，机器取代了传统的人力和畜力。这一时期的成品主要是通过机器制造而非手工生产。

紧接着，第二次工业革命在一个世纪后到来，引入了流水线生产方式，石油和电力开始被广泛使用。新型能源的应用，结合电话和电报等先进通信手段，为制造业带来了更大规模的生产和自动化的初步实现。

第三次工业革命则发生在20世纪中叶，随着计算机、先进通信技术和数据分析的引入，制造流程迈向了数字化。可编程逻辑控制器(PLC)的使用，使得部分流程自动化成为可能，同时也促进了数据的收集和共享。

我们现在正处于第四次工业革命，即工业4.0时代，其核心是通过自动化和智能化设备提高生产效率，利用数据驱动的决策在整个价值链中实现更高效、更有效的商品生产。这一时期的特点是生产灵活性的提升，使制造商能够通过大规模定制更好地满足客户需求，实现效率和规模的集成。智能工厂通过收集车间数据并与企业运营数据结合，实现了信息透明和更优决策。

工业4.0的概念最早在2013年的德国汉诺威工业博览会上提出，旨在提升德国工业的竞争力。德国政府将其列为《德国2020高技术战略》的十大未来项目之一，投资预计达2亿欧元，以促进制造业的智能化，建立资源效率高、具备适应性的智能工厂。工业4.0的技术基础是网络实体系统(Cyber-Physical Systems, CPS)和物联网，通过这些技术，生产中的供应、制造、销售信息数据化和智能化，实现快速、有效、个性化的产品供应。

德国的“工业4.0”战略强调从集中式控制向分散式增强型控制的转变，旨在建立高度灵活的个性化和数字化生产模式。在这种模式下，传统行业界限将消失，产生新的活动领域和合作形式，重组产业链分工，并通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统，推动制造业向智能化转型。

工业4.0不仅仅是技术革命，它还代表着对生产方式、企业组织和整个社会结构的深刻变革。随着信息技术和智能制造的不断进步，工业4.0将继续引领全球制造业向更高效、更智能的未来迈进。

1.3 发展现状

中国工业4.0的发展现状是建立在物联网、云计算、人工智能、虚拟现实、增值制造和机器人等突破性技术之上的。这一发展战略旨在通过充分整合和优化虚拟与现实世界中的资源、人才和信息，构建具有高灵活度、高资源利用率的“智能工厂”。工业4.0通过实现产品开发、采购、制造、分销、零售到终端客户的连续、实时信息流通，创建了贯穿整个商业价值链的“数字线程”。这不仅极大地提高了信息透明度，还实现了运营成本的大幅降低、产品高度个性化以及灵活高效的制造与产品开发流程，同时也促进了商业模式的创新。

尽管中国在过去30年中书写了制造业的传奇，但与发达国家相比，其生产力水平仍有较大差距。在过去，中国制造业的快速增长主要依赖于廉价劳动力、资本和对创新的模仿。然而，随着这些竞争优势的逐渐消失，中国正面临着转型升级的压力。因此，中国政府发布了《中国制造2025》政策，旨在利用工业4.0的浪潮，推动中国从世界第一制造大国向发达制造大国转变。

为了成功实现数字化转型，中国制造商必须基于自身的现状，寻求适合中国特色的数字化转型之路。这包括加强在核心技术领域的研发投入，提升创新能力，优化产业结构，以及培养高技能人才等。同时，加强与国际先进制造业的交流合作，吸收和借鉴国际上的先进技术和管理经验，也是实现转型升级的重要途径。

第二章 产业链、商业模式和政策监管

2.1 产业链

工业4.0涉及工业互联网、智能制造等多条产业链。

图 工业互联网、人工智能产业链

资料来源：资产信息网 千际投行 iFinD

iFinD数据显示工业4.0指数中，成分个数最多的是制造业，有129个成分股。

图 工业4.0指数按新证监会行业分类的成分个数分布

资料来源：资产信息网 千际投行 iFinD

2.2 商业模式

在工业4.0时代，中国制造业的商业模式正经历着重大转型，这一转型以解决顾客问题为核心，不仅仅聚焦于硬件销售，而是通过提供增值服务和个性化解决方案来实现价值最大化。这种转变反映了从传统制造向“软性制造”加个性化定制的演进，其中信息系统成为产品和服务的核心。以下是对中国工业4.0商业模式的分析。

智慧工厂的特征

智慧工厂通过嵌入式传感器和机器互联，利用大数据分析作出优化决策，这种决策不仅基于内部数据，还包括来自供应商和分销商的外部数据，为生产和运营提供更深入的洞察。数字孪生技术的应用，即创建运营的数字表示形式，进一步提高了决策的精准性和效率。

IT和运营技术(OT)的集成确保了数据的实时流通和共享，使得ERP和其他业务管理软件之间的信息互联互通，为定制化生产和供应链管理提供了技术支撑。

定制化生产

工业4.0时代的另一个显著特点是能够经济有效地满足客户的个性化需求，即实现“大规模定制”。通过先进的模拟软件、新型材料和3D打印等技术，制造商可以为特定客户生产小批量的定制产品，这与第一次工业革命的大规模生产形成鲜明对比。

供应链优化

供应链的透明化和效率化是实现工业4.0战略的关键。通过数据共享，制造商可以与供应商紧密协作，优化物料采购和产品交付，降低成本并提高响应速度。区块链技术的应用，为供应链管理提供了新的可能，使得供应链透明化、安全性和可追溯性得到了显著提升。

收入成本分析

在工业4.0背景下，制造企业的收入模式也发生了变化，不再单一依赖产品销售，而是通过提供综合的解决方案和服务来增加附加值。例如，通过售后服务、数据分析服务和定制化解决方案，企业可以获得持续的收入流。同时，智慧工厂和供应链优化等措施有助于降低生产和运营成本，提高企业的整体盈利能力。

表 美的集团(000333.SZ)收入成本分析(亿元)

资料来源：资产信息网 千际投行 东方财富网

表 海康威视(002415.SZ)收入成本分析(亿元)

资料来源：资产信息网 千际投行 东方财富网

表 海尔智家(600690.SH)收入成本分析(亿元)

资料来源：资产信息网 千际投行 东方财富网

2.3 技术发展

工业4.0标志着第四次工业革命的到来，其核心在于利用先进的信息技术推动制造业的智能化转型。这一革命性的发展奠基于九大技术支柱，它们共同桥接了物理世界与数字世界，为实现智能自主系统开辟了道路。

大数据与人工智能分析是工业4.0的基石之一。在这个框架下，大数据不仅来源于内部的资产和设备，还包括外部的市场趋势和客户反馈等，这些数据的分析和应用极大地促进了决策的智能化和自动化。人工智能(AI)和机器学习技术的应用，使得从这些庞大数据中提取有价值的洞察成为可能，进而优化制造流程和供应链管理。

水平和垂直整合技术则实现了生产流程和组织结构的高效协同。水平整合通过连接不同生产环节和供应链环节，实现了生产过程的无缝对接。垂直整合则确保了从生产现场到高层管理的信息流通畅无阻碍，有助于打破信息孤岛，提升整个组织的运作效率。

云计算技术为工业4.0提供了强大的数据处理能力和存储能力，支撑了大量数据的实时分析和全球范围内的资源共享。云技术的应用不仅加速了创新步伐，还使企业能够灵活地应对市场变化。

增强现实(AR)技术通过在真实世界中叠加数字信息，极大地提高了工作效率和准确性。无论是在生产线上的装配指导，还是在维护过程中的故障诊断，AR技术都展现出了巨大的应用潜力。

工业物联网(IIoT)将设备、机器人、机械等实体与互联网相连，实时收集和分析数据，优化生产流程，预测维护需求，从而实现生产过程的高度智能化和自动化。

附加制造和3D打印技术通过将数字模型转化为实体物品，为定制化生产和快速原型制造提供了可能，同时也为减少库存和生产成本提供了新思路。

自主机器人的发展则进一步推进了生产自动化，这些机器人可以执行复杂的操作任务，减少人力需求，提高生产效率和安全性。

仿真和数字孪生技术通过创建实体的虚拟副本，使企业能够在无风险的环境中测试和优化生产流程，加速产品开发周期，降低研发成本。

网络安全在工业4.0中的重要性不言而喻，随着越来越多的设备连接到互联网，保护企业免受网络攻击和数据泄露的威胁变得尤为关键。

以上九大技术支柱共同构成了工业4.0的基础，它们的综合应用不仅改变了生产方式，还重塑了全球制造业的竞争格局。随着这些技术的不断发展和成熟，预计未来的工业4.0将带来更加智能化、灵活化和个性化的生产解决方案，为全球经济增长注入新的活力。

iFinD数据显示，工业4.0板块中共有190家上市公司。其中，专利授权数量前3名的公司分别是美的集团、海尔智家、TCL科技，所对应的专利授权数量分别为38653件、14707件、4289件。

表 工业4.0板块上市公司专利数量TOP30

资料来源：资产信息网 千际投行 iFinD

2.4 政策监管

在中国，工业4.0的发展和监管涉及众多政府部门和行业组织，体现了国家对于推进第四次工业革命和智能制造的高度重视。这些部门和组织共同构成了一个复杂的监管体系，旨在促进工业4.0的健康发展，确保技术创新与产业升级的同步进行。

具体来说，工业4.0行业受到包括发展改革委员会(发改委)、科学技术部(科技部)、工业和信息化部(工信部)、司法部、财政部、国务院国有资产监督管理委员会(国资委)、国家市场监督管理总局、国家知识产权局、国家标准化管理委员会、国家质量监督检验检疫总局等多个政府部门的监管。这些部门负责制定相关政策、监督执行、促进技术创新、保护知识产权、制定标准等，共同推动工业4.0领域的健康有序发展。

除了政府部门外，中国还有如中国工程机械工业协会、中国工业设计协会、中国电器工业协会、中国汽车工业协会等行业自律组织，以及工业4.0研究院等独立研究机构，它们在促进第四次工业革命的产学研合作、技术创新和战略规划等方面发挥着重要作用。工业4.0研究院作为一个面向第四次工业革命的独立研究机构，不仅聚焦于技术、专利、战略、模式和实践的研究，还通过与高等院校、研究机构和产业企业的深度合作，推动创新生态的形成和发展。

政策层面，中国政府发布了《智能制造发展规划(2016-2020年)》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《智能硬件产业创新发展专项行动(2016-2018年)》等一系列政策文件，旨在推动智能制造和工业4.0的发展。《中国制造2025》作为指导中国制造业中长期发展的重要文件，更是明确了智能制造的路线图，强调了创新驱动、质量提升、绿色发展、结构优化和人才为本的发展策略。