過去，中國制造的發展模式主要是依靠人口紅利以及資本等要素驅動，近年隨著內部人力成本、運營成本的上漲以及外部經濟的疲軟，中國制造業面臨著雙重壓力。成本優勢逐步被削弱，低端制造面臨著東南亞發展中經濟體的沖擊，而在向高端制造業升級轉型的價值鏈攀升過程中，也會受到發達國家的擠壓。此外，消費者的需求不斷趨于多元化與個性化，對高質量產品的需求日益加劇。

在這樣的背景之下，中國制造業亟須向中國“智”造轉型，通過智能制造帶動產業數字化水平和智能化水平提高的國家工業中長期發展戰略——中國制造2025戰略由此提出。

在中國制造2025的“召喚”之下，與智能制造關聯密切的概念頻頻出現，如由自動控制技術、嵌入式軟件技術、機器人技術、無線通信技術與物聯網技術相融合的信息物理系統（CPS）的構建，即以實現智能制造與智能工廠為愿景。

縱觀全球，由德國首先提出的工業4.0與中國制造2025的愿景頗為契合。工業4.0指的是通過實現“物聯網”系統完成大生產，最大程度實現生產全自動化、個性化、彈性化、自我優化和提高生產資源效率、降低生產成本的全新生產方式。

數字化打造透明工廠

工業4.0這一嶄新的工業制造邏輯和方式意味著網絡滲透工廠大生產的過程之中。與過去是以中心控制指揮系統，每一分鐘對機器發出指令的方式不同，在工業4.0時代由商品所附帶的信息告訴機器需要怎樣的生產過程，以制造出符合客戶要求的產品成為大勢所趨。

在生產之前，這些產品的使用目的就已預先被確定，部件生產所需的全部信息都已存在于虛擬現實中，每一個部件有自己的“名稱”和“地址”，具備身份信息的部件“知道”什么時候經過哪條生產線或哪個工藝過程。通過這種方式，部件可以確定各自在數字化工廠中的運行路徑。在未來的工廠里，甚至可以實現設備和工件之間的直接交流，進而自主決定后續的生產步驟，組成一個分布式、高效和靈活的系統。

因此，生產自動化、物流自動化、信息流自動化三個方面成為數字化生產的全過程中不可或缺的組成因素。

通過生產自動化，企業能夠高效率地收集生產數據，并且能夠規避由人為錯誤帶來的損失。物流自動化可以保證物料的過程數據的透明化和可追溯，任何一點細微的偏差都能做到有跡可循，幫助管理層進行更加科學高效的決策，縮短設備調試的時間，在有效避免進一步損失的同時，提高產品質量。

信息流的自動化是數字化的關鍵所在，從前期的計劃、采購、加工到交付的完整供應鏈中，需要各個部門的協同配合，如果部門間不能實現信息共享，消耗在共同環節的時間成本將會成倍疊加，效率自然很低。在信息自動化的過程中，通過設備自動完成信息的流動過程，上述痛點可以得到最優解，尤其是當企業的規模足夠大、加工的規模足夠復雜的時候，設備之間進行自主的信息交流變得十分必要。

實際上，如何實現研發、生產到物流的無縫銜接是所有企業的共同課題。數字化工廠用技術手段打通了從研發到生產、物流的全價值鏈，所有的圖紙、產品流、數據庫、物料流等都可以用數字手段模擬實現，通過數據共享避免了信息傳輸壁壘，實現生產和研發的互動，打造出業務透明的數字化工廠。

德國工業4.0的“雛形工廠”

創建于1989年的西門子安貝格工廠被認為是全球最先進的數字化工廠，一直以來被業界認為是德國工業4.0的雛形。如今，安貝格工廠每年可生產約1500萬件產品，按每年生產230天計算，即平均每秒就能生產出一臺控制設備，產品合格率高達99.9988%。

而2011年立項、2013年投產的西門子工業自動化產品的成都生產研發基地SEWC（下稱“西門子成都工廠”）也頗具實力，作為安貝格工廠的姊妹工廠，西門子成都工廠是西門子在德國之外建立的首家“數字化企業”。在某種程度上，西門子成都工廠成為德國工業4.0助力中國制造2025的實例之一。

據了解，與安貝格工廠相同，西門子成都工廠目前主要生產西門子旗下品牌Simatic的多款自動化產品，包括PLC可編程邏輯控制器、IPC工業電腦以及HMI人機界面。

“目前年產零部件數約100萬件，平均生產速度約30秒/件，百分之缺陷率小于15，產品首檢通過率為99.5％，準時交付率達到98.8%。”西門子成都工廠廠長李永利向第一財經記者介紹，并表示，“由于中國工業化的進程以及西門子在工業自動化中的重要性，西門子決定把工廠建到中國這一最重要的市場之中，因此需要運用最新的技術來保證成都工廠在未來20至30年中穩步前進。”

安貝格歷經27年的時間，將缺陷率由建立之初的500至600之間（每百萬個），降低到目前的9.5，而300至500的缺陷率是制造業熟練工人的正常標準，盡管西門子成都工廠目前擁有高素質的員工隊伍，但依靠傳統的管理方式是不可能將缺陷率降到更低標準。因此，數字化生產成為決定產品質量與生產效率的關鍵因素。

“我們的目標在于更好地提高質量。當客戶衡量產品時，不僅僅會思考這個產品本身的價格，更重要的是產品質量，因為當產品出故障時，給顧客帶來的損失遠遠要比產品自身的成本更高，數字化形成的強大數據流可以幫助整個工廠的管理運營并且保證所有信息全程可追溯，在縮短產品交付期的同時也保證了產品的質量。”李永利說道。

據觀察，在西門子成都工廠里的同一條生產線上最多能夠同時生產4種不同產品，借助MES制造執行系統為產能調整做出合理的規劃，工廠在提高生產質量的同時還可以控制生產成本。

在大批量生產方式中，柔性和生產率是相互矛盾的。柔性生產最早在1965年由英國的Molins公司首次提出，是指在柔性制造的基礎上，為適應市場需求多變和市場競爭激烈而產生的市場導向型的、按需生產的先進生產方式。柔性生產可以增強制造企業的靈活性和應變能力，縮短產品生產周期，提高設備利用率和員工勞動生產率，改善產品質量，是一種具有旺盛需求和強大生命力的生產模式。

據介紹，MES系統通過對特定生產線的配件發出指令，規劃其接下來的生產流程與路線。通過電子作業指導書“教”工作人員按照正確的步驟對不同的產品進行包裝。這套系統相當于一個助手，通過人工的方式完成混線產品包裝，可以有效規避人為錯誤，同時也較為經濟，不致成本過高。由此看來，柔性生產勢必是推動中國制造業轉型升級的必經之路。

德國工業4.0助力中國制造2025

最早提出工業4.0概念的德國，目前已經跨越了工業2.0與3.0階段，主要聚焦在高端的產業和產業的高端環節，需要提高資源的利用率。但中國的制造業普遍認為仍處于工業2.0與3.0并行發展階段。

2014年10月，中德共同發表《中德合作行動綱要》，宣布兩國將開展工業4.0合作。2015年10月，德國總理默克爾訪華時，兩國宣布，將推進中國制造2025和德國工業4.0戰略對接，共同推動新工業革命和業態，達成雙贏。德國企業在加大中國市場的開拓，并針對中國客戶需求研發智能生產相關技術、產品和解決方案，以數字化提升工業生產力的增長。以工業4.0助力中國制造2025的實例也在逐步增加。

以西門子為例，借助西門子全集成自動化解決方案（TIA），蒙牛成功打造了從實驗室信息管理系統到全自動化的生產線，智能、高效的數字化工廠，進入“乳業4.0”的新浪潮。

2013年，通過西門子SimaticITUnilab平臺開始實施實驗室信息管理系統（LIMS）。至2015年，系統已全面上線，覆蓋蒙牛全國的34個生產工廠實驗室和兩個研發型中心實驗室。通過LIMS，蒙牛制定了科學的檢驗計劃，實現了全產業鏈的質量數據追溯。對于每一個批次的產品，如有任何質量問題，都能追溯到原奶接收、入倉、前處理、灌裝、包裝、入庫等各個生產環節。

據統計，蒙牛通過LIMS實現了約1400種質檢方法的電子記錄和計算，90%以上的檢測數據能自動采集并上傳至LIMS，各類檢驗所需的時間節省了10%~25%。由于LIMS的使用，質檢流程中的冗余步驟被簡化，效率提升15%以上。此外，在儀器設備管理、質檢成本管理和人員優化等方面，LIMS也發揮了舉足輕重的作用。

2016年3月，西門子與中國石化潤滑油有限公司（下稱“中石化潤滑油”）簽署了戰略合作伙伴協議。根據協議，西門子將為中石化潤滑油提供一體化工程設計及運營平臺包括SimaticPCS7過程控制系統等，并提供技術和開發支持。依靠西門子強大的功能部件和數據平臺，中石化潤滑油將根據相關投資管理流程積極推進在3D實時虛擬現實工廠、生產調度及優化系統、節能系統、工廠運維系統、管理決策系統以及操作員培訓、安全培訓等系統上，開發適合中國石化潤滑油企業行業特點的行業功能組件。

不難看出，西門子正把先進的技術與理念引入中國，在自我應用的同時也惠及眾多亟須轉型升級的中國制造企業，對于幫助實現中國制造2025，無疑是“多贏”之舉。