工业4.0在德国被认为是第四次工业革命，主要是指，在“智能工厂”利用“智能设备”将“智能物料”生产成为“智能产品”，整个过程贯穿以“网络协同”，从而提升生产效率，缩短生产周期，降低生产成本。它的典型特征是：融合性与革命性，是新一代信息技术与工业化深度融合的产物，是一种新的生产方式，推动传统大规模批量生产向大规模定制生产转变。

智能工厂

“工业4.0”其实就是基于信息物理系统实现智能工厂，最终实现的是制造模式的变革。

（一）智能工厂概念

“工业 4.0”从嵌入式系统向信息物理系统（CPS）进化，形成智能工厂。智能工厂作为未来第四次工业革命的代表，不断向实现物体、数据以及服务等无缝连接的互联网（物联网、数据网和服务互联网）的方向发展。

物联网和服务互联网分别位于智能工厂的三层信息技术基础架构的底层和顶层。最顶层中，与生产计划、物流、能耗和经营管理相关的ERP、SCM、CRM等，和产品设计、技术相关的PLM处在最上层，与服务互联网紧紧相连。中间一层，通过CPS物理信息系统实现与生产设备和生产线控制、调度等相关功能。从智能物料供应，到智能产品的产出，贯通整个产品生命周期管理。最底层则通过物联网技术实现控制、执行、传感，实现智能生产（图1）。

图1 智能工厂的三层信息技术基础架构

（二）智能工厂的三项集成

集成意味着以计算机应用为核心，是信息技术在制造业应用发展的高级阶段，支持制造过程的各个环节。高度集成化能够极大地提高企业的生产效率、有效组织各方资源、鼓舞不同链条中的员工的生产积极性，将企业从不同个体变为具备超强凝聚力的团队，使人员组织管理、任务分配、工作协调、信息交流、设计资料与资源共享等发生根本性变化。

“工业4.0”通过CPS，将生产设备、传感器、嵌入式系统、生产管理系统等融合成一个智能网络，使得设备与设备以及服务与服务之间能够互联，从而实现横向、纵向和端对端的高度集成。

横向集成是指网络协同制造的企业间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源信息共享与资源整合，确保了各企业间的无缝合作，提供实时产品与服务的机制。横向集成主要体现在网络协同合作上，主要是指从企业的集成到企业间的集成，走向企业间产业链、企业集团甚至跨国集团这种基于企业业务管理系统的集成，产生新的价值链和商业模式的创新（图2）。

图2 智能工厂的横向集成

纵向集成是指基于智能工厂中的网络化的制造体系，实现分散式生产，替代传统的集中式中央控制的生产流程。纵向集成主要体现在工厂内的科学管理上，从侧重于产品的设计和制造过程，走到了产品全生命周期的集成过程，建立有效的纵向的生产体系（图3）。

图3 智能工厂的纵向集成

端对端集成是指贯穿整个价值链的工程化信息系统集成，以保障大规模个性化定制的实施。端对端集成以价值链为导向，实现端到端的生产流程，实现信息世界和物理世界的有效整合。端对端集成是从工艺流程角度来审视智能制造，主要体现在并行制造上，将由单元技术产品通过集成平台，形成企业的集成平台系统，并朝着工厂综合能力平台发展（图4）。

图4 智能工厂的端到端的集成

智能工厂的三项集成，从多年来以信息共享为集成的重点，走到了过程集成的阶段，并不断向智能发展的集成阶段迈进。“工业4.0”推动在现有高端水平上的纵向、横向以及端到端的，包括企业内部、企业与网络协同合作企业之间以及企业和顾客之间的全方位的整合。

从过去集成化思想在制造业中发展历程以及给制造业带来的效果评价来看，制造业已然越来越离不开以先进技术为支持的全方位整合。可以说，基于全方位整合的集成化思维是制造业新思维之一。而且，制造业今后的发展也必将以“借势借力、整合资源”的全方位整合为基本思路。