2.1 工业4.0的本质
实际上，“工业4.0”的本质就是互联、集成以及数据，如图2-1所示。
图2-1“工业4.0”的本质
2.1.1 互联
“工业4.0”顺应互联网时代的发展，将各种高端技术、系统通过CPS融合，形成智能互联网，如图2-2所示。
图2-2“工业4.0”背景下的智能网络
“工业4.0”背景下衍生的智能网络能够帮助工业制造过程实现多种互联，如图2-3所示。这一多种形式的互联可以让机器、工作部件、系统以及人类通过网络保持数字信息的持续交流，最终实现万物互联的美好愿景。
图2-3 多种形式的智能网络互联
1．生产设备之间的互联
智能设备的普及和广泛应用是“工业2.0”到“工业3.0”时代的重要研究成果和标志，“工业4.0”将出现更高端、更智能的成果。如图2-4所示为智能设备。
图2-4 智能设备
实际上，“工业4.0”的基础是单机智能设备之间的互联，将类型齐全、功能不一样的单机设备的互联组成一条全新的智能生产线，把不同的智能生产线之间的互联组合成一个“智能车间”。智能车间之间互联形成“智能工厂”，最终通过“智能工厂”实现智能制造系统。
这些高端、先进的智能设备、智能生产线、智能车间以及智能工厂都是动态且自由的，这种互联足以满足工业制造业需求的变化。
2．设备与产品的互联
“工业4.0”的出现意味着“智能工厂”极有可能实现自行运转，与此同时零件与机器设备之间也将实现自主交流。
在“工业4.0”背景下，由于产品和生产设备之间能够通信，这样能够帮助产品了解加工制造的流程和细节，同时还可以知道自己将会被怎样使用等一系列疑问。在产品的制造过程中，零件与设备能够亲自参与并协助生产，回答诸如“被制造出来的时间”“制造经过的生产工序”“怎么使用”等问题。
3．虚拟与现实的互联
信息物理系统还能够实现资源、信息、物体以及人类之间的联系，推进物联网以及相关服务的衍生，实现“智能工厂”的转变，形成智能环境，推动各事物之间的协调和互动。如图2-5所示为智能环境的协调互动。
图2-5 智能环境的协调互动
那么在智能环境下，智能制造的核心又是什么呢？能够起到怎样的作用呢？如图2-6所示为智能制造的核心结构及作用。
图2-6 智能制造的核心结构及作用
4．万物互联
“工业4.0”背景下大力发展信息技术的最终愿景就是想要实现处处互联、时时互联的目标，并将所有智能设备和产品集成，形成一个网络终端。
“万物互联”概念是指将世界上的人、物、数据与系统程序通过互联网进行连接，从根本上实现人类社会人和人、人和物以及物和物之间的交流，将社会的生产方式、工具以及生活场景进行新一轮的构建，如图2-7所示。
图2-7 万物互联
专家提醒
信息物理系统（CPS，Cyber-Physical Systems）在“工业4.0”中占据重要地位，CPS能够将物理设备与互联网相连接，帮助物理设备实现计算、通信、控制、远程协调以及自治5大功能，以此来推动虚拟网络与现实物理世界之间的融合。如图2-8所示为CPS。
图2-8 CPS
2.1.2 集成
“工业4.0”构建出了一个全新的智能网络，将无处不在的传感器、终端系统、智能控制系统以及通信设施通过CPS融合。这个举措，不仅促进了人与人、人与设备之间的互联，还实现了“智能工厂”的集成，从而实现智能工厂的3项集成。如图2-9所示为“工业4.0”的集成表现。
图2-9 “工业4.0”的集成
1．纵向集成
伴随着全球信息技术与工业的融合，纵向集成也得到了一定程度的发展。在现阶段，企业信息化在工业制造企业中发挥着重要作用，从根本上说，作为全面实现智能化的前提，“工业4.0”所追求的就是在企业内部实现生产环节信息的无缝链接，如图2-10所示。
图2-10 “智能工厂”的纵向集成
2．横向集成
在当前工业市场竞争牵引和技术创新的驱使下，制造业企业都在追求生产过程的横向集成，如图2-11所示。
图2-11 制造业企业的横向集成
在“工业4.0”背景下，单单将生产集成集中于制造业企业内部显然已经远远不够。也就是说，现阶段如果企业想要长久发展，并取得好的效益，就需要制定新的发展目标。如图2-12所示为“工业4.0”背景下制造业企业集成的转变。
图2-12 “工业4.0”背景下制造业企业集成的转变
横向集成主要是指某一企业通过价值链与信息网络进行资源整合。如图2-13所示为“智能工厂”的横向集成。
图2-13 “智能工厂”的横向集成
横向集成的优势是实现与其他企业之间的协调合作，满足各自需求。如图2-14所示为横向集成的作用。
图2-14 横向集成的作用
3．端对端集成
端对端集成的主要功能是为客户提供具有更多价值的产品与服务，另外，在为客户提供优质服务的同时，还将为产业链价值体系的重建提供帮助。如图2-15所示为“工业4.0”的端对端集成体现。
图2-15 “工业4.0”的端对端集成
端对端的集成，贯穿了产品生命周期每个环节的价值链，为企业实现大规模个性化定制奠定基础，为企业生产提供服务。如图2-16所示为端对端集成的作用。
图2-16 端对端集成的作用
2.1.3 数据
在“工业4.0”环境下，随着高端智能设备与终端的普及，给人类社会带来了无所不在的感知与连接，这些终端、生产和感知设备在运行过程中也将产生大量数据，最终这些数据将会逐一渗透到企业运营、价值链在内的工业加工、制造周期中，成为推动“工业4.0”发展进程的基石。如图2-17所示为“工业4.0”的数据内容。
图2-17 “工业4.0”数据内容
自第一次工业革命至今，数据一直作为区分传统工业生产体系的重要特征。有关研究表明，“工业4.0”时代的来临也意味着工业制造企业的生产数据将会在很长一段时间内呈现持续增长态势。“工业4.0”数据内容主要包括以下4个方面。
1．产品数据
产品数据包括设计等在内一共9大数据，如图2-18所示。
图2-18 产品数据
产品数据得到保护，形成产品数据的生命周期，为实现用户个性化需求提供了前提条件。如图2-19所示为产品数据的生命周期。
图2-19 产品数据的生命周期
在“工业4.0”时代，产品数据的记录将不再局限于或者依赖于外部设备来实现，包括内嵌在产品中的传感器在内，现在都可以满足产品数据记录的需求，确保数据记录过程的精准，并且能够在此基础上保障工业产品的管理可以完全贯穿于设计、生产、销售及售后等环节，如图2-20所示。
图2-20 隐藏在键盘里的内嵌传感器
2．运营数据
运营数据主要包括10个部分，如图2-21所示。
图2-21 运营数据
工业生产过程的连接、传感为运营带来了更多数据，它们将给企业带来创新作用。如图2-22所示为数据给企业带来的创新。
图2-22 数据给企业带来的创新
那么在运营数据中，对这些数据进行采集和分析除了能给企业带来新的思维创新之外，还能带来什么呢？如图2-23所示为运营数据的优势。
图2-23 运营数据的优势
3．价值链数据
价值链数据包括3部分，如图2-24所示。
图2-24 价值链数据
在现阶段，工业国际竞争力十分激烈，企业想要在这种环境中提升自己的价值，需要从几方面去努力。如图2-25为工业企业参与国际竞争的要素。
图2-25 工业企业参与国际竞争的要素
实际上，价值链数据在大数据上也有所体现。“工业4.0”环境下大数据技术得到广泛使用，这也为企业的决策与管理提供了探究价值链的全新视角，让人们将价值链上环节转变成为企业的战略发展优势。例如，汽车制造企业的大数据实现了提前预测功能，有利于提升客户对产品的支持和购买率。
4．外部数据
外部数据涵盖4个部分的数据，如图2-26所示。
图2-26 外部数据
目前，由于外部环境多变，因此企业想要避免因外部环境改变带来的风险，就务必先行掌握充分的外部环境资料，包括其发展状况等数据，以此来提升自身随机应变的能力。
此前，大数据分析技术广泛应用在宏观经济分析、行业市场调研中，受到了一定程度的认可，逐渐成为企业用来提升管理和顺应市场发展的主要手段。在工业制造业企业中，有一部分优秀企业已经通过数据分析为企业内部工作人员提供了工作信息、技能以及工具，成功地引导员工，帮助他们及时在“影响点”做出重要决策。
由此表明，准确应用大数据分析技术，无论是对制造领域相关企业的生产发展环节，还是对企业内部管理都具有积极的推动作用。大数据技术的不断发展，将为许多领域和企业带来新的发展空间，特别是对于一些急需转型、升级的中小型企业来说，更是不可多得的机遇。
想要在“工业4.0”环境中迅速成长，积极推动大数据应用才是硬道理。
专家提醒
市场调研是指以提升产品的销售决策质量、解决产品销售过程中问题的组织，按照特定决策运用科学方法进行目的性收集、统计、报告的过程。如图2-27所示为市场调研环节。
图2-27 市场调研环节