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先进制造工艺。这一领域关注针对材料或产品的高效和高质量制造的创新工艺，新材料方面的重点在于小规模制造的同时实现柔性与快速响应，智能、自适应和可扩展的系统对于微纳制造有特殊的需求。该领域包含3个子领域：加工新型材料和结构（成为产品），复杂结构、外形和尺寸，面向突破性制造工艺的业务模式和策略。
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自适应和智能制造系统。这一领域关注部件级和系统级的制造设备创新，包括机电一体化、控制和监视系统，以智能机器人和智能机床为代表。该领域包含两个子领域：自适应和智能的制造设备、组件与机床；动态生产系统和动态车间。
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数字化、虚拟和资源高效利用的工厂。这一领域关注工厂设计、数据收集和管理、运营和规划，从实时的到长期的最优化方法。先进工厂全生命周期管理的一个先决条件是综合的、可扩展的工厂模型，支持特征的多层访问，不同粒度数据的集合，功能的放大和缩小，获取所有工厂资源（资产、机床、工人和物品）的实时数据。
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合作与移动的企业。这一领域关注联网的工厂和动态的供应链。通过创新的ICT将解决未来制造企业面临的一些挑战，如：设计、工程、服务和供应链数据的安全交换，工艺、延迟和库存流的可视化与跟踪，调整动态变更的订单和要求，降低转包产能的隐藏风险，在闭环全生命周期管理中（尤其是对产品的生命终止服务）加入新的产品回收法则以及不对称信息的分配，获得供应网络的复杂度和多维度。
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以人为本的制造。这一领域关注在工厂中加强人的作用，利用人的潜力。未来的高知工人将使用由多形态的用户界面、直觉和用户体验驱动的工作流，安全地计划、编排、操作和维护制造系统，移动的和遍布的ICT将让他们远程控制和监管制造过程，新的安全系统将全面实现人-机器人合作，任务和更改在自动化水平下的动态再分配将形成人-自动化共生局面并实现（欧洲）劳动力技能的全面部署，对工人认知技能的提高和支持，对建立以人为本的工作场所越发重要。
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聚焦用户的制造。这一领域关注在制造价值链中的用户参与度，从产品-工艺设计到制造相关的创新服务。未来的制造企业将收集用户需求，分析它们，并且制作正确的产品与服务模型。
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智慧工厂：中国制造业探索实践 [:1704011769]
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智慧工厂：中国制造业探索实践 2.3.3 德国“工业4.0”计划
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德国“工业4.0”已经超越美国“第三次工业革命”和3D打印概念，成为工业界最热点的话题。“工业4.0”愿景中描绘的第四次工业革命实质上就是打造基于信息物理系统的“智能制造”模式，实现物联网、数据和服务联网。
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1.计划概述
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“工业4.0”计划是德国2012年3月正式启动的“高技术2020战略行动计划”列出的十大“未来计划”之一，参与者包括代表德国教育与研究部的德国国家科学与工程院、德国人工智能研究中心、弗劳恩霍夫研究所、“‘东威斯特法伦-利普’智能技术系统”尖端研究组、“智能工厂”计划，以及西门子、博世、FESTO、TRUMPF、SAP等德国领先的工业和软件企业。
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目前，德国建立了“工业4.0平台”，由德国信息技术/通讯和新媒体协会（BITKOM）、德国机械设备制造业联合会（VDMA）以及德国电气和电子工业联合会（ZVEI）3个专业协会共同建立秘书处，为关键的优先主题制订研发路线图。这3个协会在2013年初进行了“工业4.0前景”调查，对278家企业的调查显示，47%的企业已经积极参与“工业4.0”计划，18%的企业参加了对该计划的研究，12%的企业则已经开始实施“工业4.0”计划。
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“工业4.0”计划已经从德国“高技术2020战略行动计划”处获得2亿欧元投资，启动了包括信息物理生产系统、信息通信技术2020、工业4.0自动化等至少45个研究项目，2012年启动的“‘东威斯特法伦-利普’智能技术系统”尖端研究组是其中最大的项目。此外，在“高技术2020战略”框架下开展的“信息通信技术（ICT）2020——创新研究”计划以及“智能服务——基于网络的商业服务”计划都与“工业4.0”密切相关。
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2.要点分析
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德国“工业4.0”计划的要点可以概括为：建设一个网络、研究三大主题、实现三项集成、实施八项计划。软件密集型嵌入式系统是德国的强项，在“工业4.0”中继续作为发展的一个核心，信息物理系统就衍生自网络化嵌入式系统，并将最终前进到物联网、数据和服务互联网，这也是“工业4.0”的一个愿景。能够表现“工业4.0”的中心特征的3个范本是智能产品、智能机床和增强的操作员。
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总的来看，“工业4.0”计划的核心就是通过信息物理系统网络实现人、设备与产品的实时连通、相互识别和有效交流，从而构建一个高度灵活的个性化、数字化的智能制造模式。在这种模式下，生产由集中向分散转变，规模效应不再是工业生产的关键因素；产品由趋同向个性转变，未来产品都将完全按照个人意愿进行生产，极端情况下将成为自动化、个性化单件制造；用户由部分参与向全程参与转变，用户不仅出现在生产流程的两端，而且广泛、实时参与生产和价值创造的全过程。
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德国学术界和工业界将制造业领域的技术渐进性进步描述为工业革命的四个阶段，即“工业4.0”的进化历程。在未来，基于信息物理系统的智能化将使人类步入以智能制造为主导的第四次工业革命。产品全生命周期和全制造流程的数字化以及基于信息通信技术的模块化集成，将形成一个高度柔性、定制化、数字化的产品与服务的生产模式，即实现“工业4.0”。
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信息物理系统是物联网的基础，而物联网与服务互联网的结合使“工业4.0”成为可能。在2009年的“嵌入式系统国家路线图”中，信息物理系统将最终走向物联网、数据和服务互联网。“CPS综合研究议程”计划确认了2025年前信息物理系统的4个重大研究领域：能源、移动性、健康和工业（见图2-4）。ICT是所有未来互联网需求领域的创新动力，“ICT 2020——创新研究”计划特别注重复杂系统的ICT、新业务过程和生产方法以及物联网和服务互联网，有关软件系统和知识处理的研究分为以下3类：
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1）嵌入式系统，尤其是与电子器件、通信技术和微系统技术相联系的软件密集型嵌入式系统。
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2）电网应用和基础设施的仿真现实，虚拟/增强现实和环境智能，面向高性能计算的仿真、信息后勤和软件开发。
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3）通过语言和媒体技术、实现人-机交互，类生物的信息处理，服务机器人及其可用性。
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图2-4 CPS综合研究议程
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