在歐洲地區(qū)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的是德國，特別是激光材料加工方面處于世界領(lǐng)先的地位。1986年德國提出了 1987- 1992 年《激光研究與激光技術(shù)》資助重點(diǎn)的BMFT資助計(jì)劃，在這五年期間實(shí)際投資為2億6千2百萬馬克， 資助重點(diǎn)與經(jīng)費(fèi)分配為：激光器與 元件36%，應(yīng)用技術(shù)與系統(tǒng)集成48.9%，激光測(cè)量與激光分析12.2% ，其它2.3%；也就是說約72%的經(jīng)費(fèi)用于激光材料加工的課題（光源、元件、 系統(tǒng)和方法）。承擔(dān)課題的有科研集團(tuán)（FHG、MPG、GFE）6個(gè)科研所，9個(gè)大的激光中心，高校研究所中的30個(gè)科研組，共約900名科研人員參加。 在這期間建立的比較著名的研究所和中心有：夫朗和費(fèi)激光技術(shù)研究所、柏林固體激光研究所、漢諾威激光中心、斯圖加特光束應(yīng)用研究中心等。

        時(shí)至今日，當(dāng)我們提起德國激光加工時(shí)可能很多人已經(jīng)不再陌生，先進(jìn)的激光器及激光加工設(shè)備正在我國的工業(yè)制造領(lǐng)域起著越來越重要的角色。小到量體裁衣，大 到航天飛機(jī)，德國的激光加工應(yīng)用越來越普遍，其激光與光學(xué)產(chǎn)品在全世界銷售額每年以10％到20％的速度增長。德國通快集團(tuán)在2013年更是實(shí)現(xiàn)了 23.43億歐元的營業(yè)收入，在中國安裝了超過5000臺(tái)機(jī)床和激光設(shè)備。

　　2013年年底，德國產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開發(fā)并已投入實(shí)際應(yīng)用的超短脈沖激光工業(yè)精加工技術(shù)獲得德國總統(tǒng)高克頒發(fā)的德國未來獎(jiǎng)。

　 　近年來，德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略為我們展現(xiàn)了一幅全新的工業(yè)藍(lán)圖，深入分析其愿景與要點(diǎn)，可以洞察德國提出工業(yè)4.0的目的與戰(zhàn)略意圖。在新的發(fā)展背景下， 將信息化的時(shí)代特征與我國激光產(chǎn)業(yè)歷史進(jìn)程緊密結(jié)合起來，為推動(dòng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)注入新的動(dòng)力，從而在向信息化、智能化邁進(jìn)的過程中占得先機(jī)，這是4.0戰(zhàn)略 對(duì)我國推進(jìn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要啟示。

　　戰(zhàn)略愿景與要點(diǎn)

　　工業(yè)4.0，德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，未來10年，基于信息物理 系統(tǒng) （Cyber－PhysicalSystem，CPS）的智能化，將使人類步入以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命。產(chǎn)品全生命周期和全制造流程的數(shù)字化以 及基于信息通信技術(shù)的模塊集成，將形成一個(gè)高度靈活、個(gè)性化、數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。

　　工業(yè)4.0為我們展現(xiàn)了一幅全新的工業(yè)藍(lán)圖：在一個(gè)“智能、網(wǎng)絡(luò)化的世界”里，物聯(lián)網(wǎng)和務(wù)聯(lián)網(wǎng)（服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)）將滲透到所有的關(guān)鍵領(lǐng)域，創(chuàng)造新價(jià)值的過程逐步發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將重組，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式。

　 　首先，工業(yè)4.0將使得工業(yè)生產(chǎn)過程更加靈活、堅(jiān)強(qiáng)。這將使得動(dòng)態(tài)的、適時(shí)優(yōu)化的和自我組織的價(jià)值鏈成為現(xiàn)實(shí)，并帶來諸如成本、可利用性和資源消耗等不 同標(biāo)準(zhǔn)的最優(yōu)化選擇。包括在制造領(lǐng)域的所有因素和資源間形成全新的循環(huán)網(wǎng)絡(luò)、智能產(chǎn)品獨(dú)特的可識(shí)別性、個(gè)性化產(chǎn)品定制以及高度靈活的工作環(huán)境等。

　 　其次，工業(yè)4.0將發(fā)展出全新的商業(yè)模式和合作模式。這些模式將力爭確保潛在的商業(yè)利潤在整個(gè)價(jià)值鏈所有利益相關(guān)人之間公平地共享，包括那些新進(jìn)入的利 益相關(guān)人。同時(shí)，工業(yè)4.0“網(wǎng)絡(luò)化制造”、“自我組織適應(yīng)性強(qiáng)的物流”和“集成客戶的制造工程”等特征，也使得它追求新的商業(yè)模式以率先滿足動(dòng)態(tài)的商業(yè) 網(wǎng)絡(luò)而非單個(gè)公司，這將引發(fā)一系列諸如融資、發(fā)展、可靠性、風(fēng)險(xiǎn)、責(zé)任和知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及技術(shù)安全等問題。

　　再次，工業(yè)4.0將帶來工作方式 和環(huán)境的全新變化。全新的協(xié)作工作方式使得工作可以脫離工廠，通過虛擬的、移動(dòng)的方式開展。員工將擁有高度的管理自主權(quán)，可以更加積極地投入和調(diào)節(jié)自己的 工作。同時(shí)，隨著工作環(huán)境和工作方式的巨大改變，可以大幅度提升老年人和婦女的就業(yè)比例，確保人口結(jié)構(gòu)的變化不會(huì)影響當(dāng)前的生活水平。

　　最后，工業(yè)4.0將促進(jìn)形成全新的信息物理系統(tǒng)平臺(tái)。全新的信息物理系統(tǒng)平臺(tái)能夠聯(lián)系到所有參與的人員、物體和系統(tǒng)，將提供全面、快捷、安全可靠的服務(wù)和應(yīng)用業(yè)務(wù)流程，支持移動(dòng)終端設(shè)備和業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)同制造、服務(wù)、分析和預(yù)測(cè)流程等。
 

　　德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的要點(diǎn)可以概括為：建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、研究兩大主題、實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)集成、實(shí)施八項(xiàng)計(jì)劃。

　　建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：信息物理系 統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。信息物理系統(tǒng)就是將物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世 界的融合。CPS可以將資源、信息、物體以及人緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)服務(wù)，并將生產(chǎn)工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)智能環(huán)境。這是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。

　　研究兩大主題：智能工廠和智能生產(chǎn)。“智能工廠”是未來智能基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程以及網(wǎng)絡(luò)化分布生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)。“智能生產(chǎn)”的側(cè)重點(diǎn)在于將人機(jī)互動(dòng)、智能物流管理、3D打印等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程，從而形成高度靈活、個(gè)性化、網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)業(yè)鏈。生產(chǎn)流程智能化是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的關(guān)鍵。

　 　實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)集成：橫向集成、縱向集成與端對(duì)端的集成。工業(yè)4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過CPS形成一個(gè)智能網(wǎng) 絡(luò)，使人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對(duì)端的高度集成。橫向集成是企業(yè)之間通過價(jià)值鏈以及信息網(wǎng)絡(luò)所實(shí) 現(xiàn)的一種資源整合，是為了實(shí)現(xiàn)各企業(yè)間的無縫合作，提供實(shí)時(shí)產(chǎn)品與服務(wù)；縱向集成是基于未來智能工廠中網(wǎng)絡(luò)化的制造體系，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制生產(chǎn)，替代傳統(tǒng)的 固定式生產(chǎn)流程（如生產(chǎn)流水線）；端對(duì)端集成是指貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的工程化數(shù)字集成，是在所有終端數(shù)字化的前提下實(shí)現(xiàn)的基于價(jià)值鏈與不同公司之間的一種整 合，這將最大限度地實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制。

　　實(shí)施八項(xiàng)計(jì)劃：工業(yè)4.0得以實(shí)現(xiàn)的基本保障。一是標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)。需要開發(fā)出一套單一的共同標(biāo) 準(zhǔn)，不同公司間的網(wǎng)絡(luò)連接和集成才會(huì)成為可能。二是管理復(fù)雜系統(tǒng)。適當(dāng)?shù)挠?jì)劃和解釋性模型可以為管理日趨復(fù)雜的產(chǎn)品和制造系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。三是一套綜合的工 業(yè)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施?？煽?、全面、高品質(zhì)的通信網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)4．0的一個(gè)關(guān)鍵要求。四是安全和保障。在確保生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品本身不能對(duì)人和環(huán)境構(gòu)成威脅的同時(shí)，要 防止生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品濫用及未經(jīng)授權(quán)的獲取。五是工作的組織和設(shè)計(jì)。隨著工作內(nèi)容、流程和環(huán)境的變化，對(duì)管理工作提出了新的要求。六是培訓(xùn)和持續(xù)的職業(yè)發(fā) 展。有必要通過建立終身學(xué)習(xí)和持續(xù)職業(yè)發(fā)展計(jì)劃，幫助工人應(yīng)對(duì)來自工作和技能的新要求。七是監(jiān)管框架。創(chuàng)新帶來的諸如企業(yè)數(shù)據(jù)、責(zé)任、個(gè)人數(shù)據(jù)以及貿(mào)易限 制等新問題，需要包括準(zhǔn)則、示范合同、協(xié)議、審計(jì)等適當(dāng)手段加以監(jiān)管。八是資源利用效率。需要考慮和權(quán)衡在原材料和能源上的大量消耗給環(huán)境和安全供應(yīng)帶來 的諸多風(fēng)險(xiǎn)。

　　總的來看，工業(yè)4.0戰(zhàn)略的核心就是通過CPS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備與產(chǎn)品的實(shí)時(shí)連通、相互識(shí)別和有效交流，從而構(gòu)建一個(gè)高度 靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的智能制造模式。在這種模式下，生產(chǎn)由集中向分散轉(zhuǎn)變，規(guī)模效應(yīng)不再是工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素；產(chǎn)品由趨同向個(gè)性轉(zhuǎn)變，未來產(chǎn)品都將完全 按照個(gè)人意愿進(jìn)行生產(chǎn)，極端情況下將成為自動(dòng)化、個(gè)性化的單件制造；用戶由部分參與向全程參與轉(zhuǎn)變，用戶不僅出現(xiàn)在生產(chǎn)流程的兩端，而且廣泛、實(shí)時(shí)參與生 產(chǎn)和價(jià)值創(chuàng)造的全過程。
 

　　對(duì)我國激光制造工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的啟示

　　激光企業(yè)積極參與國家智能制造重大專項(xiàng)工程。智能制造已成為全球制造業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)，智能設(shè)備和生產(chǎn)手段在未來必將廣泛替代傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式。當(dāng)前，我國在智能測(cè)控、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、新型傳感器、3D打印等領(lǐng)域，初步形成完整的產(chǎn)業(yè)體系。但總體看，我國制造業(yè)發(fā)展仍然以簡單地?cái)U(kuò)大再生產(chǎn)為主要途徑，通過智能產(chǎn)品、技術(shù)、裝備和理念改造提升傳統(tǒng)制造業(yè)的任務(wù)艱巨而迫切。

　 　建議激光企業(yè)參與從國家層面啟動(dòng)實(shí)施的智能制造專項(xiàng)工程，加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，開展應(yīng)用示范，推動(dòng)激光制造向智能化發(fā)展轉(zhuǎn)型。一是重點(diǎn)突破智能切割/焊接機(jī)器 人。參與開展智能機(jī)器人及智能裝備系統(tǒng)集成、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)檢測(cè)等核心技術(shù)研究，攻克精密減速器、伺服驅(qū)動(dòng)器、傳感器等關(guān)鍵零部件。二是開展激光智能工 廠應(yīng)用示范，發(fā)揮行業(yè)“種子”作用，。三是積極推動(dòng)激光制造在大數(shù)據(jù)的應(yīng)用。以大族激光、華工科技等行業(yè)龍頭企業(yè)為先導(dǎo)，鼓勵(lì)其應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)提升生產(chǎn)制 造、供應(yīng)鏈管理、產(chǎn)品營銷及服務(wù)等環(huán)節(jié)的智能決策水平和經(jīng)營效率。

　　用標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工業(yè)融合。工業(yè)4.0戰(zhàn)略的關(guān)鍵是建立一個(gè)人、機(jī)器、資源互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)化社會(huì)，各種激光設(shè)備、 應(yīng)用軟件之間的數(shù)據(jù)信息交換、識(shí)別、處理、維護(hù)等必須基于一套標(biāo)準(zhǔn)化的體系。為了保障工業(yè)4.0的順利實(shí)現(xiàn)，德國把標(biāo)準(zhǔn)化排在八項(xiàng)行動(dòng)中的第一位，同時(shí)建 議在工業(yè)4.0平臺(tái)下成立一個(gè)工作小組，專門處理標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)的問題。企業(yè)在推進(jìn)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工業(yè)企業(yè)深度融合的具體實(shí)踐中，也應(yīng)高度重視發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn) 化工作在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的引領(lǐng)作用，引導(dǎo)企業(yè)推進(jìn)信息化建設(shè)。同時(shí)，還要著力實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的國際化，使得中國激光制定的標(biāo)準(zhǔn)得到國際上的廣泛采用，以奪取未來產(chǎn)業(yè) 競(jìng)爭的制高點(diǎn)和話語權(quán)。

　　構(gòu)建有利于工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的制度保障體系。德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略十分重視產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、組織創(chuàng)新與現(xiàn)有制度相沖突的問 題。工業(yè)4.0一方面增加了管控的復(fù)雜性，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定需要符合相應(yīng)的法律法規(guī)；另一方面也需要制定相應(yīng)的規(guī)章制度促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。工業(yè)4.0采取了一系 列措施以加強(qiáng)制度保障，比如設(shè)立處理各類問題的專職工作組，制定和實(shí)施安全性支撐行動(dòng)，建立培訓(xùn)和再教育制度等。我國在推動(dòng)激光制造工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的問題 上，也同樣面臨制度保障方面的相關(guān)問題。因此，非常有必要建立和完善有利于工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的長效機(jī)制，比如激光技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)制度，激光加工的節(jié)能環(huán)保、 激光安全等級(jí)等重點(diǎn)領(lǐng)域的法律法規(guī)，人才培養(yǎng)和激勵(lì)機(jī)制等，從而形成推動(dòng)激光制造工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的制度保障。

　　產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合推動(dòng)制造業(yè)創(chuàng)新 發(fā)展。德國工業(yè)4.0是由德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)、西門子公司等聯(lián)合發(fā)起的，工作組成員也是由產(chǎn)學(xué)研用多方代表組成的。因此，工業(yè)4.0戰(zhàn)略一經(jīng)提 出，很快得到了學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的積極響應(yīng)。事實(shí)上，政府支持產(chǎn)學(xué)研合作的動(dòng)機(jī)不單純來自于市場(chǎng)考量，通過產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新促進(jìn)競(jìng)爭往往成為發(fā)達(dá)國家重要的戰(zhàn) 略意圖。中國激光應(yīng)該充分吸收和借鑒發(fā)達(dá)國家產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合模式，一方面，針對(duì)不同類型的如中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所、華中科技大學(xué)武漢光電國家實(shí) 驗(yàn)室和激光加工國家工程研究中心等激光技術(shù)科研機(jī)構(gòu)，政府要通過引導(dǎo)和支持的方式促進(jìn)其發(fā)展；另一方面，選擇幾個(gè)重點(diǎn)激光企業(yè)和關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行試點(diǎn)，以 骨干企業(yè)為龍頭，聯(lián)合科研實(shí)力雄厚的大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)，組建多種形式的產(chǎn)學(xué)研研發(fā)聯(lián)盟，充分調(diào)動(dòng)各方資源和力量，共同推進(jìn)激光技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣。