2010年我曾經寫過一篇文章“我看物聯網與嵌入式系統”，文中我談了三個問題：關于物聯網概念和內涵之爭，物聯網與嵌入式系統密不可分以及物聯網專業學科建設。那時物聯網剛剛興起，物聯網概念模糊，方向不明確，高校的物聯網專業設置也處在實驗階段。經過4年多的發展，物聯網概念逐漸清晰，嵌入式系統在物聯網中的地位已不可動搖，物聯網專業已經在高校轟轟烈烈地興辦起來，首批畢業生即將走上工作崗位。農業物聯網、智慧城市的安防和物流行業已經初據規模，智能家居和可穿戴設備正在興起新一輪的創業高潮，互聯網公司也正在追趕這一輪萬物互聯（IoT）的大潮，而工業4.0 將會帶領我們深入到一個嶄新的領域－智能工業。

什么是工業4.0？ 工業4.0概念最早出現在德國，也稱為德國工業4.0，這個概念在2013年4月的漢諾威工業博覽會上被正式提出。在德國工程院、弗勞恩霍夫協會、西門子公司等德國學術界和產業界的建議和推動下形成，并已上升為德國國家級戰略。工業4.0的核心目標是提高德國工業的競爭力，在新一輪工業革命中占領先機。2014年10月，在第三輪中德政府磋商期間，工信部苗圩部長與德國工業4.0平臺相關機構就加強中德制造業創新合作進行座談時指出：德國工業4.0戰略與中國的信息化和工業化深度融合戰略在核心理念、主要內容和具體做法等諸多方面殊途同歸，完全可以相互學習和借鑒。德國聯邦教育研究部工業4.0工作組的“實施工業4.0 攻略的建議”的報告是工業4.0 最具備權威的文件（中國工程院咨詢服務中心已經組織翻譯了中文版）。

談到工業4.0 ，業界還要提到另外一個概念，“工業互聯網”，它是通用電氣(GE)2012年秋季提出的，是關于產業設備與IT融合的概念，目標是通過高功能設備、低成本傳感器、互聯網、大數據收集及分析技術等的組合，大幅提高現有產業的效率并創造新產業。“工業4.0”與“工業互聯網”二者在概念上沒有什么區別，只是側重點有所不同。工業4.0 更強調的是制造，工業互聯網強調還是網絡。天津大學馬建國教授在嵌入式系統聯誼會第15次主題討論會上給出的結論則是：物聯網=嵌入式智能系統+網絡，工業4.0=物聯網+制造。

我理解的工業4.0有這樣兩個重要的內涵，一是互聯互通：強調制造設備與設備之間、生產的產品與設備之間，產品與產品之間的互聯，產品/設備／互聯網形成跨越物理范疇的連接，虛擬世界與實體世界的網絡連接（也就是工業4.0 所講的CPS）。二是服務：產品和設備上的傳感器會產生大量的數據，這些數據會滲透到產品制造、營銷、使用和維護的全生命周期里面，借助云計算和大數據的技術，未來智能工廠和智能制造一定是面向服務的集成整合的模式，而不僅僅是單一的產品本身。

工業4.0與嵌入式系統 工業4.0概念下的智能工業系統中有大量的電子控制裝置，它們都是嵌入式系統，比如今天我們談論得很多的工業機器人，其中的高性能控制器就是一個很復雜的嵌入式系統，工廠自動化中大量使用的PLC也是一種嵌入式系統。在德國聯邦教育研究部工業4.0工作組的“實施工業4.0 攻略的建議”的報告中多次提到嵌入式系統，比如在摘要部分有這樣的描述：“功能強大的、自主的微型計算機（嵌入式系統）正越來越多地相互間或與互聯網以無線方式互聯。這正在導致引起實體物理世界與虛擬網絡世界（cyberspace）以虛擬網絡—實體物理系統（CPS）的方式相融合。繼2012年推出新的互聯網協議IPv6”，現在已經有足夠的地址使得對象間可以通過互聯網大范圍直接互聯”。

智能工業設備中的嵌入式系統與消費電子產品有很大的不同，一個重要標志是智能工業設備對實時性和可靠性的嚴格的要求，比如一個化工廠的控制系統僅僅因為時間的延遲而造成得嚴重后果，輕者會帶來產品質量下降，殘次品出現，重則會導致人命關天的事故。嵌入式企業適應智能工業產品的高可靠性要求，要做好開發和驗證周期長的思想準備，腳踏實地的做好產品的可靠性認證工作是做好嵌入式工業產品的關鍵。

圖1 智能工廠網絡結構

除此之外，強調互聯互通的智能工業系統，將會有各種通信需求。除了支持民用通信網絡外，還要支持工業通訊技術，比如CAN、CANOpen、Modbus ProfiNet、EtherCAT、Powerlink和EtherNet等。一般情況下，智能工廠的網絡是分三層部署的，即設備、控制和信息三層，每層之間都布置了網絡安全隔離措施，如圖1。即使這樣，智能工業網絡的信息安全依然不容忽視。要解決智能工業網絡的安全問題，可從兩個方面入手；一是通訊鏈路的安全，二是設備本身的安全。這兩個目標的實現均需要使用嵌入式芯片、軟件和協議方面的技術，目前國內企業的技術和經驗與國外差距很大，急待提高。

小結 工業4.0 為智能工業在策略層面指明了發展的方向，這對于中國制造業的升級和轉型是一個很好的契機。今后幾年，在政府的推動下，工業4.0 概念下的示范項目會陸續實施將給嵌入式系統產業帶來新的發展機會。