2010年我曾經(jīng)寫過一篇文章“我看物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)”，文中我談了三個問題：關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)概念和內(nèi)涵之爭，物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)密不可分以及物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)科建設(shè)。那時物聯(lián)網(wǎng)剛剛興起，物聯(lián)網(wǎng)概念模糊，方向不明確，高校的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)設(shè)置也處在實驗階段。經(jīng)過4年多的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)概念逐漸清晰，嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的地位已不可動搖，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)已經(jīng)在高校轟轟烈烈地興辦起來，首批畢業(yè)生即將走上工作崗位。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市的安防和物流行業(yè)已經(jīng)初據(jù)規(guī)模，智能家居和可穿戴設(shè)備正在興起新一輪的創(chuàng)業(yè)高潮，互聯(lián)網(wǎng)公司也正在追趕這一輪萬物互聯(lián)（IoT）的大潮，而工業(yè)4.0 將會帶領(lǐng)我們深入到一個嶄新的領(lǐng)域－智能工業(yè)。

什么是工業(yè)4.0？ 工業(yè)4.0概念最早出現(xiàn)在德國，也稱為德國工業(yè)4.0，這個概念在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會上被正式提出。在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動下形成，并已上升為德國國家級戰(zhàn)略。工業(yè)4.0的核心目標(biāo)是提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)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(yè)4.0平臺相關(guān)機構(gòu)就加強中德制造業(yè)創(chuàng)新合作進行座談時指出：德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略與中國的信息化和工業(yè)化深度融合戰(zhàn)略在核心理念、主要內(nèi)容和具體做法等諸多方面殊途同歸，完全可以相互學(xué)習(xí)和借鑒。德國聯(lián)邦教育研究部工業(yè)4.0工作組的“實施工業(yè)4.0 攻略的建議”的報告是工業(yè)4.0 最具備權(quán)威的文件（中國工程院咨詢服務(wù)中心已經(jīng)組織翻譯了中文版）。

談到工業(yè)4.0 ，業(yè)界還要提到另外一個概念，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，它是通用電氣(GE)2012年秋季提出的，是關(guān)于產(chǎn)業(yè)設(shè)備與IT融合的概念，目標(biāo)是通過高功能設(shè)備、低成本傳感器、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)收集及分析技術(shù)等的組合，大幅提高現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)的效率并創(chuàng)造新產(chǎn)業(yè)?！肮I(yè)4.0”與“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”二者在概念上沒有什么區(qū)別，只是側(cè)重點有所不同。工業(yè)4.0 更強調(diào)的是制造，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)強調(diào)還是網(wǎng)絡(luò)。天津大學(xué)馬建國教授在嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會第15次主題討論會上給出的結(jié)論則是：物聯(lián)網(wǎng)=嵌入式智能系統(tǒng)+網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)4.0=物聯(lián)網(wǎng)+制造。

我理解的工業(yè)4.0有這樣兩個重要的內(nèi)涵，一是互聯(lián)互通：強調(diào)制造設(shè)備與設(shè)備之間、生產(chǎn)的產(chǎn)品與設(shè)備之間，產(chǎn)品與產(chǎn)品之間的互聯(lián)，產(chǎn)品/設(shè)備／互聯(lián)網(wǎng)形成跨越物理范疇的連接，虛擬世界與實體世界的網(wǎng)絡(luò)連接（也就是工業(yè)4.0 所講的CPS）。二是服務(wù)：產(chǎn)品和設(shè)備上的傳感器會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會滲透到產(chǎn)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(shù)據(jù)的技術(shù)，未來智能工廠和智能制造一定是面向服務(wù)的集成整合的模式，而不僅僅是單一的產(chǎn)品本身。

工業(yè)4.0與嵌入式系統(tǒng) 工業(yè)4.0概念下的智能工業(yè)系統(tǒng)中有大量的電子控制裝置，它們都是嵌入式系統(tǒng)，比如今天我們談?wù)摰煤芏嗟墓I(yè)機器人，其中的高性能控制器就是一個很復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，工廠自動化中大量使用的PLC也是一種嵌入式系統(tǒng)。在德國聯(lián)邦教育研究部工業(yè)4.0工作組的“實施工業(yè)4.0 攻略的建議”的報告中多次提到嵌入式系統(tǒng)，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(tǒng)）正越來越多地相互間或與互聯(lián)網(wǎng)以無線方式互聯(lián)。這正在導(dǎo)致引起實體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界（cyberspace）以虛擬網(wǎng)絡(luò)—實體物理系統(tǒng)（CPS）的方式相融合。繼2012年推出新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6”，現(xiàn)在已經(jīng)有足夠的地址使得對象間可以通過互聯(lián)網(wǎng)大范圍直接互聯(lián)”。

智能工業(yè)設(shè)備中的嵌入式系統(tǒng)與消費電子產(chǎn)品有很大的不同，一個重要標(biāo)志是智能工業(yè)設(shè)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(tǒng)僅僅因為時間的延遲而造成得嚴重后果，輕者會帶來產(chǎn)品質(zhì)量下降，殘次品出現(xiàn)，重則會導(dǎo)致人命關(guān)天的事故。嵌入式企業(yè)適應(yīng)智能工業(yè)產(chǎn)品的高可靠性要求，要做好開發(fā)和驗證周期長的思想準(zhǔn)備，腳踏實地的做好產(chǎn)品的可靠性認證工作是做好嵌入式工業(yè)產(chǎn)品的關(guān)鍵。

圖1 智能工廠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

除此之外，強調(diào)互聯(lián)互通的智能工業(yè)系統(tǒng)，將會有各種通信需求。除了支持民用通信網(wǎng)絡(luò)外，還要支持工業(yè)通訊技術(shù)，比如CAN、CANOpen、Modbus ProfiNet、EtherCAT、Powerlink和EtherNet等。一般情況下，智能工廠的網(wǎng)絡(luò)是分三層部署的，即設(shè)備、控制和信息三層，每層之間都布置了網(wǎng)絡(luò)安全隔離措施，如圖1。即使這樣，智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的信息安全依然不容忽視。要解決智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)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(shè)備本身的安全。這兩個目標(biāo)的實現(xiàn)均需要使用嵌入式芯片、軟件和協(xié)議方面的技術(shù)，目前國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)和經(jīng)驗與國外差距很大，急待提高。

小結(jié) 工業(yè)4.0 為智能工業(yè)在策略層面指明了發(fā)展的方向，這對于中國制造業(yè)的升級和轉(zhuǎn)型是一個很好的契機。今后幾年，在政府的推動下，工業(yè)4.0 概念下的示范項目會陸續(xù)實施將給嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展機會。