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制造业涵盖的范围十分广泛，对国民经济有着重要作用。可以说，没有制造业，就没有生产工具与设施，农业、服务业以及其他行业也就无法实现进一步发展。随着经济全球化的发展以及生产技术的升级，越来越多的国家开始意识到制造业的重要作用，并加入制造升级的队伍中来。
从技术模仿，到自主创新，再到实现跨越式发展，德国制造业形成了以质量、品质取胜的制造模式。如今，德国大力推进工业4.0战略，通过应用物联网以及服务互联网技术，积极推动制造转型，在新一轮技术与产业革命中抢占话语权。
按照目前的共识，工业1.0是蒸汽机时代，工业2.0是电气化时代，工业3.0是信息化时代，工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代，也就是智能化时代。
德国政府率先提出“工业4.0”战略，此战略提出的目的是保持德国在全球工业方面的主导地位，并强化在新工业革命中的竞争优势。
德国“工业4.0”战略主要包含“1个核心”“2 重战略”“3 大集成”和“8项举措”。
（1）1个核心。德国的工业4.0的核心是“智能+网络化”，即通过数字技术以高端制造装备组建智能工厂，从而实现智能制造。
（2）2重战略。德国的工业4.0通过双重战略来提升制造业的竞争力。一是要求装备供应商遵循工业4.0的理念，将先进技术与传统生产相结合，生产出更加智能的生产设备。二是强调有效整合整个制造业市场，构建遍布全国的高速互联网络，实现信息共享、分工合作，提升制造业的生产效率。
（3）3大集成。德国工业4.0的实施过程中需要3大集成的支撑：一是工厂内生产的纵向集成；二是产品的设计与开发、生产计划、生产过程以及售后维护等全流程的数字化集成；三是全国制造业的横向集成，包括产品的标准化策略、社会分工合作、探索新商业模式以及社会可持续发展等。
（4）8项举措。为了实现工业4.0，德国具体实施了8项举措，分别是：实现技术标准化和开放标准的参考体系；建立模型来管理复杂的系统；提供一套综合的工业宽带基础设施；建立安全保障机制；创新工作的组织和设计方式；注重培训和持续的职业发展；健全规章制度；提升资源效率。
德国有1300多家专注于细分领域的企业，这些企业不急于扩张也不大力进行营销，而是凭借过硬的品质赢得客户的口碑，所以常被称为“隐形冠军”。
“德国制造”向来都是高品质的代名词，所以才催生出许多“隐形冠军”。这些企业在专业细分市场处于领先地位，知名度并不高，却有许多成功的经验值得我们借鉴。
德国辛恩特种钟表有限公司（Sinn）是一家为飞行员、消防员、潜水员等职业人群提供特种手表的公司，是特种表领域的领头羊。
辛恩公司为了制造出能在各种极端条件下应用的计时工具，研发了多项专利技术，如氩气除湿技术、滴定技术、高硬度防刮技术等。这些技术有辛恩公司自主研发的，也有借鉴其他行业的现有技术的。辛恩公司把它们运用到制表业中，解决了手表在极端环境下可能会显示不清、容易碎裂等问题。
辛恩公司的研发人员占员工总数的15%～20%，但手表的设计并不是研发人员“一言堂”，而是广泛听取各方意见。无论是从业多年的老员工还是新人实习生，都可以对设计提出建议，并且拥有同样的被采纳概率。
辛恩公司从未找明星代言，也不大力做广告，他们始终坚信“极致的产品会说话”。在他们看来，消费者的口碑比任何广告营销都有效。
辛恩公司强调员工技能培训和企业文化，公司的每位员工都对产品富有责任感，他们把组装一块手表视为自己的使命。企业与员工的双向认同使员工的流动率大幅降低，并赋予辛恩公司继续向前的动力。
在工业4.0的背景下，“小而美”逐渐成为企业关注的重点。生产自动化和智能化让企业对数据实现了进一步利用，从而帮助自身更加了解用户，生产出“会说话”的极致产品。
德国库卡公司（KUKA）是全球领先的工业机器人供应商之一。它推出的Quantec机器人系列产品型号齐全，包括多种基础类型的机器人，并且提供各种配置，能满足许多客户特殊的应用需求。Quantec机器人让自动化生产变得更简单，它具备以下几种优势。
1.紧凑轻便
相较于其他同等级的工业机器人，Quantec机器人的重量减少了160千克，体积减小了25%，同时还保持了最大作用范围和负荷能力，是市场上功率密度最高的产品之一。Quantec机器人凭借体积小的优势降低了对空间的要求，甚至在狭窄的空间中也能工作，可以完成紧凑的单元布局工作。
2.快速精确
Quantec机器人的组件非常轻盈，这使得Quantec机器人的动作更敏捷，运转周期更短。
3.设计更具兼容性
在设计上，Quantec机器人采用了常规组件搭配4组各异的电动机和传动装置的方案。与该公司之前的系列机器人相比，Quantec系列所有机器人的安装底座上都有相同的孔型，腕轴上还有统一的工具轮缘，因此兼容性更高。
库卡公司与各个行业的专家、合作伙伴以及终端用户密切合作，不断创新产品，为用户提供更多更加完美的解决方案，获得更大的成功。
美国也非常重视制造业的发展，瞄准“高精尖”制造领域，在计算机、芯片等高端制造领域有很大的建树。
在过去，美国众多大型企业在一些发展中国家开办工厂，其目的主要是利用发展中国家的廉价劳动力和优惠政策赚取高额回报。但制造业外流也给美国带来一定影响，如图2-1所示。
图2-1 制造业外流给美国带来的影响
1.失业率增加
由于制造业外流，美国的制造业就业岗位减少，失业率不断增加，进而造成美国贫困家庭比重增加，导致社会有效需求下降。
2.依赖国际市场
制造业中的低端市场虽然利润稀薄，但体量巨大。制造业外流造成美国对国际市场的依赖度加深，一旦国际市场发生波动，美国的制造业和其他附属行业会受到直接影响。
3.影响长期发展
从根本上来说，美国制造业大量外流不利于其长期发展，因为制造业不景气会直接影响国民经济的发展速度和质量。制造业就像一座房子的地基，当金融风暴来袭时，如果没有强有力的地基支撑，国民经济就会摇摇欲坠。
美国制造业外流还会动摇其技术根本。在工业3.0时代，互联网是支撑美国经济发展的重要动力，美国的一大批科技巨头就是最好的佐证，如微软、谷歌、亚马逊等。但在制造业外流的影响下，美国本土的制造业劳动力转移，科技企业不得不在海外建立工厂。
众所周知，科技企业的成长离不开市场的强劲需求，本国的社会有效需求下降，势必会影响科技企业的发展。总体来说，制造业和科技行业处在相互影响的动态环境中，一方发展停滞，另一方必然受到影响。基于这些因素，美国不得不实施“再工业化”战略，事实也证明，美国之前的“去工业化”道路已经不适合当下的时代发展。
自美国通用电气（GE）、国际商业机器公司（IBM）等龙头企业主导的工业互联网联盟成立以来，它们的动向一直是其他国家工业互联网发展的风向标。在发展策略上，美国注重创新发展，以创新战略为强大驱动力，发挥美国互联网发达的优势，利用新兴技术自上而下升级本土制造业。
首先，美国坚持实施“再工业化”战略。国际金融危机爆发后，美国意识到长期发展制造业的重要性，进而出台了各项政策。美国政府先后发布了“先进制造业伙伴计划”“国家制造业创新网络”等政策，旨在通过技术创新使本土工业的竞争力得以提高。美国还通过新一轮技术革命成果引领、改造其他产业等措施，推动产业优化升级，加快第四次工业革命进程。
其次，美国龙头企业带动工业互联网发展。通用电气作为美国传统制造业的巨头，率先意识到数字化转型的重要性，推出Predix工业互联网平台，大力推动了工业互联网发展。此外，美国ThingWorx平台还被多家研究公司评为“全球工业互联网市场技术领导者”，它已成为全球范围内应用最为广泛的工业互联网平台之一。
最后，美国积极打造工业互联网发展生态。工业互联网联盟致力于开展测试验证、标准制定、国际合作等工业互联网生态建设，初创了美国工业互联网生态体系，极大地推动了美国乃至全球工业互联网技术的应用与发展。
罗克韦尔自动化有限公司是一家致力于工业自动化与信息化的公司，能够帮助很多企业提高生产力并实现可持续发展。
罗克韦尔自动化有限公司推出综合质量管理应用程序，使得客户企业更轻松地制定和执行过程质量管理方案。通过与自动化系统和质量管理系统紧密集成，质量管理应用程序可以快速收集数据并进行数据交换，从而在产品出厂前找出不合格产品。
罗克韦尔的目的是将车间数据与ERP系统及业务分析相结合，从而连接生产车间与其他部门，进一步提高生产力并更好地管理全部业务。对于那些没有MES，但想要升级质量管理系统的制造企业来说，罗克韦尔的综合质量管理应用程序为它们提供了解决方案。
当产品需要进行质量检查时，综合质量管理应用程序可以通过内置的通知引擎快速告知相关人员。如果检查未通过，可组态的升级工作流会将操作分配到额外的质量抽样和纠正环节，从而对生产线上的产品进行补救。这款质量管理应用程序可以让工厂与管理人员更清楚地掌握已完成产品、可疑产品和作废产品的总量。
除此之外，该综合质量管理应用程序还可以在台式计算机和多种设备上运行，大大降低质量管理系统的运行成本和操作难度。
罗克韦尔自动化有限公司以优秀的自动化技术经验为工业控制提供了信息化解决方案，为企业提升生产力提供了帮助。
日本从20世纪70年代中后期开始进行产业结构转型，由传统制造业转为新兴制造业，以计算机、电子技术为代表的新兴产业增长迅速，而一般制造产业则增长停滞。产业结构转型顺应了日本产能过剩以及劳动力成本增加的趋势，帮助其成功跻身制造强国的行列。
日本是世界上人口老龄化最严重的国家之一，这使得日本日益减少的劳动力向护理业转移，加剧了制造业的人力危机，也阻碍了国民经济的持续增长。因此，机器人代替人工成为日本应对日益严峻的人口问题的重要突破口。
日本在机器人研究和应用方面一直处于全球领先地位。机器人解放了劳动力，日本的机器人主要被应用在以下领域，如图2-2所示。
图2-2 日本机器人的应用领域
1.建筑业
日本无人机服务提供商Terra Drone与建筑设备生产商日立建机达成合作关系，共同推进无人机在建筑工地的应用。Terra Drone致力于为用户提供全自动无人机土地测绘和分析服务。
2.无人驾驶巴士
日本企业DeNA和法国企业EasyMile合作研发了无人驾驶巴士。通常来说，一辆小型的无人驾驶巴士能以30km/h的速度行进，最多可搭载12名乘客。在未来，无人驾驶巴士会出现在更多的公共场所，包括工厂、大学校园以及商场等。
3.生产线机器人
在日本的工厂中，机器人代替人工并不罕见。机器人能够在生产线上高效工作，这有效缓解了日本劳动力短缺的问题。
随着日本人口老龄化不断加剧，机器人代替人工成为主流趋势。机器人正在由制造业蔓延至服务业，未来，日本的机器人会广泛地应用于更多行业，为更多的人提供便利。
日本制造业为了解决制造企业之间的互联问题，提出“工业价值链”战略。该战略通过搭建顶层架构，让不同企业能在“松耦合”的状况下实现连接，从而形成制造业的生态体系。
在智能制造的浪潮中，大部分企业都在聚焦企业内部的互联互通，而日本这一策略则另辟蹊径，致力于解决企业间连接的问题。也就是说，日本试图建立一个生态系统，以实现制造业整体的转型升级。
“工业价值链”战略由日本机械工程学会生产系统部门启动，并且已经获得METI（日本经济产业省）的支持。目前该战略已经有180多家机构参与，其中100多家为企业，且以大企业为主。
“工业价值链”战略表现了日本企业进军智能制造的决心，同时，这也是日本对智能制造趋势的一种明智感知。以企业联合体牵头，将工厂连接到一起，更容易推进全行业的转型。
为了应对工业4.0，促进制造业的发展，日本采取了3大战略：一是推动“工业价值链”战略的发展，打造日本制造企业联合体；二是借助机器人，以工业机械为突破口，探索领域协调的方式；三是利用物联网实验室，与其他领域合作，创新业务。
“工业价值链”战略是日本“通过民间引领制造业”的重要抓手，也是日本智能制造的核心布局。
索尼依靠电子制造业起家，在科技产品还未普及的年代，索尼就已经是众多“80后”心中的“黑科技”代表。索尼的创始人盛田昭夫致力于培育市场，他主持研发的Walkman、特丽珑等产品有着震惊世界的销量，甚至影响了iPhone、iMac等产品的销量。
索尼的发展和变革离不开几代管理者的高瞻远瞩。
索尼创建之初，井深大和盛田昭夫就希望能将电子和工程技术应用于生产消费产品，创建引领世界电子产品潮流的公司。
1948年，井深大申请了美制磁带录音机在日本生产的专利权。起初，这个产品并没有引起太多人的兴趣，盛田昭夫认为产品的创造力不够。
盛田昭夫认为录音机最大的市场在学校，而他们的录音机产品重达36千克，价格高达700美元，这样笨重且昂贵的产品很难受到学生的欢迎。于是公司的工程师经过苦思冥想，终于用9个月的时间生产出一个手提箱大小的磁带录音机，价格也降低到原来的一半。在盛田昭夫的推销下，4万所学校中2/3的学生都购买了录音机，而拥有一台录音机也成为年轻人的时尚风潮。
然而，索尼并没有止步于此。井深大的商业嗅觉非常敏锐，他听说贝尔实验室研制出一种名为晶体管的东西，于是就立刻飞到美国买下了专利权，并组织技术小组攻关。他的目标是将产品微型化，生产出别人无法生产的东西，最终索尼生产出世界上第一台袖珍晶体管收音机。随后索尼又生产出世界上第一台袖珍立体声录音机、微型电视机等，索尼也收获了“索尼产品永远是最新的”的商界美誉。
索尼第六任总裁出井伸之认为索尼应当做数字世界的主宰，为此他推出了一系列个人计算机。此外，索尼还出口了一系列数字产品，例如MAVICA摄像机以及采用CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）技术的便携式高保真立体声系统。后来，出井伸之又调整了产品和经营计划，准备迎接即将到来的互联网时代，向新的领域进军。
出井伸之还对公司内部的运作模式进行了调整，他提出设立“虚拟公司”的想法，由这个临时性机构开发混合产品。除此之外，为了促进各部门的思想交流，他还成立了高层管理委员会，向公司各部门灌输协作精神。
2010年，索尼开始向绿色产业转型，制订了针对气候变化、资源循环、生物多样性等领域的“走向零负荷”环境计划。根据索尼的计划，2050年索尼的各项生产活动可以实现对环境的负荷降低至零，实现可持续发展。
当前，全球制造业面临新一轮转型升级，传统的生产和供应链体系面临重塑。面对新发展潮流带来的机遇与挑战，“中国制造”急需向“中国创造”转型。因此，制造型企业需要补短板、锻长板，加强基础技术创新，进一步向高端制造跃升。
当前，制造领域的产品设计、生产、测试等环节往往都是在现实世界中完成的，每个环节都需要耗费大量的时间、资源。而元宇宙与制造的结合则提出了新的解决方案，企业可以将设计、制造、测试等环节搬到虚拟世界中，在虚拟世界中实现低成本、反复的测验，以更完善的方案指导现实中的生产制造。
1992年，美国作家尼尔·斯蒂芬森（Neal Stephenson）首次在其科幻小说《雪崩》中提到了“Metaverse”（元宇宙）这一概念。在书中，元宇宙是一个脱胎于现实世界、与现实世界平行的虚拟世界。
元宇宙如何赋能智能制造？凭借数字孪生技术，生产制造的各个环节都可以在虚拟世界中呈现，现实中身处异地的人们也可以在虚拟世界中协同工作。未来，随着技术的发展，智能数字工厂将会出现，所有的制造流程都可以在虚拟世界完成。
下面将从生产优化、设备运维、产品测试、技能培训等环节入手，分析元宇宙制造的应用场景。
1.生产优化
借助元宇宙，人们可以身临其境般地体验虚拟工厂的建设和运营情况，并与虚拟工厂中的设备进行实时互动，从而更直观、便捷、高效地优化生产流程，实现智能生产。例如，在建设虚拟工厂时，人们可以通过元宇宙模拟实体工厂的建筑结构、设备摆放、生产线安排等情况，以便对资源配置的合理性和准确性进行提前验证。
此外，对于实体工厂出现的任何变动，人们都可以在虚拟工厂中模拟，从而更精准地预测产品生产状态，实现生产流程优化。例如，宝马引入英伟达打造的元宇宙平台Omniverse，对30多座工厂的生产流程进行调整，极大地提升了生产效率。
2.设备运维
之前大多数企业都是通过大数据分析对设备进行预测性维护的，现在这项工作可以在元宇宙中完成。元宇宙打破了空间和时间的限制，进一步提升了设备维护的响应效率，可以使设备得到更迅速、高质量的维护。例如，在元宇宙打造的虚拟工厂中，运维人员将不再受到地域限制，即使他们身处异地，也可以在设备出现问题时对设备进行远程维护。
如果设备出现的问题难度大、复杂程度高，那么各地运维人员可以通过元宇宙在虚拟工厂中会合，一起讨论并制定解决方案，从而提升维护效率，让企业更快地恢复生产。
3.产品测试
企业通常要在产品上市前对产品进行测试，元宇宙能够为企业提供一个虚拟空间，让企业检验产品的性能。另外，企业还可以在虚拟空间与现实世界中对产品进行同步检验，实现虚实结合，从而使企业更充分地感受产品的内外部变化，进一步提升检验效率。
例如，智能芯片具有工艺精密、对安全性要求高等特点，因此测试流程往往十分复杂，而且必须满足多项行业标准。元宇宙可以为智能芯片测试提供虚拟空间，让企业用较低的成本对智能芯片进行测试，提升智能芯片测试的效率和准确性。
4.技能培训
制造领域需要专业人才，元宇宙可以帮助企业对员工进行技能培训，让员工更规范地操作设备进行产品生产，从而尽快成为专业人才。对于地震、火灾等特殊情况，元宇宙也可以搭建一个虚拟空间，供员工进行逃生演练，帮助员工提前熟悉逃生路线和事故处理办法。
元宇宙连接了现实世界与虚拟世界，具有虚实融合的特性，能够助力企业生产流程优化，推动制造升级。为了迎接元宇宙时代的到来，企业要不断提升算力，夯实技术基础，在智能芯片、传感器、光学镜头、VR/AR等方面进行深入探索和研究。
华为是一家专业研发生产通信设备的科技企业，总部位于深圳，员工约17万人。2021年，华为的全球销售收入为6368亿元，净利润为1137亿元，同比增长75.9%。如此亮眼的成绩是多种因素共同作用的结果，但最重要的一个因素是华为的企业文化。
华为非常崇尚“狼性”精神，以“狼性”精神铸造企业文化。华为总裁任正非曾在《华为的冬天》一文中生动阐述华为的“狼性文化”。具有“狼性”的华为积极打造自己的智能制造生态链，时刻让自己处于主导地位。华为的智能制造生态链有以下3个方面的内容，如图2-3所示。
图2-3 华为的智能制造生态链
1.工匠精神坚守本体
任正非认为，企业在积极学习经验的同时，不要追求机会主义，而是要守住自己的本体，以工匠精神执着追求，在浮躁的社会坚守本位。
2.重构ICT技术构架
在工业4.0时代，华为的重点是重构ICT（ICT是Information、Communication、Technology3个英文单词的首字母组合）技术构架。为此，华为发布“BDII（Business-Driven ICT Infrastructure）行动纲领”，旨在以业务驱动创新。这也是华为布局工业4.0生态链的重要内容。
3.智能工厂解决方案
华为以综合运用多种技术为核心，通过无线网络和有线网络相配合的模式构建智能工厂。同时，华为还提供一体化制造云解决方案，用于解决大数据分析问题。
具有“狼性”精神的华为大刀阔斧地打造智能制造生态链，同时，任正非对智能制造的看法非常“朴实”，认为华为必须踏踏实实地走好每一步。有人将华为与“手机”“荣耀”等同，但事实上华为重视的是ICT、云服务等业务，这些业务是华为实现智能制造的重要支撑。
2020年1月15日，四川长虹电器股份有限公司（以下简称“四川长虹”）宣布，其“5G+工业互联网”智能电视大规模定制生产线正式投入使用。
该生产线是长虹智能制造产业园中的生产线之一。生产线中应用了工业机器人、机器视觉、边缘计算等高新技术，实现了数字化生产。在该生产线上，原材料立库、整机生产线和成品立库无缝集成，同时MES、ERP、QMS（Quality Management System，质量管理体系）等系统也实现了全面集成，整条生产线的效率提升了60%。
该生产线还将信息流横向连接总装厂、前端配套厂以及外部供应商，纵向连接企业的研发、供应、生产、销售、财务等关键环节，实现了关键环节信息的互联互通。同时，通过自动化单机设备、立体物流系统，该生产线实现了生产全过程的自主调度、管理以及决策，全面提升了运营效率。
除此之外，四川长虹“5G+工业互联网”智能电视大规模定制生产线延展了自身的多阶段混联离散型生产模式，运用生产信息化系统、虚拟仿真等技术，使多层穿梭车、地面AGV（Automated Guided Vehicle，自动导引运输车）等硬件设备配合运行，提升了小批量订单的制造能力，兼顾了个性化定制与大规模生产两方面的需求。