新一代信息通信技术的发展，催生了移动互联网、大数据、云计算、工业可编程控制器等的创新和应用，推动了制造业生产方式和发展模式的深刻变革。在这一过程中，尽管德国拥有世界一流的机器设备和装备制造业，尤其在嵌入式系统和自动化工程领域德国更是处于领军地位，但德国工业面临的挑战及其相对弱项也显而易见。一方面，机械设备领域的全球竞争日趋激烈，不仅美国积极重振制造业，亚洲的机械设备制造商也正在奋起直追，威胁德国制造商在全球市场的地位。另一方面，互联网技术是德国工业的相对弱项。为了保持作为全球领先的装备制造供应商以及在嵌入式系统领域的优势，面对新一轮技术革命的挑战，德国推出“工业4.0”战略，其目的就是充分发挥德国的制造业基础及传统优势，大力推动物联网和服务互联网技术在制造业领域的应用，形成信息物理网络（CPS），以便在向未来制造业迈进的过程中先发制人，与美国争夺新一轮工业革命的话语权。
美国是利用互联网优势，向未来制造业进化。德国是基于制造业基础，向未来互联网融合。所以说，德国总理默克尔亲自不予余力地推动“工业4.0”，其实还有其背后的用意——德国政府在未来的科技战略中之所以最重视“工业4.0”是因为与美国的竞争。
从某种意义上说，“工业4.0”是德国希望阻止信息技术不断融入制造业之后带来的支配地位。一旦制造业各个环节都被云计算接管，那么制造业还是制造业吗？所以，“工业4.0”希望用“信息物理系统”升级“智能工厂”中的“生产设备”，使生产设备因信息物理系统而获得智能，使工厂成为一个实现自律分散型系统的“智能工厂”。那时，云计算不过是制造业中的一个使用对象，不会成为掌控生产制造的中枢所在。
所以说，德国的技术领先主要体现于“在制造业中部署信息物理系统”，升级现有的电子信息技术，使生产过程透明化管理，满足未来制造业的特殊需求。通过强化制造技术物联网的融合，依靠信息物理系统，开创新的制造方式，通过传感器物联网紧密连接物理现实世界，将网络空间的高级计算能力有效运用于现实世界中，从而实现“智能工厂”，使得在生产制造过程中，设计、开发、生产有关的所有数据将通过传感器采集并进行分析，形成可自律操作的智能生产系统，实现生产制造过程的创新突破，增强生产的灵活性。并通过全面融入互联网，实时响应众多消费者的需求，实现规模经济和效用，在全球市场中开拓新的市场机遇（图1）。
图1 工业4.0的技术领先
其次，德国制造的技术领先还将体现于价值网络的整合。对不同价值创造阶段、生命周期产品、产品范围和相应制造系统进行网络协同式的整合。尤其是，将中小企业整合到新的价值网络中，增强中小企业的活力，带动产业结构整体上的调整。
那么，会涉及哪些技术的领先呢？德国信息产业、电信和新媒体协会（BITKOM）与弗劳恩霍夫应用研究促进学会（Fraunhofer）的研究报告中的一幅图描绘了德国“工业4.0”所涉及的技术（图2）。
图2 工业4.0的创新方程式
从中也可以看出，“工业4.0”战略中的智能制造处处与信息技术相关联。“工业4.0”本质是基于“信息物理系统”实现“智能工厂”。在生产设备层面，通过嵌入不同的传感器进行实时感知。通过宽带网络，通过数据对整个过程进行精确控制；在生产管理层面，通过互联网技术、云计算、大数据、宽带网络、工业软件、管理软件等一系列技术构成服务互联网，实现物理设备的信息感知、网络通信、精确控制和远程协作。
德国“工业4.0”希望通过技术领先，从三个方面强化竞争力。首先是，提高生产率。生产效率是制造企业首先会考虑的问题。在具体生产流程方面，“工业4.0”对企业的意义在于，它能够将各种生产资源，包括生产设备、工厂工人、业务管理系统和生产设施形成一个闭环网络，进而通过物联网和系统服务应用，实现贯穿整个智能产品和系统的价值链网络的横向、纵向的链接和端对端的数字化集成，从而提高生产效率, 最终实现智能工厂。
其次是，缩短产品上市时间。通过智能工厂制造系统在分散价值网络上的横向连接，就可以在产品开发、生产、销售、物流、服务的过程中，借助软件和网络的监测、交流沟通，根据最新情况，灵活、实时地调整生产工艺，而不再是完全遵照几个月或者几年前的计划。
从而，实现灵活性的提升。“工业4.0”通过CPS系统将不同设备通过数据交互连接到一起，让工厂内部、外部构成一个整体。而这种“一体化”其实是为了实现生产制造的“分散化”。“工业4.0”中，生产模式将从“由集中式中央控制向分散式增强控制”转变，“分散化”后的生产将变得比流水线的自动化方式更加灵活（图3）。
图3 工业4.0的创新方程式