新一代信息通信技術的發展，催生了移動互聯網、大數據、云計算、工業可編程控制器等的創新和應用，推動了制造業生產方式和發展模式的深刻變革。在這一過程中，盡管德國擁有世界一流的機器設備和裝備制造業，尤其在嵌入式系統和自動化工程領域德國更是處于領軍地位，但德國工業面臨的挑戰及其相對弱項也顯而易見。一方面，機械設備領域的全球競爭日趨激烈，不僅美國積極重振制造業，亞洲的機械設備制造商也正在奮起直追，威脅德國制造商在全球市場的地位。另一方面，互聯網技術是德國工業的相對弱項。為了保持作為全球領先的裝備制造供應商以及在嵌入式系統領域的優勢，面對新一輪技術革命的挑戰，德國推出“工業4.0”戰略，其目的就是充分發揮德國的制造業基礎及傳統優勢，大力推動物聯網和服務互聯網技術在制造業領域的應用，形成信息物理網絡（CPS），以便在向未來制造業邁進的過程中先發制人，與美國爭奪新一輪工業革命的話語權。
美國是利用互聯網優勢，向未來制造業進化。德國是基于制造業基礎，向未來互聯網融合。所以說，德國總理默克爾親自不予余力地推動“工業4.0”，其實還有其背后的用意——德國政府在未來的科技戰略中之所以最重視“工業4.0”是因為與美國的競爭。
從某種意義上說，“工業4.0”是德國希望阻止信息技術不斷融入制造業之后帶來的支配地位。一旦制造業各個環節都被云計算接管，那么制造業還是制造業嗎？所以，“工業4.0”希望用“信息物理系統”升級“智能工廠”中的“生產設備”，使生產設備因信息物理系統而獲得智能，使工廠成為一個實現自律分散型系統的“智能工廠”。那時，云計算不過是制造業中的一個使用對象，不會成為掌控生產制造的中樞所在。
所以說，德國的技術領先主要體現于“在制造業中部署信息物理系統”，升級現有的電子信息技術，使生產過程透明化管理，滿足未來制造業的特殊需求。通過強化制造技術物聯網的融合，依靠信息物理系統，開創新的制造方式，通過傳感器物聯網緊密連接物理現實世界，將網絡空間的高級計算能力有效運用于現實世界中，從而實現“智能工廠”，使得在生產制造過程中，設計、開發、生產有關的所有數據將通過傳感器采集并進行分析，形成可自律操作的智能生產系統，實現生產制造過程的創新突破，增強生產的靈活性。并通過全面融入互聯網，實時響應眾多消費者的需求，實現規模經濟和效用，在全球市場中開拓新的市場機遇（圖1）。
圖1 工業4.0的技術領先
其次，德國制造的技術領先還將體現于價值網絡的整合。對不同價值創造階段、生命周期產品、產品范圍和相應制造系統進行網絡協同式的整合。尤其是，將中小企業整合到新的價值網絡中，增強中小企業的活力，帶動產業結構整體上的調整。
那么，會涉及哪些技術的領先呢？德國信息產業、電信和新媒體協會（BITKOM）與弗勞恩霍夫應用研究促進學會（Fraunhofer）的研究報告中的一幅圖描繪了德國“工業4.0”所涉及的技術（圖2）。
圖2 工業4.0的創新方程式
從中也可以看出，“工業4.0”戰略中的智能制造處處與信息技術相關聯。“工業4.0”本質是基于“信息物理系統”實現“智能工廠”。在生產設備層面，通過嵌入不同的傳感器進行實時感知。通過寬帶網絡，通過數據對整個過程進行精確控制；在生產管理層面，通過互聯網技術、云計算、大數據、寬帶網絡、工業軟件、管理軟件等一系列技術構成服務互聯網，實現物理設備的信息感知、網絡通信、精確控制和遠程協作。
德國“工業4.0”希望通過技術領先，從三個方面強化競爭力。首先是，提高生產率。生產效率是制造企業首先會考慮的問題。在具體生產流程方面，“工業4.0”對企業的意義在于，它能夠將各種生產資源，包括生產設備、工廠工人、業務管理系統和生產設施形成一個閉環網絡，進而通過物聯網和系統服務應用，實現貫穿整個智能產品和系統的價值鏈網絡的橫向、縱向的鏈接和端對端的數字化集成，從而提高生產效率, 最終實現智能工廠。
其次是，縮短產品上市時間。通過智能工廠制造系統在分散價值網絡上的橫向連接，就可以在產品開發、生產、銷售、物流、服務的過程中，借助軟件和網絡的監測、交流溝通，根據最新情況，靈活、實時地調整生產工藝，而不再是完全遵照幾個月或者幾年前的計劃。
從而，實現靈活性的提升。“工業4.0”通過CPS系統將不同設備通過數據交互連接到一起，讓工廠內部、外部構成一個整體。而這種“一體化”其實是為了實現生產制造的“分散化”。“工業4.0”中，生產模式將從“由集中式中央控制向分散式增強控制”轉變，“分散化”后的生產將變得比流水線的自動化方式更加靈活（圖3）。
圖3 工業4.0的創新方程式