IBM公司2008年提出“智慧星球”概念之后，德國政府2013年4月在漢諾威工業博覽會上，正式提出“工業4.0”概念，并由此獲得德國工程院、眾多科研機構、學會、學術界、產業界的建議和推動，上升為德國的國家級戰略。

 

與美國人的概念不同在于，德國將第一次工業革命分成了兩個階段，1784年的第一臺機器織布機的使用，代表機械式的第一次工業革命的開始；1870年在美國出現的利用電力進行大規模生產則是第二次工業革命的發端。同時，德國人將第三次工業革命定義為自動化技術在工業系統的大規模使用，其標志性事件是1969年以來可編程邏輯控制器，即PLC的應用和推廣。

 

 

即使美國和德國對于幾次工業革命的定義略有不同，但是美德兩國一致認為第四次工業革命，即德國人提的工業4.0時代已經到來。而共通的認識，即使有所偏差，但核心仍是通過設備互聯，數據分析，以及外部通過云技術及通訊技術，鏈接外部用戶端數據，實現機器與機器的對話，以及其對自身的自主管理，而將人類從單純生產制造管理中解脫出來。

 

如果說工業4.0更加關注的是通過智能化的技術手段，大幅提高效率，同時能減少對于人類的依賴，更好降低生產成本。那么顯而易見，更加有迫切需求的，是研發領域。尤其對于室內存在危險化學品、病毒、放射性物質的實驗室，如何通過更加智能化的方式，在確保安全的同時，創造一個更加舒適、節能、靈活、高效的研發環境，甚至最終實現“無人研發”，便是“研發4.0”的發展方向。

 

毫無疑問，“研發4.0”將同樣基于設備互聯（IOT），數據分析以及智能硬件（如機器人技術）的深入發展。“無人研發”的基礎，將包括“研發設施數字化”，“研發流程數字化”，以及“外部資源數字化”三個環節。

 

 

 

研發設施數字化本身，作為“智能建筑”的延展，將更多關注研發設施的特殊性。包括內部可能存在的潛在危害的化學品、病毒、放射性物質等，以及設施本身使用的功能性要求，包括如何讓設施能夠靈活應對研發對象和內容的不確定性及變化性。而最為關鍵的，始終是安全性。

 

1， “環境”安全。室內環境安全，以及三廢處置，確保外部環境安全。

2， “人員”安全。人員進入研發設施全流程安全保障。

3， “危險物”的安全。對潛在危險物的安裝、存放、運輸、處置各環節安全。

 

 

為確保設施安全，應從實驗設施建設的源頭開始，并將對安全的考慮貫穿全程所有環節。在項目規劃、方案設計、招投標控制、施工管理、驗收、使用培訓、維護各個環節，均應將“安全評估”作為獨立線索縱深整體考慮。通常情況下，在項目規劃階段，就應針對使用需求，將設施未來所有潛在安全點列出，并針對所有安全點做針對性評價。我們很難想象在初期考慮不周全的情況下，如何提高運行過程中的安全，亡羊補牢的方式必然隱患重重。

 

同時，由于安全與能耗、初投資在很多情況下都是一對矛盾點，絕對的安全可能意味著絕對的能耗及初投資。那么如何在二者中找到一個很好的平衡，能夠達到一個可預期的均衡，不至于很多實驗室在建設投用后，由于考慮到巨大的運行、維護成本，而閹割其使用功能，由此產生隱患。因而，在方案規劃階段，能夠細致地進行“能耗評估”及“功能評估”就顯得非常重要。

 

一切智能化的核心來源于數據。“研發設施的數字化”必將成為未來不斷提及的概念，在數字化的基礎上，我們才能有機會進行更多的分析、管理，從而通過更好地使用、維護設施，來為研發活動及參與研發的人員，提供一個更加安全、舒適、節能的環境。

 

然而目前面臨的現狀是缺乏能夠給實驗室用戶從源頭提供專業、全面、細致的設計咨詢方案能力，而建設過程也往往缺乏深化能力。外圍設施方面，由于缺乏設施管理系統，人工維護效率較低，與業主業務主線的關聯度低；在設施方面，更多還是基于傳統BMS系統，并與辦公室混合，使用效率低，對實驗室生產率促進有限；國內除少數用戶個別注重職業健康、環境友好性、實驗過程安全性外，大部分未引起重視。如何能夠真正著眼于設施建設使用全流程，并最終將設施與實驗業務主線連接，并將其作為實驗資源與條件，必將是未來“實驗設施數字化”過程將面臨的巨大挑戰及考驗。

 

 

 

與設施對應的是對于研發樣本、儀器、過程數據及結果的管理。在此方面國外已有眾多大型研發企業及軟件公司提供不斷完善的產品及方案。其相關系統如LIMS（Laboratory Information Management System），ELN（Electronic Lab Notebook），SDMS（Scientific Data Management System），以及各種類型的數據分析及效率促進工具，旨在通過圖表化、可視化分析手段，更好管理數據間的潛在聯系與趨勢。

 

同樣我們看到越來越多的工業智能化手段及理論，如DCS（Distributed Control System），以及PDM（Product Data Management）、PLM（Product Life Management）理論及技術被不斷嘗試應用于研發流程改造。伴隨云技術的不斷興起與發展，也有越來越多的國內外公司通過SaaS（Software-as-a-Service）方式提供上述相關軟件系統的服務，使得使用及維護成本都在不斷降低。

 

研發流程數字化在國內的發展狀況比設施環境本身更為復雜。首先由于產品設計及供應方，基本完全依賴國外公司，因而針對國內使用狀況的理解和調整，本身就是一個巨大挑戰。其次，國內很多用戶對于其自身研發、檢測流程的管理、辦公自動化、研發管理過程本身，及社會化、數據管理等孤島現象的處理，由于管理人員經驗，以及缺乏切實指導，導致實施過程中的眾多問題。而國內的儀器接口又往往標準不一、數據采集效率低，儀器設備的操作、調試、運行維護的低效，又往往反過來影響系統整體的實施效果。

 

 

伴隨信息化技術及移動互聯網的高速發展，使得使用全球智慧進行研發過程優化，以及評估研發方向成為可能，而這也必將成為“研發4.0”更為重要和突破性的一環。在可以預期的將來，云數據服務、技術檢索、化學結構檢索、物質檢索，甚至通過智力檢索方式，讓更多智慧的科學家，跨越時間和空間的障礙，共同參與研發，才會讓我們不斷站在巨人的肩膀上，更好利用已有資源，大幅推進技術進步和人類文明進步。