1、把握德國制造業(yè)的未來實(shí)施“工業(yè)4.0”攻略的建議工業(yè)4.0工作組德國聯(lián)邦教育研究部2013年9月【編者按】為了在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機(jī)，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，“工業(yè)4.0”項(xiàng)目在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會上被正式推出。這一研究項(xiàng)目是2010年7月德國政府高技術(shù)戰(zhàn)略2020»確定的十大未來項(xiàng)目之一旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。本文為“德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施建議”的全文翻譯版本。如有問題和錯誤，敬請批評指正。主編：康金城供稿：中國工程院咨詢服務(wù)中心劉曉龍、都振宇、高金金、陳守雙、占松林、王波、李貞、陳磊聯(lián)系

2、人：都振宇聯(lián)系方式：xzy59300248【編者按】I執(zhí)行摘要11引言52愿景：工業(yè)4.0作為智能、網(wǎng)絡(luò)化世界的一部分122.1 塑造工業(yè)4.0愿景132.2 在工業(yè)4.0下未來會是什么樣子？152.3 新型的商業(yè)機(jī)會和模式172.4 工作場所的全新社會基礎(chǔ)設(shè)施192.5 全新的基于服務(wù)和實(shí)時保障的CPS平臺202.6 工業(yè)4.0之路223雙重戰(zhàn)略：成為領(lǐng)先的市場和供應(yīng)商273.1 領(lǐng)先的供應(yīng)商策略273.2 主導(dǎo)市場策略283.3 雙重戰(zhàn)略及其關(guān)鍵特征293.3.1 價值網(wǎng)絡(luò)下的橫向集成303.3.2 全價值鏈的端到端工程303.3.3 縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)314需求研究355優(yōu)先行動領(lǐng)

3、域395.1 標(biāo)準(zhǔn)化和開放標(biāo)準(zhǔn)的一個參考體系395.2 管理復(fù)雜的系統(tǒng)445.3 為工業(yè)提供一個全面寬頻的基礎(chǔ)設(shè)施485.4 安保是工業(yè)4.0成功至關(guān)重要的因素495.5 數(shù)字化工業(yè)時代工作的組織和設(shè)計(jì)585.6 培訓(xùn)和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展625.7 規(guī)章制度675.8 資源效率736德國如何與世界其它國家競爭？807展望91背景資料：92工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃92工業(yè)4.0平臺94IIIII執(zhí)行摘要德國是全球制造業(yè)中最具競爭力的國家之一，其裝備制造行業(yè)全球領(lǐng)先。這是由于德國在創(chuàng)新制造技術(shù)方面的研究、開發(fā)和生產(chǎn)，以及在復(fù)雜工業(yè)過程管理方面高度專業(yè)化使然。德國擁有強(qiáng)大的機(jī)械和裝備制造業(yè)、占據(jù)全球信息技術(shù)能

4、力的顯著地位,在嵌入式系統(tǒng)和自動化工程領(lǐng)域具有很高的技術(shù)水平，這些都意味著德國確立了其在制造工程行業(yè)中的領(lǐng)導(dǎo)地位O因此，德國以其獨(dú)特的優(yōu)勢開拓新型工業(yè)化的潛力：工業(yè)4.0o前三次工業(yè)革命源于機(jī)械化、電力和信息技術(shù)。現(xiàn)在，將物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)應(yīng)用到制造業(yè)正在引發(fā)第四次工業(yè)革命。將來，企業(yè)將建立全球網(wǎng)絡(luò)，把它們的機(jī)器、存儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施融入到虛擬網(wǎng)絡(luò)一實(shí)體物理系統(tǒng)（CPS）中。在制造系統(tǒng)中，這些虛擬網(wǎng)絡(luò)一實(shí)體物理系統(tǒng)包括智能機(jī)器、存儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施，能夠相互獨(dú)立地自動交換信息、觸發(fā)動作和控制。這有利于從根本上改善包括制造、工程、材料使用、供應(yīng)鏈和生命周期管理的工業(yè)過程。正在興起的智能工廠采用了一種全新的

5、生產(chǎn)方法。智能產(chǎn)品通過獨(dú)特的形式加以識別、可以在任何時候被定位、并能知道它們自己的歷史、當(dāng)前狀態(tài)和為了實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)狀態(tài)的替代路線。嵌入式制造系統(tǒng)在工廠和企業(yè)之間的業(yè)務(wù)流程上實(shí)現(xiàn)縱向網(wǎng)絡(luò)連接，在分散的價值網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)橫向連接，并可進(jìn)行實(shí)時管理一從下訂單開始，直到外運(yùn)物流。此外，他們形成的且要求的端到端工程貫穿整個價值鏈。工業(yè)4.0擁有巨大的潛力。智能工廠使個體顧客的需求得到滿足，這意味著即使是生產(chǎn)一次性的產(chǎn)品也能獲利。在工業(yè)4.0中，動態(tài)業(yè)務(wù)和工程流程使得生產(chǎn)在最后時刻也可以變化，也可能為供應(yīng)商對生產(chǎn)過程中的干擾與失靈作出靈活反應(yīng)。制造過程中提供的端到端的透明度有利于優(yōu)化決策。工業(yè)4.0也將帶來創(chuàng)造

6、價值的新方式和新的商業(yè)模式。特別是，它將為初創(chuàng)企業(yè)和小企業(yè)提供發(fā)展良機(jī)，并提供下游服務(wù)。止匕外，工業(yè)4.0將應(yīng)對并解決當(dāng)今世界所面臨的一些挑戰(zhàn)，如資源和能源利用效率，城市生產(chǎn)和人口結(jié)構(gòu)變化等。工業(yè)4.0使資源生產(chǎn)率和效率增益不間斷地貫穿于整個價值網(wǎng)絡(luò)。它使工作的組織考慮到人口結(jié)構(gòu)變化和社會因素。智能輔助系統(tǒng)將工人從執(zhí)行例行任務(wù)中解放出來，使他們能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新、增值的活動。鑒于即將發(fā)生的技術(shù)工人短缺問題，這將允許年長的工人延長其工齡，保持更長的生產(chǎn)力。靈活的工作組織使得工人能夠?qū)⑺麄兊墓ぷ骱退饺松钕嘟Y(jié)合，并且繼續(xù)進(jìn)行更加高效的專業(yè)發(fā)展，在工作和生活之間實(shí)現(xiàn)更好的平衡。在制造工程領(lǐng)域，全球競爭愈

7、演愈烈，德國不是唯一已經(jīng)認(rèn)識到要在制造行業(yè)引入物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)的國家。再者，不僅僅亞洲對德國工業(yè)構(gòu)成競爭威脅，美國也正在采取措施，通過各種計(jì)劃來應(yīng)對去工業(yè)化，促進(jìn)“先進(jìn)制造業(yè)”的發(fā)展。為了將工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變到工業(yè)4.0,德國需要采取雙重戰(zhàn)略。德國的裝備制造業(yè)應(yīng)不斷地將信息和通信技術(shù)集成到傳統(tǒng)的高技術(shù)戰(zhàn)略來維持其全球市場領(lǐng)導(dǎo)地位，以便成為智能制造技術(shù)的主要供應(yīng)商。與此同時，有必要為CPS技術(shù)和產(chǎn)品建立和培育新的主導(dǎo)市場。為了實(shí)現(xiàn)這一雙重的CPS戰(zhàn)略目標(biāo)，應(yīng)將工業(yè)4.0的下列特性加以落實(shí)：通過價值網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)橫向集成貫穿整個價值鏈的端到端工程數(shù)字化集成縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)邁向工業(yè)4.0需要德國投入大量的研

8、發(fā)精力。為了實(shí)施雙重戰(zhàn)略，需要研究制造系統(tǒng)的橫、縱向集成，以及工程端到端集成。此外，應(yīng)重視由于工業(yè)4.0系統(tǒng)所建立的工作場所新的社會基礎(chǔ)設(shè)施，并要繼續(xù)發(fā)展CPS技術(shù)。如果工業(yè)4.0能夠成功實(shí)施，那么研發(fā)活動將需要恰當(dāng)?shù)漠a(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)政策決策與之伴隨。工業(yè)4.0工作組認(rèn)為需要在以下八個關(guān)鍵領(lǐng)域采取行動：標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)：貫穿整個價值網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)4.0將涉及一些不同公司的網(wǎng)絡(luò)連接與集成。只有開發(fā)出一套單一的共同標(biāo)準(zhǔn)，這種合作伙伴關(guān)系才可能形成。需要一個參考架構(gòu)為這些標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)說明，并促使其執(zhí)行。管理復(fù)雜系統(tǒng)：產(chǎn)品和制造系統(tǒng)日趨復(fù)雜。適當(dāng)?shù)挠?jì)劃和解釋性模型可以為管理這些日益復(fù)雜性提供基礎(chǔ)。因此，工程師們

9、要配備為開發(fā)這些模型所需的方法和工具。為工業(yè)建立全面寬頻的基礎(chǔ)設(shè)施：可靠、全面和高質(zhì)量的通信網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)4.0的一個關(guān)鍵要求。因此，不論是德國內(nèi)部，還是德國與其伙伴國家之間，寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施需要進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)展。安全和保障：安全和保障兩個方面對于智能制造系統(tǒng)成功是至關(guān)重要的。重要的是要確保生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品本身不能對人和環(huán)境構(gòu)成威脅。與此同時，生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品，尤其是它們包含的數(shù)據(jù)和信息，需要加以保護(hù)，防止濫用和未經(jīng)授權(quán)的獲取。比如，這將要求部署統(tǒng)一的安全保障架構(gòu)和獨(dú)特的標(biāo)識符，還要相應(yīng)地加強(qiáng)培訓(xùn)以及增加持續(xù)的專業(yè)發(fā)展內(nèi)容。工作的組織和設(shè)計(jì)：在智能工廠，員工的角色將發(fā)生顯著變化。工作中的實(shí)時控制將越來

10、越多，這將改變工作內(nèi)容、工作流程和工作環(huán)境。在工作組織中應(yīng)用社會技術(shù)方法將使工人有機(jī)會承擔(dān)更大責(zé)任，同時促進(jìn)他們個人的發(fā)展。若使其成為可能，有必要設(shè)置針對員工的參與性工作設(shè)計(jì)和終身學(xué)習(xí)方案，并啟動模型參考項(xiàng)目。培訓(xùn)和持續(xù)的專業(yè)發(fā)展：工業(yè)4.0將極大改變工人的工作和技能。因此，有必要通過促進(jìn)學(xué)習(xí)、使終身學(xué)習(xí)和以工作場所為基礎(chǔ)的持續(xù)專業(yè)發(fā)展的計(jì)劃，實(shí)施適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)策略和組織工作。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)推動示范項(xiàng)目和“最佳實(shí)踐網(wǎng)絡(luò)”，以及研究數(shù)字學(xué)習(xí)技術(shù)。監(jiān)管框架：雖然在工業(yè)4.0中新的制造工藝和橫向業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)需要遵守法律，但是考慮到新的創(chuàng)新，也需要調(diào)整現(xiàn)行的法規(guī)。這些挑戰(zhàn)包括保護(hù)企業(yè)數(shù)據(jù)、責(zé)任問題、處理

11、個人數(shù)據(jù)以及貿(mào)易限制。這將不僅需要立法，而且也需要代表企業(yè)的其他類型的行動一需要大量適當(dāng)手段，包括準(zhǔn)則、示范合同和公司協(xié)議，或如審計(jì)這樣的自我監(jiān)管措施。資源利用效率：即使拋開高成本不談，制造業(yè)消耗大量的原材料和能源，這也對環(huán)境和安全供給帶來了若干威脅。工業(yè)4.0將提高資源的生產(chǎn)率與利用效率。這就有必要計(jì)算在智能工廠中投入的額外資源與產(chǎn)生的節(jié)約潛力之間的平衡。邁向工業(yè)4.0將是一個漸進(jìn)的過程。目前基本的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)需要調(diào)整從而適應(yīng)制造工程的具體要求；同時應(yīng)探討為開發(fā)新地點(diǎn)和新市場制定創(chuàng)新型解決方案。如果這樣做成功的話，工業(yè)4.0將使德國提升全球競爭力，并保護(hù)其國內(nèi)制造業(yè)。1引言確保德國制造業(yè)的未來

12、德國是世界上制造業(yè)最具競爭力的國家之一。因?yàn)樗邆涔芾韽?fù)雜工業(yè)流程的能力，使不同的任務(wù)可由不同地理位置的不同合作伙伴來執(zhí)行。幾十年來，它已經(jīng)成功地應(yīng)用信息和通信技術(shù)(ICT)做到了這一點(diǎn)。當(dāng)今，ICT大約支撐了90%的工業(yè)制造過程。在過去的30年左右的時間里，IT革命給我們生活和工作帶來了根本性變革，其影響不亞于第一次和第二次工業(yè)革命中機(jī)械化和電氣化所帶來的影響。從個人電腦到智能設(shè)備的演進(jìn)伴隨著這樣的趨勢，越來越多的IT基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)將通過智能網(wǎng)絡(luò)(云計(jì)算)提供。比以往任何時候都更加小型化的設(shè)備與勢不可擋的互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，使無處不在的計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)。功能強(qiáng)大的、自主的微型計(jì)算機(jī)(嵌入式系統(tǒng))正越來

13、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(shí)體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界(cyberspace)以虛擬網(wǎng)絡(luò)一實(shí)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)在已有足夠的地址使智能對象間通過互聯(lián)網(wǎng)大范圍直接互聯(lián)。這意味著有史以來第一次，有可能將資源、信息、物品和人進(jìn)行互聯(lián)，從而造就物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)。這種現(xiàn)象的影響也將反映到工業(yè)領(lǐng)域。在制造領(lǐng)域，這種技術(shù)的漸進(jìn)性進(jìn)步可以被描述為工業(yè)化的第四個階段，即工業(yè)4.0(圖1)。工業(yè)化始于18世紀(jì)末機(jī)械制造設(shè)備的引進(jìn)，那時像紡織機(jī)這樣的機(jī)器徹底改變了貨物的生產(chǎn)方式。繼第一次工業(yè)革命后的第二次工業(yè)革命大約開始于20世紀(jì)之交，在勞

14、動分工的基礎(chǔ)上，采用電力驅(qū)動產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)。20世紀(jì)70年代初，第三次工業(yè)革命又取代了第二次工業(yè)革命，弁一直延續(xù)到現(xiàn)在。第三次工業(yè)革命引入了電子與信息技術(shù)（IT）,從而使制造過程不斷實(shí)現(xiàn)自動化，機(jī)器不僅接管了相當(dāng)比例的“體力勞動”，而且還接管了一些“腦力勞動”O(jiān)n£progranwiunngiccHtfnme(Chibdiw彈A.in曲面值IruviQlLitifinbasedMCyber-PIqsicalFigure1：IhefourstagesoftheIndustrialRevoluttan1.indijishialrefoiirtionfolcwsirrirndudnifi

15、ofwater-andsteamiMweirtmechanicalma咄阮turinigZindustrial叫曲血mlollowsimroducttani4re二liica呼pcwEFEdmassp刎撤ionteedaHiedHisionoflabour1indjusIriAlrMuliftitnelednNiicsandITUvadhimfurtti甑且mn前畫ofmanuhcturingEnd<rfSlBrtofStartof1970sm蚓IftlficaiEury2Dthcenluryrrwi皿國上刖加11圖1工業(yè)革命的四個階段德國需要借鑒其作為世界領(lǐng)先的制造設(shè)備供應(yīng)商以及在嵌入

16、式系統(tǒng)領(lǐng)域的長處，廣泛地將物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)應(yīng)用于制造領(lǐng)域，這樣它就可以在第四次工業(yè)革命的道路上起到引領(lǐng)作用。推出工業(yè)4.0不僅能鞏固德國的競爭地位，而且也可推動解決全球性挑戰(zhàn)（如資源和能源利用效率）和國家所面臨的挑戰(zhàn)（如應(yīng)對人口變化）。然而，關(guān)鍵是要考慮在社會文化背景下的技術(shù)創(chuàng)新，因?yàn)槲幕蜕鐣母淖儽旧硪彩莿?chuàng)新的主要驅(qū)動力。例如，人口的變化有可能會改變社會中的所有關(guān)鍵領(lǐng)域，如學(xué)習(xí)方式的組織、伴隨著壽命延長工作和健康的性質(zhì)、以及當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等等。這將反過來顯著影響德國的生產(chǎn)率。通過優(yōu)化技術(shù)創(chuàng)新和社會創(chuàng)新之間的關(guān)系，我們將為德國經(jīng)濟(jì)的競爭力和生產(chǎn)率作出重要貢獻(xiàn)。在制造業(yè)中采用物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)物聯(lián)

17、網(wǎng)和服務(wù)使得有可能創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)整合整個制造過程，將工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€智能環(huán)境。虛擬網(wǎng)絡(luò)一實(shí)體物理生產(chǎn)系統(tǒng)包括智能機(jī)器、儲存系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施，從入廠物流到生產(chǎn)、銷售、出廠物流和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和基于信息通信技術(shù)的端對端的集成。這樣不僅可以更加靈活地配置生產(chǎn)，而且還可以通過提供更加差異化的管理和控制過程來拓展機(jī)會。除了優(yōu)化現(xiàn)有的基于IT的過程，工業(yè)4.0也將有可能在全球范圍內(nèi)釋放潛力，對詳細(xì)過程和整體效果進(jìn)行更具差異化的跟蹤，而這在以前是不可能記錄的。它還將使業(yè)務(wù)合作伙伴（如供應(yīng)商和客戶）間、雇員間更加緊密合作，提供新的共贏機(jī)會。作為世界領(lǐng)先的制造設(shè)備供應(yīng)商，德國具有獨(dú)特的地位挖掘這種新型工業(yè)化的潛力。德國

18、的全球市場領(lǐng)導(dǎo)者包括許多“隱形冠軍”，他們提供專門的解決方案一一德國最頂級的100家中小型企業(yè)（SMEs）中的22家是機(jī)械和設(shè)備制造商，其中3家居于前十名。的確，許多機(jī)械和設(shè)備制造業(yè)領(lǐng)軍人物認(rèn)為他們的主要競爭對手在國內(nèi)。機(jī)械和設(shè)備與汽車和化學(xué)品一樣，也列為德國主要出口的商品之一。此外，德國的機(jī)械和設(shè)備制造商期望在未來仍然保持自己的領(lǐng)先地位。他們之中有60%的人相信在未來五年里，他們的技術(shù)競爭優(yōu)勢將進(jìn)一步增強(qiáng)，而只有不到40%的人希望保持目前的地位。盡管如此，在制造工程領(lǐng)域的全球性競爭將越來越激烈。不僅是亞洲競爭對手對德國工業(yè)構(gòu)成威脅，而且美國也正在采取措施促進(jìn)“先進(jìn)制造”，應(yīng)對去工業(yè)化。止匕外

19、，制造業(yè)一直以來不斷變化，并且愈加復(fù)雜。例如，先進(jìn)的激光燒結(jié)技術(shù)意味著現(xiàn)在有可能在數(shù)小時內(nèi)高質(zhì)量地“打印”出復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。這正在帶來全新的商業(yè)模式和服務(wù)，使得終端客戶可以更密切地參與一一用戶可以創(chuàng)建他們自己的設(shè)計(jì)，用電子郵件將他們發(fā)送到“影印店”，或者他們可以掃描和“復(fù)制”物體。在工業(yè)科研聯(lián)盟的倡議下，在工業(yè)4.0平臺上的合作伙伴們已經(jīng)為自己確立目標(biāo)，貫徹德國政府的戰(zhàn)略舉措，以確保德國工業(yè)的競爭力。物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)將應(yīng)用于制造行業(yè)：從本質(zhì)上講，工業(yè)4.0包括將虛擬網(wǎng)絡(luò)一實(shí)體物理系統(tǒng)技術(shù)一體化應(yīng)用于制造業(yè)和物流行業(yè)，以及在工業(yè)生產(chǎn)過程中使用物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)技術(shù)。這將對價值創(chuàng)造、商業(yè)模式、下游服務(wù)和工作

20、組織產(chǎn)生影響。工業(yè)4.0計(jì)劃具有巨大潛力滿足用戶個性化需求工業(yè)4.0允許在設(shè)計(jì)、配置、訂購、規(guī)劃、制造和運(yùn)作等環(huán)節(jié)能夠考慮到個體和客戶特殊需求，而且即使在最后階段仍能變動。在工業(yè)4.0中，有可能在一次性生產(chǎn)且產(chǎn)量很低（1批量）的情況下仍能獲利。靈活性基于CPS的自組織網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)業(yè)務(wù)過程的不同方面，如質(zhì)量、時間、風(fēng)險、魯棒性、價格和生態(tài)友好性等，進(jìn)行動態(tài)配置。這有利于原料和供應(yīng)鏈的連續(xù)“微調(diào)”。也意味著工程流程可以更加靈活，制造工藝可以被改變，暫時短缺（例如供應(yīng)問題）可以得到補(bǔ)償,輸出的大量增加可以在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)?！肮I(yè)4.0為德國提供了一個機(jī)會，使其進(jìn)一步鞏固其作為生產(chǎn)制造基地、生產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)

21、商和IT業(yè)務(wù)解決方案供應(yīng)商的地位。令人鼓舞的是，我們可以看到德國的所有利益相關(guān)方在緊密合作，通過工業(yè)4.0平臺，一起向前邁進(jìn)，加以實(shí)施?！笨缀矊帲℉enningKagermann）博士教授（acatech-國家科學(xué)與工程學(xué)院，通信行業(yè)科學(xué)發(fā)起人集團(tuán)發(fā)言人，研究聯(lián)盟和工業(yè)4.0工作組聯(lián)合主席）決策優(yōu)化為了在全球市場上取得成功，在短時間內(nèi)能夠做出正確決定變得越來越關(guān)鍵。工業(yè)4.0提供了端到端的實(shí)時透明，使得工程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)決策可以進(jìn)行早期驗(yàn)證，弁且既可以對干擾做出更靈活的反應(yīng)，還可以對生產(chǎn)領(lǐng)域中公司的所有位置進(jìn)行全局優(yōu)化。資源生產(chǎn)率和利用效率工業(yè)制造過程的總體戰(zhàn)略目標(biāo)仍然適用于工業(yè)4.0:在給定資源

22、量（資源生產(chǎn)率）的前提下，得到盡可能高的產(chǎn)品輸出；使用盡可能低的資源量，達(dá)到指定的輸出（資源利用效率）。CPS在貫穿整個價值網(wǎng)絡(luò)的各個環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上，對制造過程進(jìn)行優(yōu)化。此外，系統(tǒng)可就生產(chǎn)過程中的資源和能源消耗或降低排放進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，而不是停止生產(chǎn)。通過新的服務(wù)創(chuàng)造價值機(jī)會工業(yè)4.0開辟了創(chuàng)造價值的新途徑和就業(yè)的新形式，比如通過下游服務(wù)。智能算法可用于各種大量數(shù)據(jù)（大數(shù)據(jù)），這些數(shù)據(jù)是為了提供創(chuàng)新服務(wù)而由智能設(shè)備所記錄的。尤其是對于中小企業(yè)和初創(chuàng)公司來說，有顯著的機(jī)遇發(fā)展B2B（企業(yè)對企業(yè)）服務(wù)。應(yīng)對工作場所人口的變化通過工作組織和能力發(fā)展計(jì)劃相結(jié)合，人與技術(shù)系統(tǒng)之間的互動合作將為企業(yè)提供新的機(jī)會

23、，將人口變化轉(zhuǎn)化為自身的優(yōu)勢。面對熟練勞動力的短缺和日益多樣化的勞動力（如年齡、性別和文化背景），工業(yè)4.0將提供靈活多樣的職業(yè)路徑，讓人們的工作生涯更長，并且保持生產(chǎn)能力。工作和生活的平衡使用CPS的公司更加靈活的工作組織模式，意味著它們可以很好地滿足員工不斷增長的需求，讓員工在工作與私人生活之間，以及個人發(fā)展與持續(xù)的職業(yè)發(fā)展之間實(shí)現(xiàn)更好的平衡。例如，智能輔助系統(tǒng)將提供新的組織工作的機(jī)會，即提供一種靈活的新標(biāo)準(zhǔn)以滿足公司的需要和員工個人的需求。隨著勞動力規(guī)模的縮減，CPS公司在招聘最優(yōu)秀員工方面將具備明顯優(yōu)勢。高工資仍然具有競爭力工業(yè)4.0的雙重戰(zhàn)略將使得德國保持供應(yīng)商的領(lǐng)先地位，并且成為工

24、業(yè)4.0解決方案的主導(dǎo)市場。然而，工業(yè)4.0不會對相關(guān)行業(yè)構(gòu)成純技術(shù)層面或與信息技術(shù)相關(guān)的挑戰(zhàn)。不斷變化的技術(shù)也將會對組織方面帶來深遠(yuǎn)影響，它提供了開展創(chuàng)新的商業(yè)和企業(yè)模式、提高員工參與度的機(jī)10會。20世紀(jì)80年代初，通過將可編程邏輯控制器(PLCs)應(yīng)用于制造技術(shù)，使制造自動化更加靈活，與此同時，通過采用一種基于社會伙伴關(guān)系的方法、管理對勞動力的影響，德國成功地進(jìn)行了第三次工業(yè)革命。德國強(qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)、成功的軟件產(chǎn)業(yè)和在語義技術(shù)方面的訣竅意味著德國可以很好地實(shí)施工業(yè)4.0o德國有可能克服目前的障礙，如技術(shù)接受問題或勞動力市場熟練工人數(shù)量有限的問題。然而，只有所有利益相關(guān)方共同努力，挖掘物聯(lián)

25、網(wǎng)和服務(wù)為制造業(yè)帶來的潛力，才有可能確保德國工業(yè)的未來。自2006年以來，德國政府已在其高技術(shù)戰(zhàn)略下推動物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)。一些技術(shù)項(xiàng)目已經(jīng)成功啟動。工業(yè)科學(xué)研究聯(lián)盟正在利用工業(yè)4.0計(jì)劃跨部門推進(jìn)這一舉措。在執(zhí)行過程中下一步順理成章的是建立第四次工業(yè)革命平臺，由德國信息技術(shù)、通訊、新媒體協(xié)會(BITKOM)、德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(VDMA)以及德國電氣和電子工業(yè)聯(lián)合會(ZVEI)三個專業(yè)協(xié)會共同建立秘書處。下一步的任務(wù)就是為關(guān)鍵的優(yōu)先主題制定研發(fā)路線圖。確保德國制造業(yè)的未來一一這是工業(yè)4.0平臺的合作伙伴確立的目標(biāo)。該平臺邀請所有相關(guān)的利益方繼續(xù)探索工業(yè)4.0帶來的機(jī)遇，只有這樣，我們一起才可

26、以幫助確保成功實(shí)施工業(yè)4.0的革命前景。112愿景：工業(yè)4.0作為智能、網(wǎng)絡(luò)化世界的在一個“智能、網(wǎng)絡(luò)化的世界”里，物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)（the_-一、一一一一；一一，一，n1InternetofThingsandServices）將滲透到所有的關(guān)鍵領(lǐng)域。這種轉(zhuǎn)變正在導(dǎo)致智能電網(wǎng)出現(xiàn)在能源供應(yīng)領(lǐng)域，可持續(xù)移動通信戰(zhàn)略領(lǐng)域（智能移動性，智能物流）和醫(yī)療智能健康領(lǐng)域。在整個制造領(lǐng)域中，貫穿整個智能產(chǎn)品和系統(tǒng)的價值鏈網(wǎng)絡(luò)的垂直網(wǎng)絡(luò)、端到端工程和橫向集成將成為工業(yè)化第四階段的引領(lǐng)者一即“工業(yè)4.0”工業(yè)4.0的重點(diǎn)是創(chuàng)造智能產(chǎn)品，程序和過程。其中，智能工廠構(gòu)成了工業(yè)4.0的一個關(guān)鍵特征。智能工廠能夠管理復(fù)雜

27、的事物，不容易受到干擾不能夠更有效地制造產(chǎn)品。在智能工廠里，人、機(jī)器和資源如同在一個社交網(wǎng)絡(luò)里一般自然地相互溝通協(xié)作。智能產(chǎn)品理解它們被制造的細(xì)節(jié)以及將被如何使用。它們積極協(xié)助生產(chǎn)過程，回答諸如“我是什么時候被制造的”“哪組參數(shù)應(yīng)被用來處理我”“我應(yīng)該被傳送到哪”等等問題。其與智能移動性，智能物流和智能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相對接將使智能工廠成為未來的智能基礎(chǔ)設(shè)施中的一個關(guān)鍵組成部分。這將導(dǎo)致傳統(tǒng)價值鏈的轉(zhuǎn)變和新商業(yè)模式的出現(xiàn)20因此，工業(yè)4.0不應(yīng)被孤立地對待，而是應(yīng)該被看作是一系1在2009年，工業(yè)-科學(xué)研究聯(lián)盟確立了五個主要關(guān)鍵領(lǐng)域：氣候/能源，人口流動，健康，安全和通信，更多信息參見：http:/w

28、ww.forschungsunion.de2自第三次工業(yè)革命以來，ICT不僅被用于制造業(yè)中以使成本和效率最優(yōu)，而且也被用于制造業(yè)相關(guān)或重疊的領(lǐng)域中，如物流，診斷，質(zhì)保，維護(hù)，能源管理和人力資源規(guī)劃等。但是隨著時間推移，不同的IT系統(tǒng)各自獨(dú)立發(fā)展，他們結(jié)構(gòu)的獨(dú)立演變和封閉屬性又意味很難將他們整合。這將使得全面的IT系統(tǒng)和柔性的再分配制造系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)，這也就意味著不能更加方便地利用這些系統(tǒng)所帶來的便利。而在工業(yè)4.0中，這些限制都將不存在。12列需要采取行動的關(guān)鍵領(lǐng)域中的一個。所以，工業(yè)4.0應(yīng)在跨學(xué)科狀態(tài)下加以實(shí)施，弁與其他關(guān)鍵領(lǐng)域展開密切合作。（見圖2），切呢2:Industry4,0ands

29、martfactor質(zhì)器partolthuIntumRtolBingsandSewc溫圖2:工業(yè)4.0和智能工廠-物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)的一部分2.1塑造工業(yè)4.0愿景實(shí)現(xiàn)整個模式的轉(zhuǎn)變，需要將工業(yè)4.0作為一個長期的項(xiàng)目來實(shí)施，弁將是一個漸進(jìn)的過程。在整個過程里，保留現(xiàn)有制造業(yè)體系的核心價值將是一個關(guān)鍵。與此同時，從工業(yè)化的早期階段（參考第3章和第5.4章）汲取經(jīng)驗(yàn)也是必需的。然而，導(dǎo)致重大飛躍的創(chuàng)新也有可能出現(xiàn)在一些個別行業(yè)。在生產(chǎn)、自動化工程和IT領(lǐng)域，橫向集成是指將各種使用不同制造階段和商業(yè)計(jì)劃的IT系統(tǒng)集成在一起，這其中既包括一個公司內(nèi)部的材料、能源和信息的配置（例如，原材料物流，生產(chǎn)過程，

30、產(chǎn)品外出物流，市場營銷），也包括不同公司間的配置（價值網(wǎng)絡(luò)）。這種集成的目標(biāo)是提供端到端的解決方案。13在生產(chǎn)、自動化工程和IT領(lǐng)域，垂直集成是指為了提供一種端到端的解決方案，將各種不同層面的IT系統(tǒng)集成在一起（例如，執(zhí)行器和傳感器，控制，生產(chǎn)管理，制造和執(zhí)行及企業(yè)計(jì)劃等各種不同層面）。如果德國工業(yè)要生存和發(fā)展，在推進(jìn)第四次工業(yè)革命中就需要發(fā)揮積極的作用，因此，借助德國工業(yè)和研究領(lǐng)域的傳統(tǒng)優(yōu)勢將是非常必要的：機(jī)械和設(shè)備制造的市場領(lǐng)導(dǎo)力量全球矚目的IT集群地在嵌入式系統(tǒng)和自動化工程領(lǐng)域領(lǐng)先的創(chuàng)新者一個高度熟練的和充滿干勁的勞動力供應(yīng)商和用戶間距離相近且在某些領(lǐng)域緊密的合作先進(jìn)的研究和培訓(xùn)設(shè)施工業(yè)

31、4.0的實(shí)施，目的是要擬定出一個最佳的一攬子計(jì)劃，通過充分利用德國高技能、高效率弁且掌握技術(shù)訣竅的勞動力優(yōu)勢來形成一個系統(tǒng)的創(chuàng)新體系，以此來促進(jìn)現(xiàn)有的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)潛力。工業(yè)4.0將重點(diǎn)聚焦以下方面：通過價值網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的橫向集成貫穿整個價值鏈的端到端工程數(shù)字化集成垂直集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)這些方面將在第3章雙重戰(zhàn)略中詳細(xì)闡述。142.2在工業(yè)4.0下未來會是什么樣子?工業(yè)4.0將更加靈活更加堅(jiān)強(qiáng)，包括工程最高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)劃、生產(chǎn)、操作和物流過程。這將使動態(tài)的、實(shí)時優(yōu)化的和自我組織的價值鏈成為現(xiàn)實(shí)，弁帶來諸如成本、可利用性和資源消耗等不同標(biāo)準(zhǔn)的最優(yōu)化選擇。而這些都需要恰當(dāng)?shù)囊?guī)則框架、標(biāo)準(zhǔn)化接口和和諧的商

32、業(yè)進(jìn)程?！拔锫?lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)在制造業(yè)中擁有巨大的創(chuàng)新潛力，如果我們成功把基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)整合進(jìn)工業(yè)4.0,將極大地擴(kuò)展這種潛力?！?.1 -JohannesHelbig博士，DeutschePostAG（德國郵政），工業(yè)-科學(xué)研究聯(lián)盟交流促進(jìn)團(tuán)體成員以下幾個方面將構(gòu)成工業(yè)4.0的核心特征：工業(yè)4.0將在制造領(lǐng)域的所有因素和資源間形成全新的社會技術(shù)互動水平。它將使生產(chǎn)資源（生產(chǎn)設(shè)備、機(jī)器人、傳送裝置、倉儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施）形成一個循環(huán)網(wǎng)絡(luò)，這些生產(chǎn)資源將具有以下特性：自主性、可自我調(diào)節(jié)以應(yīng)對不同形勢、可自我配置、基于以往經(jīng)驗(yàn)、配備傳感設(shè)備、分散配置，同時，它們也包含相關(guān)的計(jì)劃與管理系統(tǒng)。作為工業(yè)4.0的

33、一個核心組成，智能工廠將滲透到公司間的價值網(wǎng)絡(luò)中，弁最終促使數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)的完美結(jié)合。智能工廠以端對端的工15程制造為特征，這種端對端的工程制造不僅涵蓋制造流程，同時也包含了制造的產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字和物質(zhì)兩個系統(tǒng)的無縫融合。智能工廠將使制造流程的日益復(fù)雜性對于工作人員來說變得可控，在確保生產(chǎn)過程具有吸引力的同時使制造產(chǎn)品在都市環(huán)境中具有可持續(xù)性，并且可以盈利。工業(yè)4.0中的智能產(chǎn)品具有獨(dú)特的可識別性，可以在任何時候被分辨出來。甚至當(dāng)它們在被制造時，它們就可以知道整個制造過程中的細(xì)節(jié)。在某些領(lǐng)域，這意味著智能產(chǎn)品能半自主地控制它們生產(chǎn)的各個階段。止匕外，智能產(chǎn)品也有可能確保它們在工作范圍內(nèi)發(fā)揮最

34、佳作用，同時在整個生命周期內(nèi)隨時確認(rèn)自身的損耗程度。這些信息可以匯集起來供智能工廠參考，以判斷工廠是否在物流、裝配和保養(yǎng)方面達(dá)到最優(yōu)，當(dāng)然，也可以應(yīng)用于商業(yè)管理應(yīng)用的整合。在未來，工業(yè)4.0將有可能使有特殊產(chǎn)品特性需求的客戶直接參與到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、構(gòu)造、預(yù)訂、計(jì)劃、生產(chǎn)、運(yùn)作和回收各個階段。更有甚者，在即將生產(chǎn)前或者在生產(chǎn)的過程中，如果有臨時的需求變化，工業(yè)4.0都可立即使之變?yōu)榭赡?。?dāng)然，這會使生產(chǎn)獨(dú)一無二的產(chǎn)品或者小批量的商品仍然可以獲利。工業(yè)4.0的實(shí)施將使企業(yè)員工可以根據(jù)形勢和環(huán)境敏感的目標(biāo)來控制、調(diào)節(jié)和配置智能制造資源網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)步驟。員工將從執(zhí)行例行任務(wù)中解脫出來，使他們能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新

35、性和高附加值的生產(chǎn)活動。因此，他們將保持其關(guān)鍵作用，特別是在質(zhì)量保證方面。與此同時，靈活的工作條件，將在他們的工作和個人需求之間實(shí)現(xiàn)更好的協(xié)調(diào)。16工業(yè)4.0的實(shí)施需要通過服務(wù)水平協(xié)議來進(jìn)一步拓展相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和特定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。這將可能滿足那些具有高帶寬需求的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，同時也可以滿足那些提供運(yùn)行時間保障的服務(wù)供應(yīng)商，因?yàn)橛行?yīng)用具有嚴(yán)格的時間要求。2.3 新型的商業(yè)機(jī)會和模式工業(yè)4.0將發(fā)展出全新的商業(yè)模式和合作模式，這些模式可以滿足那些個性化的、隨時變化的顧客需求，同時也將使中小企業(yè)能夠應(yīng)用那些在當(dāng)今的許可和商業(yè)模式下無力負(fù)擔(dān)的服務(wù)與軟件系統(tǒng)。這些全新的商業(yè)模式將為諸如動態(tài)定價

36、和服務(wù)水平協(xié)議（servicelevelagreements,SLAs）質(zhì)量提供解決方案，動態(tài)定價指的是要充分考慮顧客和競爭對手的情況，服務(wù)水平協(xié)議質(zhì)量則是關(guān)系到商業(yè)合作伙伴之間的連接和協(xié)作。這些模式將力爭確保潛在的商業(yè)利潤在整個價值鏈的所有利益相關(guān)人之間公平地共享，包括那些新進(jìn)入的利益相關(guān)人。更加寬泛的法規(guī)要求，如減少二氧化碳排放量（參考第5.8章），也可以而且應(yīng)該融入到這些商業(yè)模式中，以便讓商業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的合作伙伴共同遵守。（見圖3）工業(yè)4.0往往被冠以諸如“網(wǎng)絡(luò)化制造”、“自我組織適應(yīng)性強(qiáng)的物流”和“集成客戶的制造工程”等特征，它將追求新的商業(yè)模式以率先滿足動態(tài)的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)而非單個公司，這將引

37、發(fā)一系列注入融資、發(fā)展、可靠性、風(fēng)險、責(zé)任和知識產(chǎn)權(quán)及技術(shù)訣竅保護(hù)等問題。就網(wǎng)絡(luò)的組織及其有別于他人的高質(zhì)量服務(wù)而言，最關(guān)鍵的是要確保責(zé)任被正確地分配到商業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，同時備有相關(guān)約束性文件作為支撐。17Figure3Hu拒valuenetworkProductiofiMarkjtiniiandSilnSmartGiilLElfii-slDsagnfiPMarketingmdSalesMan咿即司|日血PlaiininiFactoryEnsinairimgiFactory1MmrHmtaO內(nèi)心EnfliwfwiBhvdudiDn1FMZJ'就心二日SuppliersinuSirandiid

38、wH圖3:橫向價值網(wǎng)絡(luò)實(shí)時的針對商業(yè)模式的細(xì)節(jié)監(jiān)測實(shí)時意味著數(shù)據(jù)處理與現(xiàn)實(shí)事件的發(fā)生同步進(jìn)行，而不是延遲處理18也將在形成工藝處理步驟和監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)上發(fā)揮關(guān)鍵作用，它們可以表明合同和規(guī)章條件是否得到執(zhí)行。商業(yè)流程的各個步驟在任何時刻都可以追蹤，同時也可以提供他們完成的證明文件（見第5.7章）。為了確保高效提供個體服務(wù)，清晰且明確地描繪出以下狀態(tài)將是必要的：相關(guān)服務(wù)的生命周期模型、能夠保證的承諾、以及確保新的合作伙伴可以加入商業(yè)網(wǎng)絡(luò)的許可模型和條件，尤其是針對中小企業(yè)。鑒于上述情況，工業(yè)4.0很有可能將對全球產(chǎn)生難以預(yù)測的影響弁造就一個極為活躍的環(huán)境。新技術(shù)的顛覆性及其對相關(guān)法律問題（如技術(shù)方面

39、、敏感的企業(yè)數(shù)據(jù)、責(zé)任、數(shù)據(jù)保護(hù)、貿(mào)易限制、密碼系統(tǒng)的利用等）的影響將能威脅現(xiàn)存法規(guī)的實(shí)施。很短的創(chuàng)新周期可以導(dǎo)致頻繁的規(guī)則架構(gòu)更新需求，弁且造成執(zhí)行過程的慢性失敗。因此，有必要采取一種新的方法，可以提前或者在技術(shù)實(shí)施過程中檢驗(yàn)其同現(xiàn)行法律的相容性（參考第5.7章）。另外一項(xiàng)事關(guān)工業(yè)4.0計(jì)劃實(shí)施的關(guān)鍵因素就是安全和保障(參考第5,4章)。重復(fù)地講，在安全領(lǐng)域，我們需要更富積極性的措施，進(jìn)而言之，尤為重要的是，在設(shè)計(jì)安全的概念里不應(yīng)僅僅局限于功能組件。2.4 工作場所的全新社會基礎(chǔ)設(shè)施工業(yè)4.0將給德國帶來若干創(chuàng)新變革，而德國當(dāng)前正處于人口結(jié)構(gòu)變化的困境中，它擁有世界上第二年老的人口，僅次于日

40、本。在許多德國制造公司，員工的平均年齡在四十多歲。年輕員工的數(shù)量在不斷下降，某些行業(yè)的熟練技工和學(xué)徒申請者已出現(xiàn)短缺。為了確保人口結(jié)構(gòu)的變化不會影響當(dāng)前的生活水平，德國很有必要更好地利用現(xiàn)有的勞動力市場為工業(yè)4.0的實(shí)施做好儲備，于此同時，還需保持并不斷改進(jìn)勞動生產(chǎn)效率。因此，提高老年人和婦女的就業(yè)比例就尤為重要。最新的研究表明，個人的生產(chǎn)效率并不取決于員工年齡，而是相反地取決于他們從事某種工作崗位的時間、工作組織方式和工作環(huán)境。如果更長的工作生涯可以保持并增加提高勞動生產(chǎn)率，那么，就非常有必要協(xié)調(diào)和改變相關(guān)的工作環(huán)境，包括健康管理和工作組織方式、終身學(xué)習(xí)和職業(yè)路徑模式、團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)和知識管理參見

41、AlterninDeutschland,Vol.9:GewonneneJahre,EmpfehlungenderAkademiengruppe,NovaActaleopoldinaNFNo.371,Vol.107,Stuttgart2009,p.49,56.移民與低技能勞動者(如果他們能接受更多的培訓(xùn)也可以成為勞動力市場中充分利用的勞動力來源，參見OECD:Zuwanderungausl?ndischerArbeitskr?fte:Deutschland,2013,網(wǎng)址：/social-issues-migration-health/zuw

42、anderung-auslandischer-arbeitskrafte-deutschland-german-version_9789264191747-de19。這不僅對于商業(yè)而且特別包括教育系統(tǒng)來說，都是一個必需迎接的挑戰(zhàn)。因此，決定德國未來競爭力的，不僅是新的技術(shù)、商業(yè)和法律因素，更是工業(yè)4.0新的社會基礎(chǔ)設(shè)施的工作場所，而這也正是在創(chuàng)新過程中有能力使員工取得更高成就的基礎(chǔ)。工業(yè)4,0所帶來的人類-技術(shù)(human-technology)和人類-環(huán)境(human-environment)相互作用的全新轉(zhuǎn)變也將發(fā)揮重要作用，全新的協(xié)作工作方式使得工作可以脫離工廠，通過虛擬的、移動的工作方

43、式開展。員工將被鼓勵在他們的工作中通過智能輔助系統(tǒng)使用多種形式的、友好的用戶界面。除了全面的培訓(xùn)和持續(xù)職業(yè)發(fā)展措施(CPDmeasures)外，工作組織和設(shè)計(jì)模型也將是廣受勞動者歡迎的成功轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。這些模型應(yīng)使員工將擁有高度的自我管理自主權(quán)與領(lǐng)導(dǎo)和管理權(quán)力的下放相結(jié)合。員工應(yīng)該擁有更大的自由作出他們自己的決定，更積極地投入和調(diào)節(jié)自己的工作。工業(yè)4.0的社會-技術(shù)方法使得人們釋放出新的潛力從事迫切需要的創(chuàng)新活動，這是基于對于人在創(chuàng)新過程中重要作用的更新的認(rèn)識。2.5 全新的基于服務(wù)和實(shí)時保障的CPS平臺具有戰(zhàn)略意義的工業(yè)4.0計(jì)劃將極大地促進(jìn)全新的CPS平臺更加適應(yīng)具有協(xié)作性特點(diǎn)的商業(yè)化進(jìn)程和

44、連接智能工廠和智能產(chǎn)品的全生命周期各方面的整個商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。這些平臺將提供服務(wù)和實(shí)際應(yīng)用，并且能聯(lián)系到所有參與的人員、物體和系統(tǒng)(見圖4),同時還將擁有以下特征：靈活性，可以提供迅速和簡單流程的服務(wù)和應(yīng)用，包括基于CPS的軟件；在AppStore模式鏈下實(shí)現(xiàn)商業(yè)進(jìn)程中的調(diào)配和部署；提供綜合性強(qiáng)、安全可信的全商業(yè)進(jìn)程支持；保障從傳感器到客戶交流所有環(huán)節(jié)的安全和可靠系統(tǒng)；支持移動端設(shè)備；支持商業(yè)網(wǎng)絡(luò)中互相協(xié)助的生產(chǎn)、服務(wù)、分析和預(yù)測。20RguiB4:IheInterneto(fIhlngsandServices-Nehn帆people,objectsandsystemsInternetofThing

45、sInternetofServices如rm耨滯Im囂，露1班-i/的舊再IvG強(qiáng)制靠!hqmhK的1?圖4:物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)一網(wǎng)絡(luò)中的人、物和系統(tǒng)在商業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，共享的CPS平臺往往針對包括服務(wù)流程和應(yīng)用在內(nèi)的IT技術(shù)發(fā)展有特殊需求，因?yàn)樵谶@些共享的CPS平臺上，CPS的橫向與縱向集成、工業(yè)流程中的應(yīng)用及服務(wù)往往會誕生出一些特殊的需求（參考表5.1）。對于工業(yè)4.0來說，在整個服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，重要的是需要更加寬泛地解釋流程條款。很明顯，在互相協(xié)作的公司間和商業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)該建立起共享的服務(wù)和應(yīng)用。在CPS平臺，諸如安全和保障、可信任、可靠性、使用、操作模式的融合、實(shí)時分析和預(yù)測等特性都顯得尤為重要，在

46、互相協(xié)作的生產(chǎn)和服務(wù)過程中，確立流程標(biāo)準(zhǔn)以及安全、可靠、高效的操作都離不開這些特性，同樣，它們對于執(zhí)行活躍的商業(yè)活動也至關(guān)重要。最后，這需要應(yīng)對由大范圍數(shù)據(jù)源和終端設(shè)備引發(fā)的各種問題。以上所提到的這些需求在當(dāng)前初級云端基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)下只能得到極少量的滿足。CPS平臺被公司間的IT人員、軟件和服務(wù)提供商以及公司本身所使用，這需要有一個工業(yè)4.0的參考框架，該參考框架應(yīng)該考慮到ICT和制造企業(yè)的不同特征。21模式化的操作流程要求CPS平臺開發(fā)全新的應(yīng)用和服務(wù)，以此來滿足那些瞬息萬變的復(fù)雜變化，而這些變化正是由于不同領(lǐng)域和組織之間的功能增長、差異化、活躍性和協(xié)作性所帶來的（參考第5,2章）。最后，擁有

47、一個高帶寬、安全高效的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)則是保障數(shù)據(jù)交換安全的關(guān)鍵（參考第5.3章）。2.6 工業(yè)4.0之路實(shí)施工業(yè)4.0計(jì)劃是一個涉及諸多不同企業(yè)和部門以不同速度發(fā)展的漸進(jìn)性過程。BITKOM,VDMA和ZVEI在年初提出了一項(xiàng)名為“工業(yè)4.0前景”的調(diào)查3278家企業(yè)參與了調(diào)查，來源：BITKOM,VDMAandZVEI,January201322,確認(rèn)了這一題目的重要性，認(rèn)為這將關(guān)系到德國工業(yè)競爭力，弁且提出需要提供更加全面及目標(biāo)更加明確的信息（見圖5）。調(diào)查顯示，47%的企業(yè)表示已經(jīng)積極參與工業(yè)4.0計(jì)劃，18%的企業(yè)參加了對工業(yè)4.0計(jì)劃的研究，12%的企業(yè)則已經(jīng)開始實(shí)施工業(yè)4.0計(jì)劃。Fig

48、ure5:ResultsofsurveyonInduslnB4.0Ernnds(January2013)Arcyoualreadytn口agedwilhImduslrie40?nrNo：133MMMHRIIHoware¥Hiai咽師with曲isionic?ainmnliNBhedti肝PufttignfHDpocilcf33WhstarcIliegreatestchallengesCDfincctadwithimplementinaInd網(wǎng)厘41？liningndCHfcuuiatrf''sniwHliHkrMgMilhMdiM欣4,0fw抑*conipGlifiw

49、fie$£i：Whit加押n啪uk)jufikeW嘏MyouwiihiniplHTHntation討liwiimtrir4,QTinvhhkbisdiv伽加削附4/inWW'Not*削lnHUftarillidspenNBOpptnumym黜uaummctE岫而腳曲腰hmtamenlfriwi曲叩gnupsFrimno圖憑加陶信IrrdHWiiridiDnlnelcnffinn«euhimi<iiqiUser：3/avuageTiU*&6NctMdI111VmiIntk婀曲?7BunipaiiBSlinkpartin1h&即%里maiibhm加

50、madlneryaidplajil葡lunngnd啕ry.的53眥即枷包蒯Ilookpanhadfeworthan500etwlo.,hId崛.陰toIterantertriuwtk“腦麻蛆的蟲面如毗附畫,叫國蝴Swi：圳即H即mMl即1J圖5:工業(yè)4.0趨勢調(diào)查結(jié)果（2013.01）Figure5:ResultsofsurveyonIndustne4.0Erends(January2013)Arcyuualreadyengagedwithluduslrie40?PuttingnninpociittIte:1QtjtaihgnloiraltaiatomnIinoMn愉酰由Miatarcihcg

51、reatestchallengESCDfincctrdwithimplemenlingInd網(wǎng)厘41？(|ij叫則edimUhihejisht)lianhgandCfll42廁山1用用VMNli翦師就supportmeasuitsmuk)mufikeWassisttauwiihimplefnentation/IndusUinVI?Het柄幀1*1hImkilhEidforCHTpeliliwnessasi：Mam府她叫；4hn制曲H"1t35UNetatillliiwanlIntJUpefiNBUser：3/avtnaiiK9*&ENctisilim;11113mI帆蜀施施詢

52、畫器linkpunnIhesun/manljrMmDiemaEUneryaidplaiilrnaiiufadumgndidnraISHIhulaiinpaiKSialunitpanhadfewitian500envloim.“加卵加n*如由pMMIriiLWi金StW:HHKDKVDUlJYllnJ13實(shí)施工業(yè)4.0計(jì)劃會面臨三大挑戰(zhàn)：標(biāo)準(zhǔn)化、工作組織和產(chǎn)品的可獲得性。隨著各個工作小組的積極推進(jìn)，許多企業(yè)提出了一些有利于推進(jìn)工業(yè)4.0計(jì)劃的需求措施，包括可以分享經(jīng)驗(yàn)的目標(biāo)研討會和日常的通訊。而專業(yè)協(xié)會將在促使社交團(tuán)體、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和公眾間流暢溝通和緊密合作方面發(fā)揮重要作用。近50%的受訪企業(yè)表明，

53、他們已經(jīng)從專業(yè)協(xié)會那里獲得了工業(yè)4.0的相關(guān)資料。止匕外，為了順利推進(jìn)工業(yè)4.0計(jì)劃，工作小組認(rèn)為以下措施是關(guān)鍵：實(shí)行實(shí)時的CPS解決方案將從空間、技術(shù)的質(zhì)量和可靠性方面極大地依賴于服務(wù)與基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。為了確保德國在世界范圍的競爭力，通過融合相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)來統(tǒng)一服務(wù)和商業(yè)模式，應(yīng)該被國內(nèi)與國際的相關(guān)政策制定人員充分考慮。制造業(yè)中的商業(yè)化進(jìn)程仍然是靜止不變的，弁且一直在應(yīng)用那些不合時宜的軟件系統(tǒng)。然而，這些弁不可能迅速被服務(wù)導(dǎo)向的系統(tǒng)所取代，因此，如何確保新技術(shù)可以兼容那些舊23系統(tǒng)就顯得尤為重要，舊系統(tǒng)必須要升級為實(shí)時系統(tǒng)。在當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)網(wǎng)的環(huán)境下，制造業(yè)中新商業(yè)模式的發(fā)展程度將與同互聯(lián)網(wǎng)本身

54、的發(fā)展程度相適應(yīng)。雇員將參與到工作組織、CPD和技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)造性社會-技術(shù)系統(tǒng)早期階段。為了促進(jìn)工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)變，使整個ICT產(chǎn)業(yè)（已適應(yīng)短周期創(chuàng)新的特點(diǎn)）能夠與機(jī)器與設(shè)備制造商和機(jī)電一體化系統(tǒng)（mechatronicsystem）供應(yīng)商（傾向于較長創(chuàng)新周期）工作聯(lián)系更緊密，必須要建立一套眾多參與企業(yè)都可接受的商業(yè)模式。24應(yīng)用1:減少能源消耗一一生產(chǎn)間歇的汽車車身裝配線當(dāng)今，能源利用效率已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)過程中必須考慮的因素。為了滿足這一需求，在生產(chǎn)間歇中隨時關(guān)閉那些不工作的部分以減少能源消耗，就成為一種必須具備的能力。工業(yè)4.0將更大程度地利用現(xiàn)有條件實(shí)現(xiàn)這一能力，以保證它能夠融入到生產(chǎn)設(shè)

55、施從計(jì)劃到運(yùn)行的整個過程。如今，許多生產(chǎn)線或者它們的一部分，因生產(chǎn)間歇、周末或者輪班而沒有從事生產(chǎn)的時候仍然持續(xù)地運(yùn)行，弁消耗大量的能源。例如，使用激光焊接技術(shù)的汽車車身裝配線在生產(chǎn)間歇時所消耗的能源占據(jù)了其全部能源消耗總量的12%o這些生產(chǎn)線每周工作5天，實(shí)行3班倒。雖然這些復(fù)雜的機(jī)器在周末弁不生產(chǎn)，但它們?nèi)匀槐３止ぷ鳡顟B(tài)以便周末結(jié)束后迅速投入生產(chǎn)。在生產(chǎn)間歇90%的能源消耗來自于以下設(shè)備：機(jī)器人(20%-30%),通風(fēng)設(shè)備(35%-100%)和激光源及其冷卻系統(tǒng)(0-50%)。TodayPotentialsavingsduringplannedandunplannedbreaksinpro

56、duction24hoursSourco.Stermns2013發(fā)揮能源效率潛力的措施:25未來，機(jī)器人即便在很短的生產(chǎn)間歇也可以關(guān)閉，而在比較長的時間段，他們將保持一種被稱為“網(wǎng)絡(luò)喚醒模式”機(jī)器人由PROFIenergy控制26的待命狀態(tài)；通風(fēng)設(shè)備將可以控制速度以滿足不同需求；至于激光源則需要全新的系統(tǒng)以適應(yīng)節(jié)能需求。綜上，這些措施將可以減少總能源消耗的12%(從TomorrowPotentialsavingsovertheweekendDayiLiulhWkmais制13DayUliuIFli:國i函ihi山2U1345,000kWh/w至U接近40,000kWh/w),加上生產(chǎn)間歇節(jié)能9

57、0%。這些使得能源利用更為有效的措施應(yīng)該在CPS設(shè)計(jì)的最初階段就加以考慮。潛在的收益：整合了可以控制部分設(shè)備開關(guān)的汽車車身生產(chǎn)線，將改善能源利用效率。同時，升級現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備帶來的成本/風(fēng)險率也不高，這條道路必將成為一項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，所有工業(yè)4.0計(jì)劃中主導(dǎo)供應(yīng)商生產(chǎn)的新型機(jī)械設(shè)備都將遵照此標(biāo)準(zhǔn)，從而將使改善能源利用效率最終達(dá)成。3雙重戰(zhàn)略：成為領(lǐng)先的市場和供應(yīng)商第四次工業(yè)革命（工業(yè)4.0）給德國制造業(yè)帶來了巨大的發(fā)展?jié)摿?。越來越多的德國工廠配備虛擬網(wǎng)絡(luò)一實(shí)體物理系統(tǒng)（CPS）將改善德國制造業(yè)1的國內(nèi)生產(chǎn)效率，進(jìn)而做強(qiáng)德國制造業(yè)。同時，CPS技術(shù)的發(fā)展也為出口技術(shù)和產(chǎn)品提供了重要的機(jī)遇。由此，實(shí)施工業(yè)4.0主要是為德國制造業(yè)撬動市場潛力杠桿，通過采用雙重戰(zhàn)略，即一方面在制造業(yè)中裝備CPS系統(tǒng)，另一方面推廣CPS技術(shù)及產(chǎn)品，進(jìn)而達(dá)到增強(qiáng)