“工業(yè)4.0平臺”行業(yè)應(yīng)用實施項目可行性研究報告

1、 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)的組織及其有別丁他人的高質(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

2、有相關(guān)約束性文件作為支撐。Rgwe 3：Hor jnn：al 而后 network圖3 :橫向價值網(wǎng)絡(luò)實時的針對商業(yè)模式的細(xì)節(jié)監(jiān)測實時意味著數(shù)據(jù)處理與現(xiàn)實事件的發(fā)生同步進(jìn)行，而不是延遲處理O實時意味著數(shù)據(jù)處理與現(xiàn)實事件的發(fā)生同步進(jìn)行，而不是延遲處理O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)，活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

3、很有可能將對全球產(chǎn)生難以預(yù)測的影響并造就一個極為 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、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，并且造成執(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)實施過程中檢驗其同現(xiàn)行法律 的相容性（參考第5.7章）。另外一項事關(guān)工業(yè)4.0計劃實施的關(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

4、礎(chǔ)設(shè)施工業(yè)4.0將給德國帶來若十創(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

5、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)隊結(jié)構(gòu)和知識管理4。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、移動的工作方式開展。員工將被鼓勵在他們的工

6、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(CPD measures )夕卜，工作組織和設(shè)計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)和實時保障的CPS平臺具有戰(zhàn)略意義的工業(yè)4.0計劃將極大地促進(jìn)全新的CPS平臺更加適應(yīng)具有協(xié)作性特點的商業(yè)化進(jìn)程和連接智能工廠和智能產(chǎn)品的全

7、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)和實際應(yīng)用，并且能聯(lián)系到所有參與的人員、物體和系統(tǒng)4參見 Altern in Deutschland, V ol. 9: Gewonnene Jahre, Empfehlungen der Akademiengruppe, Nova Actaleopoldina NF No.371, Vol. 107, Stuttgart 2009, 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: Zuwanderung ausl?ndischer Arbeitskr?fte:

8、Deutschland, 2013,網(wǎng)址： HYPERLINK /social-issues-migration-health/zuwanderung-auslandischer-arbeitskrafte- /social-issues-migration-health/zuwanderung-auslandischer-arbeitskrafte- deutschland-german- version_9789264191747-de（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，包括基丁CPS的軟件；在App Store模式鏈下實現(xiàn)商業(yè)進(jìn)程中的調(diào)配和部署；

9、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Fi!Fi!)ure 4：The Inienwi d TNngt ndSegues - Mworidng peofilE. objeds Jid ssterrtinternet of ThingsInternet of Service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，因為在這些共享的 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

10、誕生出一些特殊的需求（參考表5.1 ）。對丁工業(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、實時分析和預(yù)測等特性都顯得尤為重要，在 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平臺被公司問的IT人員、軟件和服務(wù)提供 商

11、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。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之路實施工業(yè)4.0計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在年初提出了一項名為“工業(yè) 4.0前景”的調(diào)查3,確認(rèn)了 這一題目的重要性，認(rèn)為這將關(guān)系到德國

12、工業(yè)競爭力，并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 戈18%的企業(yè)參加了對工業(yè)4.0計劃的研究，12%的企業(yè)則已經(jīng)開始實施工業(yè) 4.0 計劃。Figured 岫他of別啊 on Indusfrie 4.0 tendsJanuary 2013)Arft tw alrtaih 0聞補(bǔ)園 51堿& 4 腫Whii ire 加 Qft lnlMi awwcter) with iiqilHiiHitiig liMiiEtrE 1U1Whll xupoort measires m*l ymiWhll xupoort measires

13、m*l ymi IJe In isitsl mi wh pi|)fewLiiHPiIniua偵e LD?Hv IwvUht q Induatic 4J0luf rw cnrxKUlivnEi :manufacturer 1 i FT|：iirl3iif1?3t fiDot mpuT蛔:叫netaNd , * mMUfdI瀕insj*.JH Jin.3ir talk Uil r llft :Jih：i rnn1! hm n： ar part nwiilacim; iniiistf Hltir:he earn isriis虹1 tuk 湖 hd Wr ihr bd如krtu:lie |rs iit

14、o li unril curonu ekje tnatl n mm. pn4H tf W ivtmraHil瞄W. IW iHEI 9013圖5:工業(yè)4.0趨勢調(diào)查結(jié)果5 (2013.01 )llgure b Rgi 代 ol sum 理 OH Indusfrie 4.0 tmnds January 3013)Arft a alnaih 咿倒 Mtti |湖|&餐 4 胴Wiai w ffie Qfifist。心回駕 tfliwcteS *lh ineniiMning IndiGCnE 4.D?Iiw 凹 aiW mm M jnmj lisilwlgnaiProc皿5 oiyumiin hvk

15、i頗業(yè) 4X3 THfolS*岫 kiirw i pruwcitiKI就;il in由恒餐HKmMh 恤Mg nd聞靦I J|l|lhh隙風(fēng)Hm c Indiisr* I d lar ynur cHmstitiwes as t:Nnrtunr 1 cprarm “ ehte 11 nwn pn4H 耳 1 ivpniaSara： HiiflW. IW 屋IXJ13實施工業(yè)4.0計劃會面臨三大挑戰(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)提出了一些有利丁推進(jìn)工業(yè)4.0計劃的5278 家企業(yè)參與了調(diào)查，來源： BITKOM, VDMA and ZVEI, January

16、 2013需求措施，包括可以分享經(jīng)驗的目標(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，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。此外，為了順利推進(jìn)工 業(yè)4.0計劃，工作小組認(rèn)為以下措施是關(guān)鍵：實行實時的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，并且一直在應(yīng)用那些不合時宜的軟件 系統(tǒng)。然而，這些并不可能迅速被服務(wù)導(dǎo)向的系

17、統(tǒng)所取代，因此，如何確保新技 術(shù)可以兼容那些舊系統(tǒng)就顯得尤為重要，舊系統(tǒng)必須要升級為實時系統(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）能夠與 機(jī)器與設(shè)備制造商和機(jī)電一體化系統(tǒng)（mechatronic system ）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。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?。?/p>

18、來越多的 德國工廠配備虛擬網(wǎng)絡(luò)一實體物理系統(tǒng)（CPS）將改善德國制造業(yè)制造業(yè)企業(yè)包括，通過應(yīng)用某一制造系統(tǒng)將原材料或半成品制造（或是委托別人制造生產(chǎn)）成一個完整的產(chǎn)品的 所有公司。這包括加工過程和基礎(chǔ)處理過程。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)德 國裝備制造業(yè)的目的。制造業(yè)企業(yè)包括，通過應(yīng)用某一制造系統(tǒng)將原材料或半成品制造（或是委托別人制造生產(chǎn)）成一個完整的產(chǎn)品的 所有公司。這包

19、括加工過程和基礎(chǔ)處理過程。3.1領(lǐng)先的供應(yīng)商策略領(lǐng)先的供應(yīng)商策略是從設(shè)備供應(yīng)商企業(yè) 設(shè)備供應(yīng)企業(yè)包含機(jī)器和生產(chǎn)制造、自動化產(chǎn)品、系統(tǒng)、解決方案和軟件供應(yīng)商，如產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)（PLM、制造或物流軟件應(yīng)用程序或業(yè)務(wù)規(guī)劃軟件系統(tǒng)的提供商。的視角專注于工業(yè)設(shè)備供應(yīng)企業(yè)包含機(jī)器和生產(chǎn)制造、自動化產(chǎn)品、系統(tǒng)、解決方案和軟件供應(yīng)商，如產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)（PLM、制造或物流軟件應(yīng)用程序或業(yè)務(wù)規(guī)劃軟件系統(tǒng)的提供商。先的開發(fā)商、生產(chǎn)商和市場先導(dǎo)。關(guān)鍵是若想實現(xiàn)創(chuàng)新的飛躍，現(xiàn)在就要尋找出聰慧 的手段，將頂尖技術(shù)解決方案與信息技術(shù)新潛力相結(jié)合。就是信息通信技術(shù)與傳統(tǒng)高 技術(shù)戰(zhàn)略的系統(tǒng)性集成，企業(yè)得以管理迅速變

20、化的市場和日益復(fù)雜的全球市場，進(jìn)而 能為自己開創(chuàng)新的市場機(jī)會。目前的基本IT技術(shù)需適應(yīng)制造業(yè)的具體需求并特別要以應(yīng)用為目標(biāo)不斷地開發(fā)。為實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，確保取得廣泛效益，并作為向工業(yè) 4.0邁進(jìn)的一部分策略，有 必要借助CPS功能推廣制造技術(shù)和現(xiàn)有設(shè)備的信息系統(tǒng)。同時，有必要在新場所 為設(shè)計和實施CPS制造業(yè)框架建立模型和發(fā)展舉措。如果德國希望取得工業(yè)4.0裝備供應(yīng)商的持續(xù)領(lǐng)導(dǎo)地位，則應(yīng)將研究、技術(shù)和培訓(xùn)都作為優(yōu)先事項來推進(jìn)（參見 5.2 ）,在自動化工程建模和系統(tǒng)優(yōu)化領(lǐng)域開展方法論 研究和中試應(yīng)用。另一項關(guān)鍵的挑戰(zhàn)將是利用技術(shù)創(chuàng)建新型價值網(wǎng)絡(luò)。這將包括開發(fā)新的商業(yè)模式， 尤其是要考慮將產(chǎn)品與恰

21、當(dāng)?shù)姆?wù)相銜接。3.2主導(dǎo)市場策略工業(yè)4.0主導(dǎo)市場的就是德國國內(nèi)制造業(yè)。為了形成并成功擴(kuò)展這一主導(dǎo)市場， 地處不同地方的商務(wù)活動需要建立緊密的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，企業(yè)間也需建立更加密切的合作 關(guān)系。這將反過來要求對處丁不同價值創(chuàng)造階段和產(chǎn)品全生命周期、產(chǎn)品不同生產(chǎn)階 段及相應(yīng)的制造系統(tǒng)進(jìn)行邏輯的、端對端數(shù)字集成。一項最特殊的挑戰(zhàn)在丁能夠同時 將全球化運(yùn)作的大型公司和基本在地區(qū)范圍運(yùn)行的中小企業(yè)集成到正在形成的新價值 鏈網(wǎng)絡(luò)中。德國制造業(yè)的優(yōu)勢一定程度上在丁其保持了工業(yè)系統(tǒng)中大批中小企業(yè)和少 數(shù)大型企業(yè)的結(jié)構(gòu)平衡。但是，或許是因為缺乏必要的專業(yè)人員或?qū)ζ淙匀徊皇煜さ?技術(shù)戰(zhàn)略持謹(jǐn)慎甚至懷疑態(tài)度，許多小企

22、業(yè)尚未做好向工業(yè) 4.0結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的準(zhǔn)備。將小企業(yè)融入全球經(jīng)濟(jì)價值鏈的一個關(guān)鍵策略，就是設(shè)計并實施一套全面的知識 和技術(shù)轉(zhuǎn)化方案。例如，建立試點并通過最佳案例對在大型工業(yè)企業(yè)和中小企業(yè)合作 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行示范，使網(wǎng)絡(luò)價值鏈潛力更加直觀，以增強(qiáng)中小企業(yè)信心，接受主導(dǎo)供應(yīng)商的方法、組織手段和技術(shù)的理念。這將掃除認(rèn)知障礙，使中小企業(yè)熟悉CPS技術(shù)的應(yīng)用，將其應(yīng)用到 本企業(yè)中去。德國經(jīng)濟(jì)以其強(qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)為特征，特別是它的機(jī)械與設(shè)備制造、汽車工業(yè)和能源工業(yè)。工業(yè)4.0的實施絕對是未來發(fā)展的關(guān)鍵一一因為我們不能容忍國家的工業(yè)陷入停滯狀oErnst Burgbacher ,國務(wù)秘書，聯(lián)邦工業(yè)與經(jīng)濟(jì)技術(shù)部長為了實現(xiàn)

23、這一步，加快包括高速寬帶數(shù)據(jù)傳輸（見5.3）等在內(nèi)的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用和開發(fā)將十分必要。同時，教育和培訓(xùn)出熟練的技術(shù)工人（見5.6）,并開發(fā)定制復(fù)雜、高效的工作組織設(shè)計系統(tǒng)同樣重要（見5.5 ）。3.3雙重戰(zhàn)略及其關(guān)鍵特征工業(yè)4.0最優(yōu)配置目標(biāo)，只有在領(lǐng)先的供應(yīng)商策略和領(lǐng)先的市場策略交互協(xié)調(diào)并 能確保其潛在利益都能發(fā)揮的情況下才能實現(xiàn)。自此，這種方法被稱為雙重戰(zhàn)略。它 包括三個關(guān)鍵特征（見2.1 ）:通過價值鏈及網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)企業(yè)間橫向集成貫穿整個價值鏈的端到端工程數(shù)字化集成企業(yè)內(nèi)部靈活且可重新組合的網(wǎng)絡(luò)化制造體系縱向集成這些特征可使制造商面對 變化無常的市場靈活地根據(jù)不斷變化的市場需求調(diào)整自己的價

24、值創(chuàng)造活動，進(jìn)而穩(wěn)固自己的市場地位。在雙重 CPS戰(zhàn)略下，制造業(yè)公司將在一個高速的、動蕩的 市場環(huán)境下，按照市場價格實現(xiàn)快速、及時和無失誤生產(chǎn)。3.3.1價值網(wǎng)絡(luò)下的橫向集成價值網(wǎng)絡(luò)橫向集成的模型、設(shè)計和實施會對下面關(guān)鍵問題提供答案。為什么企業(yè)通過使用CPS系統(tǒng)，可以將其新商業(yè)策略、新價值網(wǎng)絡(luò)和新商業(yè)模式得到持續(xù)的支持和實施?這個問題用在衡量研究、開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域也是如此（見圖6）。除了 “商業(yè)模式”和“在不同公司問的合作形式”夕卜，也有必要應(yīng)對諸如“可持續(xù)發(fā)展”、“商業(yè)秘密保護(hù)”、“標(biāo)準(zhǔn)化策略”和“中長期培訓(xùn)及員工發(fā)展計劃”等問題。3.3.2全價值鏈的端到端工程下面一個關(guān)鍵問題涉及到在整個工業(yè)

25、生產(chǎn)過程中實現(xiàn)端到端數(shù)字集成這一目標(biāo)， 使現(xiàn)實世界和數(shù)字世界在產(chǎn)品的全價值鏈和不同公司之間實現(xiàn)整合，同時也滿足客戶 的需求。如何應(yīng)用CPS系統(tǒng)實現(xiàn)包括工程流程在內(nèi)的端到端的商業(yè)過程？在這方面，建立模型對管理日益復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)起著關(guān)鍵作用（見5.2 ）。從產(chǎn)品開發(fā)到制造工程、產(chǎn)品生產(chǎn)和服務(wù)，應(yīng)裝備恰當(dāng)?shù)腎T系統(tǒng)，為整個價值鏈提供端對端支撐（見圖7）。一個跨越不同技術(shù)學(xué)科的、全面的系統(tǒng)工程方法是必需的。如果要 實現(xiàn)這些，工程師們需要接受適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)。圖6:價值網(wǎng)絡(luò)的橫向集成roductiai pairingProduct deagi anc 0 馴日 wn roductiai pairingProd

26、uct deagi anc 0 馴日 wn 郵Figure 7: Elil taend 涸in曲叫 狎085 the M uub chaiiiSentePifJ.iUr：llrtlraWicnedcineerng圖7:全價值鏈的端到端工程3.3.3縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)對丁縱向集成而言，以下關(guān)鍵的問題需要回答：如何應(yīng)用CPS系統(tǒng)創(chuàng)建靈活且可重新組合的制造系統(tǒng)？縱向集成是在工廠進(jìn)行。在將來的智能化工廠里，制造業(yè)結(jié)構(gòu)不會固定并被先期限定。取而代之的，是根據(jù)個性化需求定制的一組 IT結(jié)構(gòu)化模塊，根據(jù)不同情況下產(chǎn) 品生產(chǎn)的需要自動搭建出特定的結(jié)構(gòu)（拓?fù)?拓?fù)涫侵溉绾瓮ㄟ^資源配置（如機(jī)器、工作、物流等

27、）和其間相互作用關(guān)系（如原料周轉(zhuǎn)）以完成制造業(yè)系統(tǒng)調(diào) 配組合的一種途徑。）包括模型、數(shù)據(jù)、通訊和算法等 所有相關(guān)需求（見圖8）。拓?fù)涫侵溉绾瓮ㄟ^資源配置（如機(jī)器、工作、物流等）和其間相互作用關(guān)系（如原料周轉(zhuǎn)）以完成制造業(yè)系統(tǒng)調(diào) 配組合的一種途徑。為了實現(xiàn)縱向集成，確保不同層次的制動器和傳感器的信號傳輸?shù)紼RP層面對端對端數(shù)據(jù)集成來說非常重要。為特別的網(wǎng)絡(luò)化和重新組合制造系統(tǒng)開發(fā)模塊化和重 用策略，以及對智能系統(tǒng)進(jìn)行功能描述也很重要。而且，帶工者和操作員都需要進(jìn)行 培訓(xùn)，以使其了解這些方法的運(yùn)行和操作對制造系統(tǒng)的影響。圖8:縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)參考信息：工業(yè)4.0在戰(zhàn)略層面有助丁創(chuàng)建橫向價值

28、網(wǎng)絡(luò)，在業(yè)務(wù)流程層面提供全價值鏈的 端對端集成系統(tǒng)，包括工程，以及在工業(yè)系統(tǒng)上形成縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計。實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略計劃包括研究經(jīng)費(fèi)、具體開發(fā)與應(yīng)用措施應(yīng)基丁兩 個目標(biāo)構(gòu)建其雙重策略，即在德國制造業(yè)企業(yè)中營造主導(dǎo)市場并將德國裝備制造業(yè)建 成世界領(lǐng)先的供應(yīng)商。4需求研究盡管工業(yè)4.0將大部分由企業(yè)自己實施，但從根本上說它仍需開展更深層面的研 究。2012年10月，工業(yè)4.0工作組確定和提出了中長期研究需求和行動規(guī)劃，下面 部分加以概要說明。工業(yè)4.0的主要目標(biāo)就是實施基于領(lǐng)先供應(yīng)商和主導(dǎo)市場戰(zhàn)略相互協(xié)調(diào)的雙重策略（參見第3章）。這需要研發(fā)活動的支撐。在工業(yè) 4.0中，根據(jù)預(yù)期，這一革命性的

29、 應(yīng)用將主要是ICT與制造業(yè)和自動化技術(shù)相結(jié)合的結(jié)果。若要實現(xiàn)這一步，當(dāng)前的CPS系統(tǒng)裝置特征需在中期階段適應(yīng)制造系統(tǒng)。這將 需要機(jī)械和設(shè)備制造商具有類似于系統(tǒng)集成商的能力，即能將 ICT和自動化產(chǎn)業(yè)集成, 并建立有針對性的、有創(chuàng)意的開發(fā)過程，用于創(chuàng)建新的 CPS系統(tǒng)。更高水平的網(wǎng)絡(luò)需 要實現(xiàn)產(chǎn)品模型、制造資源和制造系統(tǒng)的端到端集成。因此，有必要從長遠(yuǎn)著想大力 開展研發(fā)投入。將來的研究將優(yōu)先轉(zhuǎn)向制造系統(tǒng)的研究和開發(fā)，這一系統(tǒng)能全面可描述、可管理、 關(guān)聯(lián)敏銳和可控或自我調(diào)制。從長遠(yuǎn)看，這些將由包括來自交義學(xué)科的，具有可配置使用幫助功能或在生產(chǎn)過 程中可將自身嵌入到現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)同工作的模塊化工

30、具包CPS功能組件。這同時也意味著應(yīng)能使虛擬計劃與實際制造過程的集成顯著提高。從長遠(yuǎn)來看，研究人員需 要開發(fā)出模塊化的CPS并配備相應(yīng)的組件目錄，這是任何模型智能工廠一個關(guān)鍵特征。創(chuàng)新的飛躍將只會在現(xiàn)有的基本技術(shù)被開發(fā)到可適應(yīng)當(dāng)前制造環(huán)境特殊需求的應(yīng) 用方式時才能實現(xiàn)。結(jié)論、方法和最佳實踐案例需要推廣到不同層次的價值網(wǎng)絡(luò)，以 獲取交義學(xué)科知識和技術(shù)轉(zhuǎn)移。正因如此，在闡述雙重策略的意節(jié)（第3章）已對五 個中心研究主題的三個方面進(jìn)行了深入探討:價值網(wǎng)絡(luò)的橫向集成全價值鏈端到端系統(tǒng)工程縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)著眼長遠(yuǎn)，這種由技術(shù)驅(qū)動專注于制造系統(tǒng)應(yīng)用的研究會提高公司問或行業(yè)間的 跨學(xué)科合作，這將從戰(zhàn)

31、略上有力助推廣大的中小型機(jī)械和設(shè)備制造企業(yè)。企業(yè)將更加 迅速地應(yīng)對市場需求，從而確保自己在新型產(chǎn)品、服務(wù)和商業(yè)模式的主要供應(yīng)商地位。但是，實現(xiàn)學(xué)科交義不能僅靠單純的制造工程師和自動化工程師的協(xié)作。第四次 革命對未來的工業(yè)就業(yè)的重大影響，需在研究和實踐層面來解決。這是我們討論的第 四個方面。工作場所中新的社會基礎(chǔ)設(shè)施在社會責(zé)任方面，有必要增加員工的參與度和促進(jìn)主人翁責(zé)任感，在創(chuàng)新型設(shè)計 和規(guī)劃過程，以及改善員工工作環(huán)境上充分發(fā)揮他們的技術(shù)水平和工作經(jīng)驗。CPS將因此需要新的覆蓋整個價值網(wǎng)絡(luò)的工作組織結(jié)構(gòu)，來激發(fā)員工的工作效率，并提供可 支持個人終身發(fā)展的組織架構(gòu)。應(yīng)采取跨學(xué)科方法應(yīng)對這些問題，吸

32、納囊括由工程師、IT專家、心理學(xué)家、人機(jī)工程學(xué)家、社會和職業(yè)科學(xué)家，以及醫(yī)生和設(shè)計師等組成的整體團(tuán)隊的聰明才智。上述分析表明，目前在許多領(lǐng)域，制造工程與自動化工程領(lǐng)域協(xié)同工作的實際操 作方法和基本技術(shù)仍未具備。為了確保該方法用在包含各類IT系統(tǒng)、技術(shù)資源和能力的不同公司及行業(yè)，基 本的信息通信（ICT）技術(shù)應(yīng)能適應(yīng)自動化工程的需求。取得成功更進(jìn)一步的關(guān)鍵是， 建立實用的參考架構(gòu)。這項工作還涉及需要建立用于縱向和橫向集成的以服務(wù)為基礎(chǔ) 和實時的（或從屆于）ICT平臺基礎(chǔ)設(shè)施，這在第2章中已經(jīng)提及。這些架構(gòu)應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)化的，使其能適配丁不同企業(yè)和技術(shù)規(guī)劃中，以便通過適當(dāng)?shù)腤eb服務(wù)器創(chuàng)建廣泛的共享業(yè)務(wù)

33、網(wǎng)絡(luò)。這將引導(dǎo)我們進(jìn)入最終領(lǐng)域，即工業(yè) 化4.0仍然需要研究及實施?！巴ㄟ^工業(yè)4.0,我們也能建立一種人 一技術(shù)互動的嶄新變化，就是機(jī)器適應(yīng)人 的需求而不是相反的情況。具有多通道用戶 界面的智能工業(yè)輔助系統(tǒng)，能將數(shù)字學(xué)習(xí)技 術(shù)直接搬到生產(chǎn)車問?！眗er.nat 教授等，沃爾夫?qū)?爾斯特爾(德國人工智能研究中心(DFKI GmbH ) CEO,工業(yè)科學(xué)研究聯(lián)盟通信促進(jìn)組成員)虛擬網(wǎng)絡(luò)一實體物理系統(tǒng)技術(shù)誠如本節(jié)所述，綜合研究需求已被分解成五個研究領(lǐng)域。通過工業(yè)4.0工作組收到包括商業(yè)和研究機(jī)構(gòu)針對聯(lián)絡(luò)溝通小組的建議提出的反饋意見，建議反映在2011年1月和9月提交給工業(yè)科學(xué)研究聯(lián)盟的兩個報告中

34、。這些建議，連同 BMBF資助的 項目“虛擬網(wǎng)絡(luò)一實體物理系統(tǒng)集成研究議程”和BMWi “互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)潛力”研究的結(jié)果，都是可取的。因此，它們應(yīng)被理解為 ，應(yīng)使基本的ICT技術(shù)適應(yīng)自動化與 制造工程的需要造，包括繼續(xù)努力專注丁一般性研究的需求。他們也應(yīng)被看作是為了 實現(xiàn)上述的“工業(yè)工程”具體應(yīng)用中對實施需求的具體描述。為了為有關(guān)資金計劃的 安排提供相關(guān)的思路和指導(dǎo)，工業(yè) 4.0工作組進(jìn)一步指出了中長期工作中的關(guān)鍵舉措 和研究需求。參考信息：有關(guān)部委和工業(yè)4.0平臺需保持密集對話，以便形成一個綜合融資方案供行業(yè)和研究團(tuán)體參考。工業(yè)4.0平臺應(yīng)確保其工業(yè)指導(dǎo)委員會和科學(xué)咨詢委員會是來自于制造業(yè)

35、、自動化和信息、法律、管理和社會科學(xué)等領(lǐng)域的專家。工業(yè) 4.0平臺工作組應(yīng)邀請研究和商業(yè)團(tuán)體，協(xié)助其在力求滿足每一工作組特殊需求的條件下，制定出綜合 各項建議的全面的研發(fā)路線圖。除了在工業(yè)4.0工作組內(nèi)部促進(jìn)討論和非正式交流外，工業(yè) 4.0平臺還應(yīng)能在現(xiàn) 存的各種項目和合作伙伴問識別找出潛在的協(xié)同效應(yīng)。參閱制造業(yè)的參閱制造業(yè)的CPS研究建議：“虛擬網(wǎng)絡(luò)一實體物理系統(tǒng)在制造業(yè)上的應(yīng)用誕生了智能工廠，在其中，產(chǎn)品、資 源和流程都可由虛擬網(wǎng)絡(luò)一實體物理系統(tǒng)來描述。較之于傳統(tǒng)制造業(yè)，它們在質(zhì)量、時效、成本等方面的特殊品質(zhì) 均占優(yōu)勢。2011年，作為“工業(yè)4.0”倡議的一部分，我們建議設(shè)立一個項目，旨在

36、消除技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的障礙和加 快智能工廠的實施與設(shè)置”。引用 acatech (Ed):在人員流動、健康、能源和生產(chǎn)方面的創(chuàng)新驅(qū)動力。5優(yōu)先行動領(lǐng)域工業(yè)4.0是一項復(fù)雜的計劃，它包括幾個部分重疊的領(lǐng)域。2012年10月，工業(yè)4.0工作組提出了全面征集中長期研究建議。為對建議的 重點關(guān)鍵領(lǐng)域優(yōu)先執(zhí)行，以下各節(jié)主要討論工作組認(rèn)為需要采取的具體產(chǎn)業(yè)政策和業(yè) 務(wù)決策。為了規(guī)范實施過程，成立了工業(yè) 4.0平臺。5.1標(biāo)準(zhǔn)化和開放標(biāo)準(zhǔn)的一個參考體系如果工業(yè)4.0是為了通過價值網(wǎng)絡(luò)（見第3章），使公司問聯(lián)網(wǎng)和集成，需要制 定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)化工作將需要把重點放在規(guī)定的合作機(jī)制和信息交換。完整的技 術(shù)說明和這些

37、規(guī)定的執(zhí)行，被稱為參考體系。因此，參考體系是一個通用模型，適用于所有合作伙伴公司的產(chǎn)品和服務(wù)。它提 供了工業(yè)4.0相關(guān)的技術(shù)系統(tǒng)的構(gòu)建、開發(fā)、集成和運(yùn)行的一個框架。它構(gòu)建了軟件 的應(yīng)用程序和服務(wù)架構(gòu)（參見圖 9 ）。由于工業(yè)4.0的價值網(wǎng)絡(luò)包括幾個非常不同的業(yè)務(wù)模型的公司，參考體系的作用 是將這些不同的方法統(tǒng)一到到一個單一的、共同的方法。這將需要合作伙伴們基本結(jié) 構(gòu)原理、接口和數(shù)據(jù)等方面達(dá)成一致意見。制造業(yè)系統(tǒng)的示例中提出了一些不同的方面，需要被集成到一個參考體系中（參 照圖10）:從制造過程中的加工和運(yùn)輸功能的角度來看從制造系統(tǒng)中特定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（智能）的角度來看，如自動化設(shè)備、現(xiàn)場設(shè)備、 現(xiàn)

38、場總線、可編程邏輯控制器、操作裝置、移動設(shè)備、服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備等TownbmpanyMobiMivEnergyOuildRyiLiirtjlA叩115側(cè)RkyiliEmmlKuuu Id fflirkeisHl! ttDKUS 伽略 A SeriicesSb mm ServicesIf ElhlMn ._MBismess Prvce$sesBkIim ProdtsesCompiling art Ntmrtini of tiKtioin data and mtmasManager Kit uf end Unices hid sustainsi Vbb 4 .hMHHtl那 1C1I1

39、&外rrn ptattornsIHtrfltfdI ThmpItoMlMfga Mtu$折特3 vaa;HDThratiun!：ModtstdderBliOHentFhfhriEciecniiy啊圖9互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)與物聯(lián)網(wǎng)連接的參考體系Pfitspectre htaiuffflMn process版翊:丫巳 Software岫 fibse uiBnBgfiment Mw痂Production rranacementSBfhWBControl and 喲Mak。頗 warnPerapectwe- fngirsBdnc網(wǎng)鄒知?dú)W：DbvigbsPDductaniii/ ergineeiingX/ Pro

40、duction fdarawigf ftnduti design anidsvdopm&nt圖10工業(yè)4.0參考體系中不同視角的示例從制造環(huán)境中軟件應(yīng)用的角度看，如數(shù)據(jù)采集傳感器、順序控制、連續(xù)控制、環(huán)環(huán)相扣、運(yùn)行數(shù)據(jù)、機(jī)床數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、歸檔、趨勢分析、規(guī)劃和優(yōu)化功能等；由一個或多個企業(yè)使用的軟件應(yīng)用程序，如業(yè)務(wù)規(guī)劃和管理、公司間的物流或配套價值網(wǎng)絡(luò)，包括與制造業(yè)環(huán)境相關(guān)的接口和集成。制造系統(tǒng)的工程視角（產(chǎn)品生命周期管理/ PLM ）。例如，這可能涉及使用數(shù)據(jù)衍生制造過程中所需的資源（諸如機(jī)械和人力資源）。隨后，它將有可能在機(jī)械、電氣和自動化技術(shù)性能方面優(yōu)化機(jī)器，面向制造系統(tǒng)設(shè)置和聯(lián)機(jī)的需要

41、，同時也考慮到操作和維護(hù)挑戰(zhàn)第一個挑戰(zhàn)是使得在下列領(lǐng)域中，把目前業(yè)已存在的處理問題的不同方式集中起來，并建立起一個共同認(rèn)可的方式。生產(chǎn)工程、機(jī)械工程、工藝工程自動化工程IT和互聯(lián)網(wǎng)由于工業(yè)4.0將需要公司之間在機(jī)械和設(shè)備制造、自動化工程和軟件業(yè)之間進(jìn)行 合作，第一步是要在共同基本術(shù)語上達(dá)成一致。盡管一些既定的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在各種技術(shù)學(xué)科、專業(yè)協(xié)會和工作組中使用，但是缺乏對于這些標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)。因此，有必要將現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，如在自動化領(lǐng)域（工業(yè)通信、工程、 建模、IT安全、設(shè)備集成、數(shù)字化工廠等）納入一個新的全球參考體系。參考體系不能以自上而下的方式發(fā)展，因為它需要整合幾個不同的視角，而自上而下的方法通常會花費(fèi)

42、太長的時間。因此，從不同的出發(fā)點推動參考體系漸進(jìn)性地發(fā)展更合乎情理。在這方面，這將是必要的策略，將目前經(jīng)常發(fā)生在地區(qū)情況基礎(chǔ)上的 特定項目，逐步轉(zhuǎn)換成在一個國際標(biāo)準(zhǔn)下加以實施。重要的是這樣做，能確保接口保 持技術(shù)穩(wěn)定，使用多年，以保持安裝基礎(chǔ)的價值。在互聯(lián)網(wǎng)上，標(biāo)準(zhǔn)化的方法是基于目前機(jī)械和設(shè)備制造業(yè)常態(tài)下的不同范式，例 如開放的作業(yè)系統(tǒng)：例如 Linux公司，一個由100多個國家的超過2000名的企業(yè)、 研究機(jī)構(gòu)和個人創(chuàng)業(yè)組合到一起的企業(yè)，發(fā)展和維護(hù)成世界上最成功的操作系統(tǒng) 之一0開放式開發(fā)工具：一個包括超過 1500名開發(fā)人員和以白萬計的用戶參與軟件開 發(fā)的行業(yè)，為要求苛刻的應(yīng)用程序建模。開

43、放式通信基礎(chǔ)設(shè)施：“征求意見稿”是由成立于1969年7月4日的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會出版的技術(shù)和組織文件。它們被廣泛接受和使用，從而被轉(zhuǎn)化為事實上的標(biāo)準(zhǔn)。著名的例子包括因特網(wǎng)協(xié)議和電子郵件協(xié)議。這些范例使標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)展更為迅速。最后，對參考體系建立信任是很重要的。特別重要的是知道如何保護(hù)（見第 5.7意）。確保參考體系的預(yù)定用戶以適當(dāng)方式全方位地參與早期的設(shè)計，也很關(guān)鍵。建議采取的行動工業(yè)4.0工作組建議在工業(yè)4.0平臺下成立一個工作組，專門處理標(biāo)準(zhǔn)化和參考 體系的問題。工作小組的職權(quán)范圍將包括以下任務(wù)：建立對目標(biāo)、利益、潛力和風(fēng)險、可能的內(nèi)容和實施策略的共同理解，以便建立互信，從而支持聯(lián)合執(zhí)行措施。專業(yè)

44、協(xié)會應(yīng)帶頭實施建立互信措施。瞄準(zhǔn)關(guān)鍵術(shù)語和后續(xù)生產(chǎn)制定通用的“工業(yè) 4.0詞匯表”。此外，應(yīng)該對以下方面與工業(yè)4.0具體內(nèi)容有關(guān)的問題給予詳細(xì)關(guān)注。模型共性（底層的核心模型，參考模型，架構(gòu)設(shè)計）工業(yè)4.0服務(wù)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)一個超自動化水平的程序和功能的描述標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)和使用本體對自治和自組織系統(tǒng)的了解，包括它們的策劃、運(yùn)作和安全特性維護(hù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述改變現(xiàn)有的架構(gòu)方法制定自下而上的地圖，概述目前存在的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)存的“自動化參考架構(gòu)”方法和實例，將標(biāo)示在地圖上。在當(dāng)前工業(yè) 4.0和識別集群主題尚未覆蓋的背景下，這可以作為評估不同的主題進(jìn)一步發(fā)展和遷移的基礎(chǔ)?？紤]到成本效益和時間的限制，開始生產(chǎn)工作

45、依據(jù)自上而下的路線圖。應(yīng)該采取一種全面的方法，在標(biāo)準(zhǔn)化和個性化之間實現(xiàn)合理的平衡。結(jié)構(gòu)應(yīng)該公開和透明，所有的利益相關(guān)者應(yīng)該參與到標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)和應(yīng)用。許可模式也應(yīng)得到解決?！肮I(yè)4.0社區(qū)”發(fā)展的成員來自幾個不同的公司，對參考體系的技術(shù)實施負(fù)有責(zé)任，能使其運(yùn)行起來，并保持長期維護(hù)。這將需要選擇一個合適的許可模式和合適的社區(qū)進(jìn)程。由其它任務(wù)組成的工作組，任務(wù)包括協(xié)調(diào)、建議、評估、溝通和激勵。工作組還建議建立適當(dāng)?shù)钠炫烅椖?，以展示成功開發(fā)和部署的參考體系。圖11提供了一個可能的參考架構(gòu)，專注于橫向集成價值網(wǎng)絡(luò)。參考體系的其他主題包括終端到終端工程產(chǎn)品及其相關(guān)的制造系統(tǒng)或管理和控制 制造工藝的高動態(tài)技術(shù)

46、的實時進(jìn)程通信。5.2管理復(fù)雜的系統(tǒng)產(chǎn)品以及其相關(guān)的制造系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。這是由于功能的增加、產(chǎn)品用戶特 定需求增加、交付要求頻繁變化、不同技術(shù)學(xué)科和組織日益融合、以及不同的公司之 間合作形式迅速變化的結(jié)果。建?？梢宰鳛橐环N手段管理這一日益復(fù)雜的系統(tǒng)。模型代表與正在考慮的問題有關(guān)的真實或假設(shè)的情景。模型的使用是數(shù)字世界的一個重要戰(zhàn)略，對于工業(yè)4.0來說 也是至關(guān)重要的兩類模型之間有著根本的區(qū)別：規(guī)劃模型提供了工程帥創(chuàng)造價值方面的透明度，從而使復(fù)雜系統(tǒng)的建立成為可能。 規(guī)劃模型的一個例子是由工程師通過示意圖來解釋，他或她如何實施適當(dāng)?shù)墓δ埽?以滿足系統(tǒng)的要求。因此，該模型包含工程師的知識。解釋

47、性模型描述現(xiàn)有系統(tǒng)，以通過模型獲得這一系統(tǒng)的知識。這通常需要采用不同的分析方法，如仿真。例如，它可以用來仿真計算一個工廠的能源消耗量。解 釋性的模型通常用于驗證工程師的設(shè)計選擇。數(shù)字世界通過規(guī)劃模型對現(xiàn)實世界的設(shè)計產(chǎn)生重要影響，而現(xiàn)實世界也通過解釋 模型影響數(shù)字世界中模型的使用模型可以解決一個非常廣泛的真實的或假想的情境，例如技術(shù)體系：產(chǎn)品，制造資源或整個制造系統(tǒng)，又 如生物方面：人類行為或生物的相互作用，物理或化學(xué)的相互作用和影響，或者組織之間：如組織結(jié)構(gòu)及業(yè) 務(wù)流程。模型可以解決一個非常廣泛的真實的或假想的情境，例如技術(shù)體系：產(chǎn)品，制造資源或整個制造系統(tǒng)，又 如生物方面：人類行為或生物的相

48、互作用，物理或化學(xué)的相互作用和影響，或者組織之間：如組織結(jié)構(gòu)及業(yè) 務(wù)流程。模型通常包含形式化描述，這意味著它們可以通過計算機(jī)處理，讓電腦接管日常 工程任務(wù)，如執(zhí)行計算或其他重復(fù)性工作。因此，模型的好處之一是它們允許體力工 作實現(xiàn)自動化，并在數(shù)字世界狀態(tài)下加以執(zhí)行，而此前這些工作是在現(xiàn)實世界中操作 的。模型提供了巨大潛力，不僅用于工業(yè) 4.0。例如，它們允許在一個項目中通過早 期檢測錯誤或早期驗證系統(tǒng)的要求和提出的解決方案來滿足這些需求，減少風(fēng)險?；?者，他們可以提供一個透明的信息流，通過增強(qiáng)跨學(xué)科合作和促進(jìn)更一致的工程數(shù)據(jù)， 實現(xiàn)高效工程。解釋模型描述了現(xiàn)實世界中的交互和行為，不僅在開發(fā)和設(shè)計

49、階段起到驗證作用。 在未來，它們將主要部署在生產(chǎn)階段，以檢查生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，檢測磨損，無需停止生 產(chǎn)或預(yù)測組件故障和其他十?dāng)_。挑戰(zhàn)特別是在中小企業(yè),仍然無法基于模型模擬使用標(biāo)準(zhǔn)的方式來配置和優(yōu)化制造工 藝。工業(yè)4.0的一項主要挑戰(zhàn)是在更廣泛的工程領(lǐng)域提高對模型潛力的認(rèn)識，提供工 程師方法和工具，使其能夠在虛擬世界中使用適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛠砻枋稣鎸嵤澜绲南到y(tǒng)。（參見第5.6章）有某些情景下（如化學(xué)物生產(chǎn)過程中的相互作用）不存在合適的模式或很難將他 們描述為一個正式的模型。與不明確使用模型相比，為工業(yè) 4.0開發(fā)明確的模型在初期需要較高的資金支出。這是因為一種可以降低后期成本的增值活動被提到早期階段。這立即

50、引起了建模是否 具有成本效益的問題。答案顯然是要看它針對的是何種業(yè)務(wù)。在高產(chǎn)量行業(yè)（如汽車 行業(yè)）或有嚴(yán)格安全標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)（如航空電子航空電子設(shè)備（該詞來自于詞語“航空”和“電子產(chǎn)品”，其中“航空”取自拉丁語中的avis航空電子設(shè)備（該詞來自于詞語“航空”和“電子產(chǎn)品”，其中“航空”取自拉丁語中的avis或鳥）是指所有安裝在飛機(jī)上的電氣和電子設(shè)備。建模與仿真只能由合格的專家來實施。因此重要的是，有關(guān)企業(yè)應(yīng)給這些專家提 供合適的職業(yè)機(jī)會。目前，機(jī)械工程行業(yè)中小企業(yè)的員工，誰被認(rèn)為在這個領(lǐng)域是合 格的，往往很大程度上被視為“怪人”。最后，一個全面的方法應(yīng)是為工業(yè) 4.0 “引進(jìn)來”模型。首先，這將需

51、要對產(chǎn)品 和制造系統(tǒng)綜合考慮，既要為他們配備模塊化的設(shè)計，乂要確保不同學(xué)科的參與（如 制造工程，自動化工程及IT）。其次，實際發(fā)生在工廠的開發(fā)、工程和制造工藝等過 程也必須全面地考慮到。最后，建模需要高效的軟件工具，進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整提供必要的功能，使它們能與現(xiàn)有的工具和流程集成在一起，并使其與推廣戰(zhàn)略相一致CtislotnersCtislotnersMartiVlact piml (aubfc)的皿 MartiVlact piml (aubfc)的皿 C0 ponalAggrBgationplatform血 mW&mg nt(umssD)Prvrider/ icftraaiugtwCiKiofi

52、Br biln|削 duct maRBgefliatReponiigS Billed ni ilppinnidarwiiifledS-M is苣堂&豪罵善 IPWSOCsertioe$OalaAggrBgationplatform血 mW&mg nt(umssD)Prvrider/ icftraaiugtwCiKiofiBr biln|削 duct maRBgefliatReponiigS Billed ni ilppinnidarwiiifledS-M is苣堂&豪罵善 IPWSOCsertioe$OalaIt a e K S*A iLHultilEiant shared crtral if

53、aWsesSecure Pri 砒 PlitfomFl =SbMh時蜩曜iirve hr.ted-Nuaic 2J1 圖11 : CPS平臺參考體系示例建議采取的行動工業(yè)4.0工作組建議在工業(yè)4.0平臺下成立一個工作小組，專門處理與建模管理復(fù)雜系統(tǒng)有關(guān)的問題，特別是在制造工程領(lǐng)域。工作組的職權(quán)范圍應(yīng)包括以下任務(wù)：有代表性的調(diào)查應(yīng)瞄準(zhǔn)建模領(lǐng)域最迫切的要求，以縮小這種非常廣泛的學(xué)科領(lǐng)域，集中到執(zhí)行中最重要的方面。最佳實踐應(yīng)實現(xiàn)共享，尤其是在中小企業(yè)問，以在從業(yè)者和決策者之間宣傳建模的重要性。潛在的主題可包括模塊化、虛擬新創(chuàng)企業(yè)或數(shù)字工廠。此外，應(yīng)安排適當(dāng)?shù)幕顒?，討論進(jìn)入壁壘和遷移策略（參見由專業(yè)協(xié)

54、會所做的一項調(diào)查要求提供的更多信息，第2章）。還應(yīng)為相關(guān)組織和專家團(tuán)隊提供協(xié)調(diào)服務(wù)，作為一個一站式服務(wù)點為（潛在的）用戶回答模型建設(shè)問題。工作組應(yīng)鼓勵工具用戶建立共同的用戶群體，工具制造商（產(chǎn)品經(jīng)理，建筑帥）和培訓(xùn)人員，以期通過參與其中，更好地相互了解對方情況。根據(jù)工業(yè)4.0主要供應(yīng)商，重點應(yīng)該以“機(jī)器及設(shè)備制造”為目標(biāo)用戶群，為工具制造商提供一個平臺，提供滿足他們的需求最佳解決方案（如集成，端對端能力，缺點和潛 力）。最好能邀請?zhí)囟üこ坦ぞ叩挠脩羧?，參與相關(guān)的議題。此外，工作組應(yīng)該建立適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)方針和行動建議。除了平臺的活動，在建模和系統(tǒng)工程方面應(yīng)作出有針對性的努力，提供培訓(xùn)及持 續(xù)職業(yè)指導(dǎo)

55、（CPD）。這既為年輕工程師提供適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)，也為經(jīng)驗豐富的工程師提供 適宜的持續(xù)職業(yè)指導(dǎo)措施。培訓(xùn)的內(nèi)容應(yīng)專門面向制造企業(yè)的要求（見第5.5和5.6意）。工作組還建議建立適當(dāng)?shù)钠炫烅椖?，部署和測試現(xiàn)有的建模方法和工具，以說明 在不同情況下建模的價值（工程與操作，大規(guī)模生產(chǎn)與小批量或個性化產(chǎn)品，制造業(yè) 與加工工業(yè)，內(nèi)部設(shè)計制造與公司間合作生產(chǎn)，生產(chǎn)與物流等） 。5.3為工業(yè)提供一個全面寬頻的基礎(chǔ)設(shè)施如果CPS是一個廣泛的基礎(chǔ)上推出的，一般來說有必要建立一個比目前的通信 網(wǎng)絡(luò)提供更高容量和更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)交換基礎(chǔ)設(shè)施。工業(yè)4.0的核心需求是提升現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)，以提供保證的延遲時間、可靠性、 服務(wù)質(zhì)量

56、和通用帶寬。為與國家IT峰會在2011年的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施年鑒中提出的 建議一致，需要在德國、德國和其制造伙伴國家之間大規(guī)模地擴(kuò)大寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè) 施建設(shè)。 一，-以下報價取自： Arbeitsgruppe 2 des Nationalen IT Gipfels （Ed.）: Digitale Infrastruk- turen. Jahrbuch 2011/2012, 2012, pp. 176-177.“高運(yùn)行可靠性和數(shù)據(jù)鏈路可用性是機(jī)械工程及自動化工程應(yīng)用的關(guān)鍵。保證的 延遲時間和穩(wěn)定的連接是關(guān)鍵，因為他們直接影響應(yīng)用程序的性能。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商應(yīng)該 多做些工作，以滿足企業(yè)的意愿。綁定可靠的SLA

57、 （服務(wù)水平協(xié)議）通信容量的可用性和性能支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路調(diào)試/跟蹤，尤其是提供相關(guān)的技術(shù)援助提供廣泛可用/有保證的通信容量（固定/可靠的帶寬）所有移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商之間的短信傳遞狀態(tài)通知標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用程序編程接口（ APIs）的配置，涵蓋所有供應(yīng)商（SIM卡激活/停 用）資費(fèi)管理移動服務(wù)合約的成本控制服務(wù)質(zhì)量（固定帶寬）負(fù)擔(dān)得起的全球漫游廣泛使用的嵌入式SIM卡以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的解決方案在人煙稀少的地方。”不只是工業(yè)4.0需要這種基礎(chǔ)設(shè)施，所有 CPS應(yīng)用也需要，包括在能源和醫(yī)療 保健領(lǐng)域的（見第2.1章）。挑戰(zhàn)一個有效的寬帶基礎(chǔ)設(shè)施，是有大量的用戶訪問，總體要求是簡單、可擴(kuò)展性、 安全性、可用性和支付得起

58、。建議采取的行動工業(yè)4.0工作組強(qiáng)烈建議實施擴(kuò)大德國的寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，即第二工作組在 2011年全國IT峰會提出建議的“數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施”。有必要對具體應(yīng)用進(jìn)行研究，以建 立工業(yè)4.0所需的確切帶寬和實時能力。按照第二工作組的建議，工業(yè) 4.0工作組還建議擴(kuò)大德國的寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。5.4安保是工業(yè)4.0成功至關(guān)重要的因素對于生產(chǎn)設(shè)施和它們制造的產(chǎn)品來說，安保是其中的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)（見信息面 板）。一方面，它們不應(yīng)對人或環(huán)境（安全）構(gòu)成危險；另一方面，生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品， 尤其是數(shù)據(jù)和它們所包含的訣竅，需要加以保護(hù)，以防止誤操作、未經(jīng)授權(quán)的訪問 （安全）。與后者相比，前者多年來已成為生產(chǎn)設(shè)施及其制

59、造產(chǎn)品設(shè)計方面重要的考慮 因素。生產(chǎn)安全是受一個整體機(jī)制所規(guī)范，其法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)管理著此類系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn) 營這些規(guī)章樣本包括歐洲機(jī)構(gòu)方針2006/42/EG這些規(guī)章樣本包括歐洲機(jī)構(gòu)方針2006/42/EG和德國的設(shè)備和產(chǎn)品安全第九章的變更形式Act, 9. ProdSV自從上世紀(jì)60年代末信息技術(shù)首次與機(jī)電相結(jié)合（工業(yè)3.0第一臺可編程邏輯控制器（Modicon 084 ）于第一臺可編程邏輯控制器（Modicon 084 ）于1969年在制造中有效利用，見第 1章業(yè)4.0）的許多安全問題尚未得到完全解決。尤其是安保措施往往實施很慢而且經(jīng)常 只提供部分解決方案。隨著工業(yè) 4.0的來臨，有關(guān)安全的進(jìn)一步要求勢必會提出?；?于CPS的工業(yè)4.0的制造系統(tǒng)涉及高度網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將大量的有關(guān)人、IT系統(tǒng)、自動化元件和機(jī)器信息納入其中。高容量且通常是時間性強(qiáng)的數(shù)據(jù)和信息交換發(fā)生在 技術(shù)系統(tǒng)組件問，其中許多是自主行為。同時，更多的參與者涉入到整個價值鏈（見 第2和第3章）。然而，安全問題總是整個系統(tǒng)的特性。因此，除了運(yùn)營安全問題， 廣泛的網(wǎng)絡(luò)和假設(shè)潛在的第三方訪問至少意味著一系列全新的安全問題呈現(xiàn)在工業(yè) 4.0背景中。只有以下幾點付諸實踐，才有可能使工業(yè)4.0得以實施并讓人們接受它：從設(shè)計上保障安全是一項關(guān)鍵的設(shè)計原則。在過去，針對外部攻擊的安全通常由物