德國Industrie 4.0的啟示
責編：admin ｜2014-08-21 13:48:20近日，啟明星辰研發團隊發布了安全問題的研判文章《德國工業4.0的啟示》，對正在轉型期的中國工業領域具有非常好的指導作用，現全文摘抄如下。
偉大的第四次工業革命悄然而起，我們這些在中國工業領域工作了多年的科技工作者應該從中警醒，奮起為中國工業的新革命做點事情。此文淺談一點INDUSTRIE 4.0對我們的啟示：
第1啟示：中國應在第四次工業革命中有所作為，不再落后。
德國Industrie 4.0正在實施中，它是德國工業的第四次革命的綱領。德國人認為四次工業革命是：第一次：機械化。第二次：機械化+電氣化。第三次：機械化+電氣化 +IT技術。第四次（當下）：機械化+電氣化+IT技術+Internet技術。
他們認為：第四次工業革命就是第三次工業革命的成果上再加上互聯網技術，"the introduction of the Internet of Things and Services into the manufacturing environment is ushering in a fourth industrial revolution."，即物事互聯網與服務互聯網引入制造業引發了第四次工業革命。必須說明這里所要求的互聯網是："Things and Services"的互聯網，Things可認識為物和事情，或曰"物事"。Services泛指一切服務。所以，第四次工業革命首先要建設'物事互聯網'與'服務互聯網'。這意味著有史以來第一次將資源、信息、物事、人和對這一切的服務進行互聯。在the Internet of Things and Services的支持下革新、改造整個工業及制造業。制造業中的智能機器、存儲系統和生產設施將融入the Internet of Things and Services中，成為信息-物理系統–CPS。
德國人要通過Industrie 4.0的雙重戰略–"主導供應與主導市場"在第四次工業革命中拔得頭籌。對此我們應該如何應對和學習，在第四次工業革命中有所作為呢？
首先，看看對最近的第三次工業革命、德國人是如何認識："Germany successfully implemented the third Industrial Revolution ("Industrie 3.0") during the early 1980s by delivering more flexible automated manufacturing through the integration of Programmable Logic Controllers (PLCs) into manufacturing technology whilst at the same time managing the impact on the workforce through an approach based on social partnership."。德國人認識到：PLC及其應用系統在工業中的最廣泛應用是第三次工業革命的主要特征。第三次工業革命我們似乎并未落后多少，但PLC及其系統的供應與市場一直由德國人與美國人主導。本來PLC是美國人發明，但德國人在很多時候卻主導了PLC的市場與供應。而今第四次工業革命已經悄然啟動，汲取前面的教訓，中國應該盡快地構建中國的the Internet of Things and Services。應該盡快地在工業領域特別是制造業中構建起自己的CPS，（CPS–信息-物理系統是真正的兩化深度融合的系統，因為他在系統各層面實現信息與物理實體的融合，工信部的兩化融合應由此入手呀！）。應該用中國的智能產品、智能生產流程至少主導中國的供應與市場。應該盡快建立自己的第四次工業革命綱領–中國工業4.0。
啟示2：第四次工業革命的互聯網–the Internet of Things and Services
德國人將為工業服務的互聯網稱為：the Internet of Things and Services（而目前的互聯網稱為：Internet of People），它們包容了與工業相關的智能電網、智能產品、智能（生產）建筑、智能調配和智能物流集成在一起；它們將智能工廠的所有智能機器、存儲系統和生產設施集成在一起建立信息-物理系統CPS（Cyber-Physical System）。CPS可將所有相關的物理設備（在世界范圍內）連接到互聯網上，使得物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協調和自治等功能。可使智能工廠的產品" know the details of how they were manufactured and how they are intended to be used."由于CPS有互聯網支持，它創造出智能產品、智能生產程序與過程，構建起新的智能工廠。
對于我們來講應該積極研究這一核心問題，如何不失時機的在已有工作的基礎上建立中國的與世界相連的the Internet of Things and Services，進而建立自己的CPS。它們涵蓋了國內已有的"物聯網"但遠遠不是這個"物聯網"。
國內已有的互聯網成果有可能被引用到中國的CPS中來；騰訊的微信，馬云的淘寶，百度的中文搜索都可以在第四次工業革命中發揮作用。德國Industrie 4.0啟示我們應盡早建設中國的工業互聯網。
啟示3：德國Industrie 4.0的雙重戰略意欲如何？
德國人直言不諱地稱通過雙重戰略實現Industrie 4.0的目標即在第四次工業革命中變為最強者。他的雙重戰略是：一方面要主導供應；另一方面要主導市場。雙重戰略主要是"Germany's manufacturing equipment industry should seek to maintain its global market leadership by consistently integrating information and communication technology into its traditional high-tech strategies so that it can become the leading supplier of smart manufacturing technologies. At the same time， it will be necessary to create and serve new leading markets for CPS technologies and products."德國的工業及產品有了互聯網的支持，更具有侵略性，在新一輪工業革命中他們既要主導供應又要主導市場。進一步分析，在新的制造環境中，要讓新的智能生產裝備、智能生產方式、新的交易模式、新的管理模型、新的技術手段由他們主導供應。同時他們生產的智能產品又主導市場、占領市場。這是一種通吃的戰略。
對此，中國要汲取第三次工業革命時的教訓及早在智能裝備制造、新的交易、管理等方面推出有競爭力的產品，及早生產更多的智能產品占領市場。
在互聯網的環境中，在中國這個世界最大的市場環境中，我們的條件是得天獨厚的，關鍵在于如何打造我們的工業4.0，如何由中國制造業、由萬千中小工業企業自主創新實現中國工業4.0目標。
以上是一些總體的啟示，再來分析具體的技術內涵的啟示：
啟示4：構建中國第四次工業革命CPS的有效方法
構建中國第四次工業革命CPS需通過三大集成方式：第一，價值網絡的橫向集成。第二，跨越整個價值鏈的端到端工程數字集成。第三，縱向集成和網絡（互聯網）化制造系統。
價值網絡的橫向集成是指：將應用于不同制造階段的各種IT系統和企業計劃過程集成在一起，這些過程涉及一個公司（例如：進入物流、生產、外出物流、市場）和幾個不同公司之間（價值網絡）的原材料、能源和信息的交換。
在互聯網的背景下，價值網絡橫向集成的范圍將是世界范圍的。
跨越整個價值鏈的端到端工程數字集成是指：跨越工業企業整個價值鏈的工程過程的各階段（設計和開發、生產計劃、生產工程、產品和服務）的端到端的數字信息集成。
縱向集成和網絡（互聯網）化制造系統是指：將不同層級的IT系統集成在一起（例如，執行器與傳感器層，控制層，生產管理層，制造和執行層和企業計劃層）以便實現端到端的解決方案。
后兩種集成也要得到互聯網的支持。
我國已發布了一個關于工業企業信息化集成系統的國家標準《工業企業信息化集成系統規范》GB/T 26335–2010，此標準中也提出了工業企業信息集成時采用的方式：橫向集成與縱向集成。德國人的理念是在互聯網背景下的，應該更為宏大，但機理應是相同。
這些理念啟示我們在實現CPS時，實質上是進行更大范圍的系統集成，制造業企業要轉變為系統集成商。
我國的一些大中企業在實現企業信息化過程中已經取得了部分橫向集成與縱向集成的成功經驗，他們通過橫向集成將企業內原本是信息孤島的各業務子系統在同一信息平臺上集成起來。他們將企業自動化系統的各層級縱向打通，這些成果對實現中國工業4.0的橫向集成與縱向集成是十分有利的。
啟示5：建設智能工廠是第四次工業革命的核心
由the Internet of Things and Services（物事互聯網和服務互聯網）支持的智能工廠是第四次工業革命的核心。智能工廠有如下特點：
（1） 智能工廠孕含在公司內價值網絡中。
（2） 他由包含了制造過程和制造產品的端到端工程來定性，使得數字信息與物理實體無縫地融合。
（3） 他便于工作人員管理制造過程不斷增長的復雜性。
（4） 他同時確保生產本身極具吸引力、適應城市環境并贏利。
由智能工廠生產的智能產品有如下特點：
（1） 具有獨特的可識別性，在全生命周期可定位。
（2） 即便在他被制造過程中，他知道自己制造過程的細節。
（3） 在生產過程一定的區域，可以半自動控制智能產品的生產單獨階段。
（4） 確保智能產品知道其成品功能指標和生命周期內損耗。
（5） 智能產品的信息匯集在一起，以便優化智能工廠的物流、配置、維護和企業管理應用集成。
由此工業4.0的實施可將個體客戶和產品特殊性能需求融入產品設計、組態、訂貨、生產、運行與回收各階段。也可在制造前或制造進行時將最后一分鐘的客戶需求加入制造中，也可實現單件或小批量制造并贏利。也可讓生產者來控制、調節或組態智能制造的資源網絡和制造步驟。生產者可以從生產任務的過程中解放出來，致力于創新和增值的生產活動。他們將在生產過程中其關鍵作用特別是在質量保證方面。同時靈活的工作條件將可協調他們工作和個人的需求。
由互聯網乃至CPS支持的智能生產與智能工廠以及智能產品將深層次地改變生產過程本身、改變工作者的工作條件與狀態，繼而改變產品的交易以及整個社會的商業模式。
國內這方面的狀況需要做全面的調查研究作出評估并制定發展規劃。智能工程的建設與發展將決定中國在世界第四次工業革命中的位置。
啟示6，中國工業第四次革命路線圖
德國人較詳細地說明了他們第四次工業革命的路線圖：
（1）在2011年11月政府采納Industrie 4.0作為國家高科技戰略的一部分。由國家科學院與工程院協調成立工作組。近來有一些工業技術協會支持又建立了Industrie 4.0平臺并支持旗下的一些的工作組及秘書處。顯見，工業4.0由政府支持下的工業技術協會作為倡導者與領導者。
Industrie 4平臺要保證其上的工業指導委員會和科學咨詢委員會由來自制造業、自動化和信息以及法律、管理和社會科學等領域的有實踐經驗的專家組成。
（2）進行工業現狀的普查。他們已查明：目前，有47%的企業已經積極參與Industrie 4.0計劃。18%的企業參與了Industrie 4.0計劃的研究。12%的企業已開始實施。
（3）工作組推進標準化、工作組織和產品實現。專業協會促進社交團體、學術機構和公眾的交流與密切合作。
（4）建立the Internet of Things and Services網絡環境下的新商業模式，必須是眾多企業都可接受的商業模式。
（5）研究并實現："價值網絡的橫向集成。跨越整個價值鏈的端到端工程數字集成。縱向集成和網絡（互聯網）化制造系統。"的CPS集成方式。
（6）建立Industrie 4.0平臺。平臺的中央管理協調主體是指導委員會，他下面設有工作組及專業委員會。平臺主要是實施Industrie 4.0并推動平臺提出的各種倡議。
（7）實現雙重戰略目標。
我國的第四次工業革命實質上已經起步，但目標尚不明確，沒有一個類似的中國工業4.0的綱領。我們的路線圖可以參考上述的內容但一定要從我國工業發展現狀出發。我們的計劃一定來自生動的、活力四射的工業主戰場，來自現場和企業各業務層面的創新與進步，主要是在工業應用互聯網大背景下的創新與進步。首當其沖是建立一個領導組織，建立中國工業4.0平臺。國內相關的一級技術協會應該肩負起歷史責任。
啟示7：幾個重要的理念。
以下理念值得我們學習與關注：
（1）制定公司間互聯與集成的標準，解決公司間合作機制與信息交換的核心問題。這需要我們進行切實的計劃與行動。
（2）支持定制生產、滿足個性化要求。中、小企業也要從實施4.0中獲利。
（3）系統安全與信息安全是關鍵點。
（4）構建寬帶的基礎通信網絡是重中之重。
（5）建立新的產品理念–好、但非廉價。
（6）具有自動化、工廠IT技術與經驗并進行了CPS應用再教育的工人與工程師們是智能工廠的中堅。
（7）工人職業教育和工作人員的發展培訓在第四次工業革命中成為關鍵因素。
以上啟示僅為浮在表面的認識，透過它作深入研究，工業4.0孕藏了無數商機，工業界、科學界、技術界和全社會都來努力吧。