德國工業(yè)4.0這三年

老沈閱覽 2018-12-27

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作者：林雪萍韋莎

來源：知識自動化

   工業(yè)4.0在全球引起了熱浪，但沒有一個國家，像德國這樣，成立專門的機構(gòu)進行深耕細挖。整個工業(yè)體系，都圍繞工業(yè)4.0進行構(gòu)建。如此抽象的一個概念，硬是被德國人一筆一劃地描繪出來。
   德國工業(yè)思維，看得見，卻未必學(xué)得會。

工業(yè)4.0的金字塔司令部

德國成立的工業(yè)4.0平臺，是“工業(yè)數(shù)字化”數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)的中心樞紐，來自150多個組織的350多名利益相關(guān)者，參與平臺的工作。而它的核心是各個工作組，通過各領(lǐng)域?qū)＜业膮f(xié)同、中小企業(yè)的支持，以及組織開展國際合作，從而將各種專業(yè)知識匯聚在一起。

它采用了一種扁平的決策機制：從頂層的工業(yè)4.0平臺，到中間的標準化委員會（Standardization Council Industrie4.0, SCI4.0）和面向企業(yè)的實驗室網(wǎng)絡(luò)（Lab Networks Industrie4.0, LNI4.0）。這是一個從上到下、從下到上的三元治理結(jié)構(gòu)。

但在一開始，工業(yè)4.0平臺也是一種“亂糟糟”的結(jié)構(gòu)。

對比2016年的工業(yè)4.0平臺，就知道這兩年，工業(yè)4.0平臺的組織結(jié)構(gòu)進行了精致的進化。

目前工業(yè)4.0共有六個工作組，包括第一工作組WG1，主要是參考架構(gòu)、標準和規(guī)范，主席來自ABB；第二工作組則是技術(shù)與應(yīng)用場景，主席來自菲尼克斯；第三工作組是互聯(lián)系統(tǒng)的安全性，主席來自博世公司；第四工作組是法律框架，主席來自蒂森克虜伯；第五工作組是就業(yè)、教育與培訓(xùn)，主席來自德國金屬工業(yè)協(xié)會；第六工作組是工業(yè)4.0的數(shù)字化商業(yè)模型，主席來自埃森哲咨詢公司。

2016年4月，在柏林成立了德國工業(yè)4.0標準化委員會（SCI4.0），目標就是協(xié)調(diào)國際標準組織。SCI負責(zé)跟這些密密麻麻的國際組織，進行對標和連接，從而最終建立德國自己的工業(yè)4.0的技術(shù)路線圖和標準架構(gòu)。這個組織最大的特點就是跨領(lǐng)域，它很好地結(jié)合了機械、電氣和IT領(lǐng)域，因此，受到廣泛的歡迎。

而對待不同的國家戰(zhàn)略，SCI有條不紊地跟中國智能制造、美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟IIC、日本IVI協(xié)會、法國、意大利、澳大利亞都建立了合作機制。

最下面是工業(yè)4.0實驗室網(wǎng)絡(luò)（LNI4.0），負責(zé)具體落實標準的測試、實驗和反饋。這是一個面向企業(yè)、面向落地的應(yīng)用型組織。它最大限度地把德國工業(yè)4.0所有能達成的共識，用實踐和落地的方式，傳遞給了德國中小企業(yè)。

有了這三者的分工，工業(yè)4.0可以在各個層面上，輕松對接。既推動德國企業(yè)的相互聯(lián)系，又大大促進國際交流。目前德國工業(yè)4.0已經(jīng)跟中國、美國IIC、日本工業(yè)價值鏈IVI、澳大利亞、法國和意大利等，都建立了雙邊對接關(guān)系。中德兩國于2015年5月成立了中德智能制造/工業(yè)4.0標準化工作組。目前已在參考模型互認、信息安全和功能安全、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與邊緣計算、案例、預(yù)測性維護、人工智能應(yīng)用，以及工業(yè)4.0組件/管理殼/數(shù)字雙胞胎等方面開展合作交流。

可以說，德國精確地構(gòu)建了一個面向工業(yè)4.0的頂層治理結(jié)構(gòu)。

如德國戰(zhàn)車一樣的精準。

向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)拓展：基于價值的服務(wù)VBS（Value-based scenario）

在工業(yè)4.0的大背景下，人們漸漸意識到，要實現(xiàn)制造業(yè)數(shù)字化，除了技術(shù)驅(qū)動的自下而上的方法外，還必須通過自上而下的驅(qū)動方式。后者來自業(yè)務(wù)場景和商業(yè)模式的驅(qū)動，從而衍生出很多的技術(shù)應(yīng)用實例。而這些實例，同樣是獲得新產(chǎn)品、解決方案和服務(wù)，以及標準化的基礎(chǔ)。

如何在技術(shù)層面上以實例的形式描述參與者與技術(shù)系統(tǒng)的相互作用。已經(jīng)通過工業(yè)4.0平臺的具體應(yīng)用場景來設(shè)定考慮范圍。

德國工業(yè)4.0 平臺提出了一種新的想法：基于價值的服務(wù)（Value-based scenario， VBS），即基于場景出發(fā)，考慮數(shù)字工業(yè)服務(wù)的價值。

在考慮產(chǎn)品是一臺機器設(shè)備的情況下，傳統(tǒng)只有兩類角色：設(shè)備供應(yīng)商和設(shè)備擁有者。

然而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，使得這個最傳統(tǒng)的應(yīng)用場景，正在引入兩個額外的角色：服務(wù)平臺運營商和數(shù)據(jù)驅(qū)動型服務(wù)商。

那么在將來，誰將完成這些額外的業(yè)務(wù)角色？是機器的供應(yīng)商，還是機器的擁有者。這個問題隨著數(shù)字技術(shù)的引入，眾多的第三方已經(jīng)蜂擁而至。這也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺最令人困惑的一點：每家供應(yīng)商角色，都在模糊，而且都在交叉。

德國工業(yè)4.0平臺認為，基于VBS的應(yīng)用場景的推進，是深化工業(yè)4.0的重要基石。

德國問什么是數(shù)字商業(yè)模式

什么是數(shù)字商業(yè)模式？

這個問題還需要回答嗎？德國人并不這么想。

德國工業(yè)4.0對價值創(chuàng)造的貢獻，正在聚焦于兩個點上：一個是行動機制，一個是數(shù)字商業(yè)模式的架構(gòu)。政府、科學(xué)家、商業(yè)協(xié)會和社會合作伙伴都在討論圍繞著德國工業(yè)可帶來的附加值，以及如何提高德國的競爭力和生活質(zhì)量的問題。

德國工業(yè)4.0平臺組，專門增加了第6個數(shù)字商業(yè)模式工作組，以需求解決這些問題，并通過不同利益攸關(guān)方之間的有條理的討論，為采取行動提供動力。

德國工業(yè)4.0平臺找到了兩個基礎(chǔ)。一個是根據(jù)Osterwalder和Pigneur(2010)對商業(yè)模式的定義，即商業(yè)模式是描述組織如何創(chuàng)建、交付和捕獲價值的基本原理。這通常包括價值主張、價值創(chuàng)造架構(gòu)、合作伙伴網(wǎng)絡(luò)。第二個是根據(jù)Jaekel(2015)的看法，價值創(chuàng)造架構(gòu)中的數(shù)字業(yè)務(wù)模式的特點是專注于數(shù)據(jù)和分析，并通過平臺將其合作伙伴網(wǎng)絡(luò)組織為一個可擴展的生態(tài)系統(tǒng)。這與價值主張（產(chǎn)品和服務(wù)）和利潤模式（成本結(jié)構(gòu)和收入）的轉(zhuǎn)變密切相關(guān)。

那么第6工作中的任務(wù)之一，就是研究如何將這一定義應(yīng)用于產(chǎn)品制造。

真是一個新奇的任務(wù)。相對于國內(nèi)制造而言，最常談的就是“新制造”和“新模式”。然而無人知道背后的內(nèi)涵究竟是什么。而德國人第一個想到的就是先確定概念基礎(chǔ)，取得“共識起點”。

德國人提供了一些答案，值得注意的一點是：“通過提高軟件在產(chǎn)品中的份額——通常與平臺的使用相結(jié)合，會加強更大的可擴展性?！?/font>

工作組鄭重提醒德國制造商，一定要把重點從“產(chǎn)品和生產(chǎn)”擴展到“基于數(shù)據(jù)服務(wù)的運行機制”，即“智能產(chǎn)品+智能服務(wù)+新體驗”。智能服務(wù)就是基于數(shù)據(jù)產(chǎn)生的新價值，例如，無人駕駛不會發(fā)生事故的車輛。

推動數(shù)字商業(yè)模式轉(zhuǎn)變的基石，是智能產(chǎn)品、平臺、生態(tài)系統(tǒng)和數(shù)字雙胞胎。而所有這些背后是通過底層技術(shù)來實現(xiàn)更強大的連通性、更快的速度和更小的尺寸。

數(shù)據(jù)的質(zhì)量(“原材料”)、操作系統(tǒng)和治理結(jié)構(gòu)決定了關(guān)鍵的不同。為了提供盡可能好的運營環(huán)境，需要正確的監(jiān)管和以人為本的關(guān)鍵驅(qū)動因素。

管理殼：萬物有外衣

工業(yè)4.0組件是為了實現(xiàn)將各項資產(chǎn)集成到信息世界應(yīng)運而生的。這里的資產(chǎn)包括所有為實現(xiàn)工業(yè)4.0解決方案而需要“連接”的內(nèi)容，例如，機器及其零部件；供應(yīng)材料、零件和產(chǎn)品；圖紙、布線圖等交換的文件；合同和訂單等。

而將這些工業(yè)4.0組件，進行數(shù)字化表達的最有價值的轉(zhuǎn)化方式，就是德國工業(yè)4.0平臺提出的管理殼。企業(yè)的各種資產(chǎn)的數(shù)字化形式，通過資產(chǎn)管理殼（Asset Administration Shell, AAS）來表達。

工業(yè)4.0組件中，通過管理殼來實現(xiàn)數(shù)字化集成。它可以將資產(chǎn)集成到工業(yè)4.0通信中；為資產(chǎn)的所有信息提供受控訪問；是標準化并且安全的通信接口；支持在沒有通信接口的情況下，使用條形碼或二維碼來集成“被動”資產(chǎn)；并且在網(wǎng)絡(luò)中是可尋址的，可以對資產(chǎn)進行明確的識別。可以說，管理殼是工業(yè)4.0組件的“互聯(lián)網(wǎng)表達器”。

從2015年開始，德國一直圍繞著管理殼，做各種模型描述和標準覆蓋。這些相互交織的模型，加上來自企業(yè)的實踐，正在將德國制造的產(chǎn)品推進到賽博（Cyber）空間中去。德國最以為榮的機器，很快就會變成帶有數(shù)字雙胞胎的機器。德國機器的數(shù)字化就緒度，抬頭可見。

在2018年11月德國紐倫堡展會上，德國公布了管理殼的最新進展。

管理殼可以覆蓋生產(chǎn)、制造系統(tǒng)和業(yè)務(wù)的全部生命周期。下面以發(fā)動機為例，介紹管理殼中包含的相關(guān)內(nèi)容。首先在工程階段，管理殼會考慮各項功能。例如，發(fā)動機的扭矩和軸高等性能將放入管理殼中。下一步，選擇制造商提供的某一特定類型（type）的發(fā)動機，有關(guān)此類發(fā)動機的更多信息將被添加到管理殼中。接下來，發(fā)動機制造商提供一個組件用以對發(fā)動機進行計算和模擬，從而對上一步的選型進行模擬和確認。在調(diào)試階段，發(fā)動機會被訂購，發(fā)動機類型（type）會變?yōu)閹в行蛄刑柕陌l(fā)動機實物（instance），該序列號是這一發(fā)動機所特有的數(shù)據(jù)。這樣，管理殼進一步得到豐富。在發(fā)動機運行階段，測量的溫度，振動等運行參數(shù)也會記錄在管理殼中。對發(fā)動機進行維護保養(yǎng)的數(shù)據(jù)也會記錄在管理殼中。發(fā)動機使用壽命終止后，會更換新的發(fā)動機。更換后，新發(fā)動機的類型（type）&實物（instance）的所有信息都將被記錄在管理殼中。供應(yīng)商、工程合作伙伴、系統(tǒng)集成商、運營商和服務(wù)合作伙伴等價值鏈中的所有合作伙伴都可以交換管理殼中的信息。

目前工業(yè)4.0平臺已發(fā)布的管理殼成果物包括：管理殼框架、工業(yè)4.0組件之間的關(guān)系、管理殼作為基于工業(yè)4.0通信的倡議，以及管理殼的安全性等。

可以說，德國管理殼，是以工業(yè)4.0頂層架構(gòu)RAMI4.0做為“針”，以各種技術(shù)標準作為“線”，密密麻麻地為德國機器縫制的一個軟猬甲。而RAMI4.0和管理殼，都是由第一工作組：參考架構(gòu)、標準和規(guī)范負責(zé)研發(fā)。

這是德國機器未來的新戰(zhàn)袍，也許令人想到機甲戰(zhàn)士。如果考慮德國工業(yè)4.0平臺組，不遺余力地與各國進行對接。德國這些管理殼，很快也會成為機器制造的國際性管理殼，那么在數(shù)字空間中，數(shù)字雙胞胎的基因?qū)⒂蛇@些管理殼確定。它們的標簽是“德國造”。這也是德國工業(yè)所有數(shù)字雙胞胎的大本營。

人工智能的發(fā)展

人工智能是德國最有挫敗感的一個領(lǐng)域，也是工業(yè)4.0平臺的重點。德國主要的人工智能研究機構(gòu)包括德國人工智能研究中心（DFKI）、弗勞恩霍夫研究院、馬普協(xié)會、萊布尼茲協(xié)會，以及眾多高校。

2017年9月，聯(lián)邦教育部啟動了一個稱為“學(xué)習(xí)系統(tǒng)PLS”（Plattform Learning Systems）的人工智能平臺，這是繼“工業(yè)4.0”平臺之后，德國政府推出的第二個以數(shù)字化為主題的研發(fā)平臺。這項計劃是通過開發(fā)和應(yīng)用“學(xué)習(xí)系統(tǒng)”，使未來的工作和生產(chǎn)更加靈活和節(jié)省資源，提高工作效率和生活品質(zhì)，促進經(jīng)濟、交通和能源供應(yīng)等領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

2018年11月15日，德國聯(lián)邦政府正式發(fā)布了《人工智能（Künstliche Intelligenz）戰(zhàn)略》，口號是“AI Made in Germany”，從而將人工智能的重要性提升到了國家的高度。

德國人工智能戰(zhàn)略，確立了十二個行動領(lǐng)域，強調(diào)科研、競賽、中小企業(yè)推進等方面。以科研為例，聯(lián)邦政府正在德國建立一個廣泛、跨學(xué)科、具有國際競爭力的人工智能生態(tài)系統(tǒng)。通過為優(yōu)秀的科研者提供良好的基礎(chǔ)，以期望在人工智能獲得最佳智力，并且“驅(qū)動”創(chuàng)新力。

人工智能戰(zhàn)略還確定了十四個目標，最令人印象深刻的是，德國人工智能戰(zhàn)略期望“德國制造的人工智能（AI）”成為全球公認的品質(zhì)標志。

德國聯(lián)邦政府發(fā)布的“人工智能戰(zhàn)略”旨在擴大德國在工業(yè)4.0領(lǐng)域的強勢地位，并成為工業(yè)AI應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。因此，工業(yè)4.0平臺已將人工智能納入其工作計劃。平臺主要研究新的數(shù)字商業(yè)模式，分析人工智能背景下的法律框架，并強調(diào)AI在提升技能方面的作用。為了發(fā)揮協(xié)同作用，工業(yè)4.0平臺與學(xué)習(xí)系統(tǒng)平臺PLS合作開展活動。通過對AI領(lǐng)域的全面研究，針對AI的工業(yè)應(yīng)用提出具體建議，特別是針對中小企業(yè)的用例和場景。

目前，工業(yè)4.0平臺上正在研究AI的工業(yè)應(yīng)用案例，包括訂單控制的生產(chǎn)、自適應(yīng)工廠、自組織的自適應(yīng)物流、基于價值的服務(wù)、產(chǎn)品交付的透明化與自適應(yīng)性、生產(chǎn)中的人機交互技術(shù)、智能生產(chǎn)中的智能產(chǎn)品研發(fā)、創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā)、無縫且動態(tài)的工廠工程等。

在德國工業(yè)4.0數(shù)字商業(yè)模式工作組，正在警告德國制造商，僅僅有Know-how是不夠的，必須把數(shù)據(jù)應(yīng)用考慮進來，這是成為未來制造業(yè)贏家的關(guān)鍵因素。而人工智能是關(guān)鍵的一個驅(qū)動力。

這對于以德國工藝而自豪的德國制造，是一個嚴厲的提醒。而“人工智能德國造”對工業(yè)4.0而言，將是一個帶有復(fù)興使命的嚴肅話題。

工業(yè)4.0的小石頭

許多人追逐工業(yè)4.0，都是圍繞著技術(shù)和理念。但實際上，德國工業(yè)4.0平臺進行了全面的探索，工業(yè)4.0田地里的每一塊石頭，都被仔細地翻過了。

數(shù)字工業(yè)所需要的勞動力是一個重要方向，工業(yè)4.0平臺在2017年專門推出了人才指南，許多企業(yè)也紛紛推出工業(yè)4.0人才的培訓(xùn)手冊。

安全，也是德國工業(yè)4.0從來沒有放棄過的話題。早在2016年就發(fā)布了《工業(yè)4.0安全指南》，給出關(guān)于安全的一些簡單的基本原則。如減少部件，設(shè)計可靠的組件和模塊；檢測機制，需要設(shè)計早期預(yù)警和控制方式；建造，需要設(shè)計出受攻擊后的恢復(fù)體系。賽博安全，也是重點。另外，數(shù)據(jù)主權(quán)是許多企業(yè)關(guān)心的重點。為了提供理想的數(shù)據(jù)安全框架，在德國聯(lián)邦教研部資助下，在2016年1月，弗勞恩霍夫啟動“工業(yè)數(shù)據(jù)空間IDS”計劃。這是面向工業(yè)大數(shù)據(jù)的旗艦項目，由十二個協(xié)會旗下的研究所共同承擔(dān)研發(fā)任務(wù) ，目的在于凝聚各方的研發(fā)力量解決工業(yè)4.0的數(shù)據(jù)共享的重大難題，比如，位于慕尼黑的弗勞恩霍夫應(yīng)用集成信息安全研究所（AISEC）負責(zé)提供工業(yè)4.0跨領(lǐng)域數(shù)據(jù)可信任共享和信息安全等。同時，還創(chuàng)建了一個非盈利組織——工業(yè)數(shù)據(jù)空間協(xié)會，初始成員有42家，包括蒂森克虜伯、博世、舍弗勒、大眾等。每個成員需要實現(xiàn)一種商業(yè)驅(qū)動用戶案例。

2017年德國聯(lián)邦教育與研究部 (BMBF)批準了500萬歐元的資助，進一步資助“數(shù)據(jù)空間”第二階段的計劃，目的就是尋求這一架構(gòu)的國際化應(yīng)用。德國不管邁出哪一步，都會念念不忘與國際化的標準對接。

同樣，為了解決工業(yè)4.0領(lǐng)域中的復(fù)雜法律問題，德國聯(lián)邦經(jīng)濟與能源部于2017年4月開始推出第一版工業(yè)4.0法律架構(gòu)“Ju-RAMI 4.0”?！盝u”是德語中“法律”單詞的開頭字母。工業(yè)4.0，居然也有一個法律龍骨。這個構(gòu)思，實在是超過工業(yè)界的想象。

小結(jié)

在德國，工業(yè)4.0已經(jīng)不需要成為一個振奮人心的口號，它正在成為一個單調(diào)的專業(yè)動作。所有的專業(yè)動作，無論是高爾夫還是臺球，對一般人而言都是好奇、振奮的，而對于訓(xùn)練有素的專業(yè)選手，這是一種安靜而乏味的打磨。

工業(yè)的進步課，其實是一種沉靜的積累，而不是運動的沖刷。工業(yè)4.0正在被嚴謹?shù)牡聡?，按照一臺精密機器的方式建造。這臺機器，一天一天，一年一年在緩慢地成長?？傆幸惶欤麄€世界的工業(yè)，會再次被這樣一個工業(yè)戰(zhàn)車所驚訝。

最值得驚訝的是，它是在大家的注視之下成長的。然而，它長出來的樣子，卻與大家想象和模仿的，都不一樣。