保障德國制造業(yè)的未來(一) 　　

　　保障德國制造業(yè)的未來(二) 　　

　　保障德國制造業(yè)的未來(三) 　　

　　保障德國制造業(yè)的未來(四) 　　

　　保障德國制造業(yè)的未來(五)

　　——關(guān)于實(shí)施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議

　　4、研究要求

　　盡管《工業(yè)4.0戰(zhàn)略》的大部分內(nèi)容將由產(chǎn)業(yè)自身去執(zhí)行；但還是需要進(jìn)一步研究。《工業(yè)4.0戰(zhàn)略》工作小組于2012年10月闡明并出版了主要的中、長期研究要求與行動(dòng)綱領(lǐng)。在接下來的章節(jié)，我們將對這份研究要求和行動(dòng)綱領(lǐng)進(jìn)行概述。

　　《工業(yè)4.0戰(zhàn)略》的主要目標(biāo)就是在主要供應(yīng)商和主要市場戰(zhàn)略間進(jìn)行協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上實(shí)行“雙重戰(zhàn)略”（見第3章）。實(shí)行本戰(zhàn)略的基礎(chǔ)應(yīng)是建立在研究行為上的。《工業(yè)4.0戰(zhàn)略》希望那些革命性的應(yīng)用應(yīng)是結(jié)合ICT與制造業(yè)和自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)果。

　　為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需要將現(xiàn)有的CPS內(nèi)容嵌入制造業(yè)系統(tǒng)的中期部署計(jì)劃中。這就要求機(jī)器或加工廠商利用自身優(yōu)勢，擁有與ICT產(chǎn)業(yè)和汽車產(chǎn)業(yè)為新的CPS創(chuàng)建有目標(biāo)的、具有創(chuàng)造性發(fā)展過程的能力。網(wǎng)絡(luò)連接的新級別則要求達(dá)到產(chǎn)品模型終端到終端的整合能力，生產(chǎn)資源和生產(chǎn)系統(tǒng)需要在更長的時(shí)期內(nèi)進(jìn)行大量的研究和發(fā)展工作。

　　深入研究的首要任務(wù)是將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向完全可描述、可管理、與前后相關(guān)的、可控或可自我調(diào)控的專業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)的探索和開發(fā)。

　　從長期上看，這些功能性CPS的組成部分將來自于跨領(lǐng)域、模塊化套件。這應(yīng)該也有大大加強(qiáng)計(jì)劃中和實(shí)際生產(chǎn)過程整合的可能性。從長期上看，對于研究者來說，將開發(fā)模塊CPS或相應(yīng)配件目錄作為任何模型智能工廠的主要目標(biāo)是非常有必要的。

　　只有現(xiàn)有基礎(chǔ)科技以應(yīng)用方式并為了迎合某種制造環(huán)境中的特殊需求而被開發(fā)時(shí)，我們才能在創(chuàng)新上取得重大突破。最終方法、途徑和最佳應(yīng)用案例需要在不同等級的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行滲透；這完全是為了知識和技術(shù)在不同的領(lǐng)域之間進(jìn)行流通。出于這個(gè)原因，實(shí)施雙重戰(zhàn)略的產(chǎn)業(yè)部門（見第3章）已經(jīng)對5個(gè)研究主題中的3個(gè)具有很深的了解：

　　（1）通過價(jià)值網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)水平整合

　　（2）遍布整個(gè)價(jià)值鏈的終端對終端工程

　　（3）垂直整合和專業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)

　　從長期上看，這項(xiàng)由技術(shù)驅(qū)動(dòng)、并在生產(chǎn)制造系統(tǒng)應(yīng)用中心的研究項(xiàng)目將導(dǎo)致跨公司或跨部門間的合作增多。這種合作方式將充當(dāng)主要為中小型機(jī)械與加工企業(yè)推動(dòng)戰(zhàn)略的角色。這就要求產(chǎn)業(yè)對市場要求作出更敏捷的反應(yīng)，并將自身打造成新產(chǎn)品、服務(wù)和商業(yè)模式這些廣闊領(lǐng)域中領(lǐng)先供應(yīng)商。

　　然而，多重領(lǐng)域協(xié)作并不單純源于工程師和汽車工程師間更親密的合作。第四次工業(yè)革命在未來工業(yè)就業(yè)領(lǐng)域中造成的最顯著的影響就是：某些問題必須同時(shí)經(jīng)理論和實(shí)際層面才能得到解決。這就為我們帶來了第四項(xiàng)研究要求：

　　（4）工作場所中的新社會(huì)基礎(chǔ)構(gòu)架

　　社會(huì)責(zé)任所帶來的益處，將有必要加強(qiáng)雇員參與，并強(qiáng)化其所作出的承諾。這是考慮到，即使在流程化工作環(huán)境中，也要利用雇員的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。CPS需要新的工作組織構(gòu)架覆蓋整個(gè)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)，出于激發(fā)雇員生產(chǎn)力的考慮，也是出于能夠提供支撐個(gè)人終身發(fā)展的組織化架構(gòu)的考慮。

　　跨領(lǐng)域解決方案應(yīng)該能適用于這些事件，將專家從由工程師、IT專家、心理學(xué)家、生物工程學(xué)者、社會(huì)和職業(yè)科學(xué)家、醫(yī)生和設(shè)計(jì)師所組成的團(tuán)隊(duì)中抽調(diào)出來。

　　上述基本觀點(diǎn)表明，應(yīng)用方法和基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)能促成生產(chǎn)制造業(yè)和自動(dòng)化工程業(yè)之間的合作；這在現(xiàn)今社會(huì)中，在很多領(lǐng)域中還是無法實(shí)現(xiàn)的一點(diǎn)。

　　為了確保這些應(yīng)用方法和基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)能適用于應(yīng)用了不同IT系統(tǒng)、科技來源和能力的企業(yè)和產(chǎn)業(yè)中，基礎(chǔ)ICT技術(shù)應(yīng)符合自動(dòng)化工程的要求。獲得成功的另一個(gè)關(guān)鍵因素則是實(shí)用參考構(gòu)架的建立。

　　除去其他因素，實(shí)用參考架構(gòu)的建立也與ICT平臺的需求有關(guān)，詳情請參見第2章。這些基礎(chǔ)架構(gòu)需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。這樣才能使它們適用于不同類型的企業(yè)和技術(shù)架構(gòu)；這也是出于通過創(chuàng)建配套的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來推動(dòng)共享商業(yè)網(wǎng)絡(luò)中更多元化的創(chuàng)新。

　　《工業(yè)戰(zhàn)略4.0》對研究和行動(dòng)綱領(lǐng)的最終要求：

　　（5）互聯(lián)網(wǎng)-物理系統(tǒng)技術(shù)

　　在本章節(jié)，我們將描述整合后的研究要求——我們將其分為五個(gè)研究領(lǐng)域。《工業(yè)戰(zhàn)略4.0》工作小組從各商業(yè)和研究機(jī)構(gòu)處獲取、并建立在通訊推動(dòng)小組所提建議的基礎(chǔ)上的反饋信息，來源于工業(yè)-科學(xué)研究聯(lián)盟于2011年1月和9月提交的兩份報(bào)告。我們依然樂于結(jié)合《整合的研究日程互聯(lián)網(wǎng)-物理化系統(tǒng)》（由BMBF贊助）以及《服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)潛力》（BMWi研究之一）研究成果來執(zhí)行這些建議。

　　因此，這些建議應(yīng)該被理解為汽車和制造工程業(yè)啟用基本ICT技術(shù)的要求的一種需要，包括在這個(gè)領(lǐng)域中為解決一般研究要求而做出的持續(xù)努力。

　　這些建議也應(yīng)被看作是為執(zhí)行前文所描述的“工業(yè)化工程”的特殊應(yīng)用，而所作的行動(dòng)綱領(lǐng)的具體描述，為給相關(guān)資金項(xiàng)目提供意見和指南，《工業(yè)戰(zhàn)略4.0》工作小組已經(jīng)進(jìn)一步為我們指明了中長期重要行動(dòng)和研究要求。

　　5.首要行動(dòng)領(lǐng)域

　　《工業(yè)戰(zhàn)略4.0》內(nèi)容復(fù)雜，包含了很多有重疊部分的領(lǐng)域。2012年10月，《工業(yè)戰(zhàn)略4.0》工作小組發(fā)表了一份全面的中、長期研究建議集錦。本文下一節(jié)將聚焦在工作小組認(rèn)為需要明確產(chǎn)業(yè)政策和商業(yè)決策的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。研究這些重點(diǎn)領(lǐng)域的目的就是希望研究建議可以被順利采用。《工業(yè)戰(zhàn)略4.0》平臺是為明確戰(zhàn)略實(shí)施流程而被建立的。 

　　5.1標(biāo)準(zhǔn)化和為參考結(jié)構(gòu)而開放標(biāo)準(zhǔn)

　　　　圖9 通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)連接物聯(lián)網(wǎng)的參考架構(gòu)

　　如果《工業(yè)戰(zhàn)略4.0》能通過價(jià)值網(wǎng)絡(luò)（參見第三章）推動(dòng)跨企業(yè)協(xié)作和整合的話，那么我們就需要開發(fā)出一種相宜的標(biāo)準(zhǔn)。“標(biāo)準(zhǔn)化”這部分工作應(yīng)聚焦在制定合作機(jī)制，和確定哪些是可被交換的信息上。完整的技術(shù)性描述和這些條例的實(shí)施方案就被我們稱為“參考結(jié)構(gòu)”。

　　因此，“參考結(jié)構(gòu)”就是適用于所有合作企業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)的，最常規(guī)的解決方案。“參考結(jié)構(gòu)”為架構(gòu)、部署、整合和執(zhí)行《工業(yè)戰(zhàn)略4.0》相關(guān)的技術(shù)系統(tǒng)提供了工作框架。“參考結(jié)構(gòu)”也被應(yīng)用于軟件服務(wù)和軟件應(yīng)用框架中（圖9）。

　　但是《工業(yè)戰(zhàn)略4.0》中的價(jià)值網(wǎng)是由眾多商業(yè)模式迥異的企業(yè)所組成的，“參考結(jié)構(gòu)”所扮演的角色則是將這些不同的解決方案平湊成一個(gè)單一、且適用廣的解決方案。這需要合作伙伴同意基本架構(gòu)原則、界面和數(shù)據(jù)。

　　圖10 工業(yè)4.0參考結(jié)構(gòu)（生產(chǎn)制造系統(tǒng)案例）

　　生產(chǎn)制造系統(tǒng)的案例為我們提供了很多需要整合到“參考結(jié)構(gòu)”的觀點(diǎn)（圖10）：

　　（1）考慮到加工和運(yùn)輸功能，生產(chǎn)制造流程的觀點(diǎn)；

　　（2）在生產(chǎn)制造系統(tǒng)中特殊聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的觀點(diǎn)，比如（智能）自動(dòng)化設(shè)備、現(xiàn)場設(shè)備、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)、可編程邏輯控制器、流程設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備等；

　　（3）生產(chǎn)制造環(huán)境中軟件應(yīng)用的觀點(diǎn)，比如通過傳感器獲取數(shù)據(jù)、時(shí)序控器、連續(xù)控制器、連鎖、運(yùn)行數(shù)據(jù)、機(jī)器數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、存檔、趨勢分析、計(jì)劃和優(yōu)化功能等；

　　（4）軟件應(yīng)用的觀點(diǎn)，比如企業(yè)計(jì)劃和管理、跨企業(yè)物流或支持價(jià)值網(wǎng)絡(luò)，包括與生產(chǎn)制造環(huán)境相關(guān)的界面和整合；

　　（5）生產(chǎn)制造系統(tǒng)中的工程學(xué)觀點(diǎn)（產(chǎn)品生命周期管理/PLM）。舉例來說，也許能使用數(shù)據(jù)推斷出從生產(chǎn)制造過程到計(jì)劃資源的必要量（同時(shí)考慮到機(jī)械和人力資源）。隨后，它將有可能成功地從機(jī)器的機(jī)械性、電氣性以及自動(dòng)化技術(shù)性，以及直到專業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)立及上線來優(yōu)化這些機(jī)器，同時(shí)也將運(yùn)行和維護(hù)納入考慮范圍。

編譯：工業(yè)和信息化部國際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作中心