升級版德國“工業(yè)4.0平臺”經(jīng)驗對我國制造業(yè)的影響

楊思維

(中國信息通信研究院，北京 100191)

升級版德國“工業(yè)4.0平臺”經(jīng)驗對我國制造業(yè)的影響

楊思維

(中國信息通信研究院，北京 100191)

首先，簡單介紹了德國“工業(yè)4.0平臺”升級后的組織架構(gòu)和定位，其次重點介紹了平臺研究工作的核心領(lǐng)域，即研究和創(chuàng)新、參考體系及標準化、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全，并在路線圖中細化了核心領(lǐng)域各研究命題的研究步驟，最后建議借鑒德國對工業(yè)4.0研究和推進的部署，深入學(xué)習(xí)德國制造領(lǐng)域的先進經(jīng)驗，推動中國智能制造發(fā)展。

工業(yè)4.0;制造業(yè);智能制造

1 升級后的組織架構(gòu)和定位

2015年4月14日，德國政府在漢諾威工業(yè)博覽會上宣布正式啟動升級的“工業(yè)4.0平臺”。搭建“工業(yè)4.0平臺”的核心目標是通過平臺相關(guān)方的積極參與形成的凝聚力，穩(wěn)步快速地在德國推進“工業(yè)4.0”，穩(wěn)固并提升德國在全球制造業(yè)的地位。該平臺將德國各級政府部門，政治、經(jīng)濟和科學(xué)等機構(gòu)、高等院校以及多家協(xié)會、聯(lián)盟和工會等組織緊密連接，以促進其在“工業(yè)4.0”的推進過程中發(fā)揮各自優(yōu)勢。平臺升級意味著德國政府部門不僅將更深入、更廣泛地參與平臺的領(lǐng)導(dǎo)和其他工作，而且還將借助升級后的平臺與來自社會各界的合作伙伴及參與方共同抓好經(jīng)濟數(shù)字化為德國帶來的機遇，加快推動“工業(yè)4.0”的研究和實施進程，在新一輪工業(yè)革命中搶占先機。

德國政府部門相關(guān)負責(zé)人進入升級后平臺的領(lǐng)導(dǎo)層，多個政府部門加入日常工作，新平臺將建立在更廣泛的政治和社會基礎(chǔ)上，其組織架構(gòu)也進行了適當(dāng)調(diào)整。

1.1 升級后的組織架構(gòu)

升級前的“工業(yè)4.0平臺”由德國信息經(jīng)濟/電信和新媒體協(xié)會 (BITKOM)、德國機械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(VDMA)、德國電氣電子行業(yè)總會(ZVEI)3個專業(yè)協(xié)會共同搭建，組成的工作委員會負責(zé)組織和協(xié)調(diào) “工業(yè)4.0平臺”上的各類活動，并作為經(jīng)濟界、政治界和媒體的中心對話伙伴，定期介紹各類活動及合作的進展。

平臺升級后，政府、大型企業(yè)、協(xié)會聯(lián)盟、高校及科研機構(gòu)等緊密參與各項相關(guān)工作，政府還將更多地參與領(lǐng)導(dǎo)及日常工作。平臺的領(lǐng)導(dǎo)委員會由德國經(jīng)濟能源部長加布里爾、教育研究部長萬卡以及經(jīng)濟界、政界、科學(xué)界和工會代表共同組成。該平臺升級后詳細的組織架構(gòu)如圖1所示。

該平臺下設(shè)指導(dǎo)委員會、戰(zhàn)略委員會、學(xué)術(shù)咨詢委員會、行業(yè)聯(lián)盟和行動組、國際標準化工作組、重點領(lǐng)域工作組和辦事處。各委員會和行動組的職責(zé)分別是:指導(dǎo)委員會負責(zé)行業(yè)領(lǐng)域戰(zhàn)略發(fā)展、技術(shù)協(xié)調(diào)、決策和實施;戰(zhàn)略委員會負責(zé)制定日程、政治活動和相關(guān)工作;學(xué)術(shù)咨詢委員會解決科學(xué)技術(shù)和程序性的研究問題;行業(yè)聯(lián)盟和行動組負責(zé)市場化的相關(guān)工作，包括測試平臺和應(yīng)用場景等;國際標準化工作組負責(zé)標準的國際對接等;重點領(lǐng)域工作組負責(zé)5項工作重點領(lǐng)域的相關(guān)研究;辦事處負責(zé)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)、組織工作、項目管理、內(nèi)部及外部聯(lián)絡(luò)等事務(wù)。

1.2 升級后的定位

平臺的關(guān)鍵任務(wù)是在跨領(lǐng)域、跨行業(yè)的交流中發(fā)展各項技術(shù)、標準、商業(yè)及組織模式，并促進和確保相關(guān)工作的執(zhí)行，積極推動第四次工業(yè)革命，確?！肮I(yè)4.0”穩(wěn)步實施。德國經(jīng)濟能源部長加布里爾在啟動升級的 “工業(yè)4.0平臺”時表示，德國今后在生活、工作和制造等領(lǐng)域的數(shù)字化進程烙印將更加清晰，希望“工業(yè)4.0”能使德國基于現(xiàn)有的優(yōu)勢，進一步突出工業(yè)強國地位和經(jīng)濟地位，這是“工業(yè)4.0平臺”所有的利益相關(guān)方憧憬并期望通過平臺實現(xiàn)的共同目標，即德國制造。德國將據(jù)此搭建贏得未來產(chǎn)品和市場競爭的重要基礎(chǔ)。

此外，德國教育研究部長萬卡在啟動升級的“工業(yè)4.0平臺”時表示，“工業(yè)4.0”已經(jīng)成為德國未來工業(yè)升級的標準，必須找到一條正確的實踐道路。這要求所有參與者必須更緊密地協(xié)作，在實踐中找到正確案例，并將成功經(jīng)驗投入更廣泛和深入的實踐中。對此，德國教育研究部在“工業(yè)4.0平臺”上將肩負起研究成果與制造實踐相互轉(zhuǎn)換的重任，有針對性地全力推進研究成果在制造和相關(guān)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用。

在漢諾威展會上還發(fā)布了最新版的 “工業(yè)4.0實施建議”，主要內(nèi)容包括搭建這一平臺的愿景、目標和相關(guān)工作日程等，其中重點介紹了平臺研究工作的核心領(lǐng)域，即研究和創(chuàng)新、參考體系及標準化、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全，并在路線圖中細化了核心領(lǐng)域各研究命題在2015-2035年的研究步驟。各工作組將針對上述內(nèi)容在2015年底德國的國家級IT峰會“Nationaler IT-Gipfel”上呈現(xiàn)各自的第一份有形成果。

2.1 研究和創(chuàng)新領(lǐng)域

一是實現(xiàn)價值網(wǎng)絡(luò)橫向集成，其重點是實現(xiàn)跨企業(yè)的合作，即整合制造企業(yè)設(shè)計、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)等不同環(huán)節(jié)的IT系統(tǒng)，得到綜合、持續(xù)的解決辦法，實現(xiàn)新的商業(yè)模式。工作組的研究重點集中在新商業(yè)模式、價值網(wǎng)絡(luò)框架和價值網(wǎng)絡(luò)自動化3方面，最終實現(xiàn)跨企業(yè)的合作，包括供貨、信息和數(shù)據(jù)交流、制造貿(mào)易鏈等。

二是保證全部制造循環(huán)中設(shè)計與生產(chǎn)的連續(xù)性，即將所有與產(chǎn)品相關(guān)的制造系統(tǒng)設(shè)計、基于制造系統(tǒng)的產(chǎn)品制造、產(chǎn)品回收再利用的相關(guān)信息持續(xù)一體化，核心是以產(chǎn)品生命周期管理(PLM)為支撐，對產(chǎn)品設(shè)計和制造的總體價值進行管理。工作組的研究重點集中在現(xiàn)實與虛擬世界整合、系統(tǒng)的設(shè)計與搭建兩方面，包括為復(fù)雜系統(tǒng)建模、制定證明實踐案例經(jīng)濟性的方法及流程等。

圖1 “工業(yè)4.0平臺”升級后的組織架構(gòu)(來源:http://www.bmwi.de/DE/Themen/Industrie/industrie-4-0.html)

三是縱向整合網(wǎng)絡(luò)化的制造系統(tǒng)，即將某個制造系統(tǒng)不同層面的各IT系統(tǒng)進行整合，如傳感器層面、控制層面、加工和制造層面、執(zhí)行側(cè)面和企業(yè)規(guī)劃層面，從而實現(xiàn)一個持續(xù)且普遍的解決方案。其核心目標是建立多重的、可實時響應(yīng)的制造網(wǎng)絡(luò)，從而保證傳感網(wǎng)絡(luò)和制造系統(tǒng)的智能化、靈活化及可遷移性，并滿足制造技術(shù)的安全需求。對此，需要對所有相關(guān)系統(tǒng)及其部件、有關(guān)方法進行提升。

四是建立新型的勞動社會基礎(chǔ)設(shè)施，其決定性成功因素是勞動者本身。對此，在工會及雇主聯(lián)合會等參與者的共同支持下，積極改變工作環(huán)境具有重要意義。工作組希望以勞動者利益為出發(fā)點建立多模的輔助系統(tǒng)和新型勞動環(huán)境，并實現(xiàn)人與技術(shù)的可容納性，包括改善和改變?nèi)瞬排囵B(yǎng)方式、引入人—機系統(tǒng)等。

五是不斷完善和發(fā)展用于“工業(yè)4.0”的交叉技術(shù)，以實現(xiàn)完成“工業(yè)4.0”需要的不同技術(shù)條件，并應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。工作組希望以網(wǎng)絡(luò)交互、微電子、寬帶網(wǎng)絡(luò)、云計算、數(shù)據(jù)分析、物理安全、安全的終端設(shè)備、人—機解決方案的相關(guān)技術(shù)為重點進行研究。

2.2 參考體系及標準化領(lǐng)域

一是建立統(tǒng)一的“工業(yè)4.0”參考體系模型(RAMI4.0)。目標是建立直觀且簡單的參考體系模型，為現(xiàn)有的標準在體系中找到合適的定位，查明并彌補標準方面的漏洞，將制定的標準數(shù)量最小化，明確某項標準的子集并快速用于“工業(yè)4.0”中對應(yīng)的部分，為樣本案例(use case)內(nèi)容和標準間的關(guān)系在系統(tǒng)中找到相應(yīng)的位置，為重要規(guī)則進行定義。

二是為“工業(yè)4.0”的各項組成部分建立參考體系。“工業(yè)4.0”的組成部分指物理世界或信息世界中在系統(tǒng)范圍內(nèi)具有明確作用及功能，且可以滿足指定要求的物質(zhì)或非物質(zhì)元件，可以是制造系統(tǒng)或某個單一機器、編程控制(SPS)技術(shù)功能模塊以及管道、電燈、閥門或智能動力元器件等。系統(tǒng)的組成部分復(fù)雜多樣，平臺將持續(xù)對組成部分的參考體系進行深入研究。

三是重點領(lǐng)域工作組將持續(xù)深入地對標準化問題進行研究。由于“工業(yè)4.0”還會產(chǎn)生新標準，特別是針對以系統(tǒng)為導(dǎo)向的生產(chǎn)活動，標準化工作被視為創(chuàng)新發(fā)展的推動力。核心目標是在標準化工作組的推動下有步驟地建立統(tǒng)一明確的國際化標準，特別是IEC(國際電工委員會)和ISO(國際標準化組織)標準，并提升標準應(yīng)用層面的共性。對此，德國、歐盟及全球的標準化工作組織都將長期持續(xù)支持“工業(yè)4.0”的相關(guān)標準制定，如德國電氣電工信息技術(shù)委員會(DKE)、德國標準協(xié)會(DIN)、歐盟的歐洲電信標準化協(xié)會(ETSI)、歐洲電工標準化委員會(CENELEC)和歐洲標準化委員會(CEN)等。

2.3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全領(lǐng)域

首先，制造進程、數(shù)字化和物理層面的整體安全是“工業(yè)4.0”發(fā)展的重要前提。網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)安全能為涉及范圍更廣的數(shù)據(jù)和信息交換提供必要保證?！肮I(yè)4.0”價值網(wǎng)絡(luò)涉及的利益相關(guān)方更加廣泛，且參與企業(yè)運營和制造進程的程度更加深入，若想提升制造效率和盈利，參與方必須能安全地交換敏感信息。因此，“工業(yè)4.0”的辦公和制造系統(tǒng)必須以充分的安全性作保證。同時，為提升用戶滿意度，不僅要保證制造進程的執(zhí)行安全，還應(yīng)使這一進程的操作更加人性化。

其次，制定“工業(yè)4.0”未來體系和模型時應(yīng)考慮以下5點關(guān)于安全的假設(shè)。一是“工業(yè)4.0”的價值網(wǎng)絡(luò)可能成為威脅自身安全的破壞介質(zhì);二是安全功能在高度網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化的情況下更容易受攻擊;三是探測識別和反應(yīng)能力應(yīng)被視為安全防護的基本要素;四是辦公系統(tǒng)領(lǐng)域安全防護的識別能力必須根據(jù)制造系統(tǒng)領(lǐng)域的要求改造升級并具備運行能力;五是分散的數(shù)據(jù)保管和處理對安全防護提出了更高的要求。

最后，“工業(yè)4.0”的安全保障將建立在安全的標準化IT基礎(chǔ)設(shè)施上。制造系統(tǒng)安全與辦公系統(tǒng)安全之間的無障礙合作是實現(xiàn)“工業(yè)4.0”的根本前提，不僅需要保證實現(xiàn)制造業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施眾所周知的安全目標，包括可用性、完整性和技術(shù)保護，還需要保證系統(tǒng)的可靠性和可行性、跨企業(yè)間價值網(wǎng)絡(luò)中時間上的完整性以及相關(guān)法律保障。對此，需要持續(xù)對以下幾點進行持續(xù)深入的研究，包括:設(shè)計綜合全面的安全策略和架構(gòu);機器、使用者和產(chǎn)品的身份識別管理;價值網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)配置;虛擬管理系統(tǒng)的安全;安全預(yù)防及反應(yīng);培訓(xùn)和持續(xù)職業(yè)教育;問題處理、標準和指導(dǎo)原則。

3 德國先進經(jīng)驗穩(wěn)步推進我國向制造業(yè)強國轉(zhuǎn)型

借鑒德國對“工業(yè)4.0”研究和推進的部署，建議根據(jù)《中德合作行動綱要》加強與德國在“工業(yè)4.0”領(lǐng)域的合作，深入學(xué)習(xí)德國制造領(lǐng)域的先進經(jīng)驗，推動中國智能制造發(fā)展。

(1)建立產(chǎn)學(xué)研合作平臺促進我國制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展

德國“工業(yè)4.0平臺”是在德國政府的高度參與下，由企業(yè)、行業(yè)協(xié)會及組織、高校和科研機構(gòu)等多方代表緊密合作搭建而成。這種產(chǎn)學(xué)研合作模式能夠使“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略的相關(guān)實施建議得到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高效響應(yīng)，有效促進協(xié)同創(chuàng)新。我國可借鑒這種模式，加強政府的引領(lǐng)作用，強化骨干企業(yè)與科研機構(gòu)及高校的合作，圍繞“互聯(lián)網(wǎng)+”制造業(yè)相關(guān)標準制訂、技術(shù)研發(fā)、試驗驗證等需求，依托國家級科研機構(gòu)組建研發(fā)平臺和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，合力充分調(diào)動各類資源，實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，推廣相關(guān)應(yīng)用，加快將科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力。

(2)制定重點領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略并穩(wěn)步推進研究工作

在第一版“工業(yè)4.0實施建議”中就已明確了5個重點研究領(lǐng)域，即標準化、研究和創(chuàng)新、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全、人才培養(yǎng)和法律框架，并在新版的實施建議中將其中3個方面作為下一階段研究工作的核心領(lǐng)域。借鑒德國“工業(yè)4.0”的部署，結(jié)合我國的發(fā)展要求，可重點圍繞七大方面進行研究，制定詳細的發(fā)展路線圖和戰(zhàn)略規(guī)劃，包括標準化與國際化對接、寬帶基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、信息安全與系統(tǒng)保護措施、適應(yīng)智能化時代需求的新工作組織與環(huán)境設(shè)計、適應(yīng)數(shù)字化和智能化制造的培訓(xùn)及職業(yè)發(fā)展規(guī)劃、有效提升資源利用率、智能制造相關(guān)的法律法規(guī)框架。

(3)建立并完善與我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級相適應(yīng)的保障體系

德國的“工業(yè)4.0平臺”為管控相關(guān)工作的復(fù)雜性建立了一系列保障制度，包括設(shè)立戰(zhàn)略指導(dǎo)委員會和科技咨詢委員會、成立重點領(lǐng)域工作組和行動組、制定培訓(xùn)和持續(xù)職業(yè)教育制度等，為研究和市場對接工作的穩(wěn)步推進奠定了堅實的基礎(chǔ)。放眼制造強國長遠目標，建議我國積極借鑒并吸收德國“工業(yè)4.0平臺”的先進經(jīng)驗，盡快出臺有利于提升我國制造業(yè)全球地位的長效機制，包括建立推進制造強國、“互聯(lián)網(wǎng)+”制造業(yè)、智能制造、互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)融合創(chuàng)新等重點任務(wù)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)組織，設(shè)立專項行動工作組、完善智能制造、綠色節(jié)能及質(zhì)量安全方面的法律框架、建立有效的人才培養(yǎng)與激勵機制等。

Impact of the upgraded version of German“industrial 4 platform”on China's manufacturing industry

YANG Siwei
China Academy of Information and Communication Technology，Beijing 100191，China

Firstly，the organizational structure and positioning of German“Industrial 4 Platform”were introduced，and then the core research was focused on，such as research and innovation，reference system and standardization，network system security.Finally，we should draw on the advanced experience of German manufacturing field，and promote the development of intelligent manufacturing in China.

industry 4.0，manufacturing，intelligent manufacturing

F49

A

10.11959/j.issn.1000-0801.2016017

2015-11-10;

2015-12-14

楊思維(1980-)，女，中國信息通信研究院ICT產(chǎn)業(yè)研究部工程師，負責(zé)中歐智慧城市項目總體協(xié)調(diào)、ICT產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域相關(guān)政策與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究、中國電信產(chǎn)業(yè)競爭格局分析、德國工業(yè)4.0相關(guān)政策研究、中德電信法比較研究等。