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(jī)構(gòu)進(jìn)行深耕細(xì)挖。整個工業(yè)體系，都圍繞工業(yè)4.0進(jìn)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(jī)制：從頂層的工業(yè)4.0平臺，到中間的標(biāo)準(zhǔn)化委員會（Standardization Council Industrie4.0， SCI4.0）和面向企業(yè)的實(shí)驗(yàn)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)。

圖1：金字塔型決策機(jī)制

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

工業(yè)4.0是德國政府提出的一個高科技戰(zhàn)略計(jì)劃。該項(xiàng)目由德國聯(lián)邦教育局及研究部和聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)合資助，投資預(yù)計(jì)達(dá)2億歐元。旨在提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應(yīng)性、資源效率及人因工程學(xué)的智慧工廠，在商業(yè)流程及價(jià)值流程中整合客戶及商業(yè)伙伴。其技術(shù)基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)實(shí)體系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)。

圖2：早期工業(yè)4.0平臺的結(jié)構(gòu)（2016）

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(jìn)行了精致的進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化委員會（SCI4.0），目標(biāo)就是協(xié)調(diào)國際標(biāo)準(zhǔn)組織。SCI負(fù)責(zé)跟這些密密麻麻的國際組織，進(jìn)行對標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。這個組織最大的特點(diǎn)就是跨領(lǐng)域，它很好地結(jié)合了機(jī)械、電氣和IT領(lǐng)域，因此，受到廣泛的歡迎。

圖3：標(biāo)準(zhǔn)環(huán)生的工業(yè)4.0

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(jī)制。

最下面是工業(yè)4.0實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)（LNI4.0），負(fù)責(zé)具體落實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的測試、實(shí)驗(yàn)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(dá)成的共識，用實(shí)踐和落地的方式，傳遞給了德國中小企業(yè)。

圖4：三元治理的循環(huán)

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(jìn)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(jià)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(biāo)準(zhǔn)化工作組。目前已在參考模型互認(rèn)、信息安全和功能安全、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與邊緣計(jì)算、案例、預(yù)測性維護(hù)、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(zhǔn)。

向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)拓展：基于價(jià)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(shí)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(shí)例。而這些實(shí)例，同樣是獲得新產(chǎn)品、解決方案和服務(wù)，以及標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)。

如何在技術(shù)層面上以實(shí)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(jià)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(jià)值。

在考慮產(chǎn)品是一臺機(jī)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。

圖5：基于價(jià)值的服務(wù)應(yīng)用場景VBS

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(yùn)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(jī)器的供應(yīng)商，還是機(jī)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(diǎn)：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(rèn)為，基于VBS的應(yīng)用場景的推進(jìn)，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(jià)值創(chuàng)造的貢獻(xiàn)，正在聚焦于兩個點(diǎn)上：一個是行動機(jī)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。

圖6：數(shù)字商業(yè)模式的創(chuàng)新驅(qū)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(jià)值的基本原理。這通常包括價(jià)值主張、價(jià)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(jià)值創(chuàng)造架構(gòu)中的數(shù)字業(yè)務(wù)模式的特點(diǎn)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(kuò)展的生態(tài)系統(tǒng)。這與價(jià)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(diǎn)”。

德國人提供了一些答案，值得注意的一點(diǎn)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(qiáng)更大的可擴(kuò)展性?！?/span>

圖7：體驗(yàn)成為基石之一

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

圖8：數(shù)字商業(yè)模式的新思維

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(shí)現(xiàn)更強(qiáng)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(yùn)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。

圖9：德國工業(yè)4.0進(jìn)展

管理殼：萬物有外衣

工業(yè)4.0組件是為了實(shí)現(xiàn)將各項(xiàng)資產(chǎn)集成到信息世界應(yīng)運(yùn)而生的。這里的資產(chǎn)包括所有為實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0解決方案而需要“連接”的內(nèi)容，例如，機(jī)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(jìn)行數(shù)字化表達(dá)的最有價(jià)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(dá)。

工業(yè)4.0組件中，通過管理殼來實(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行明確的識別?？梢哉f，管理殼是工業(yè)4.0組件的“互聯(lián)網(wǎng)表達(dá)器”。

圖10：符合IEC PAS 63088標(biāo)準(zhǔn)的管理殼

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

圖11：德國管理殼

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(jìn)展。

圖12：管理殼在物聯(lián)網(wǎng)平臺上的應(yīng)用

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(jī)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(xiàng)功能。例如，發(fā)動機(jī)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(jī)，有關(guān)此類發(fā)動機(jī)的更多信息將被添加到管理殼中。

接下來，發(fā)動機(jī)制造商提供一個組件用以對發(fā)動機(jī)進(jìn)行計(jì)算和模擬， 從而對上一步的選型進(jìn)行模擬和確認(rèn)。在調(diào)試階段，發(fā)動機(jī)會被訂購，發(fā)動機(jī)類型（type）會變?yōu)閹в行蛄刑柕陌l(fā)動機(jī)實(shí)物（instance），該序列號是這一發(fā)動機(jī)所特有的數(shù)據(jù)。這樣，管理殼進(jìn)一步得到豐富。在發(fā)動機(jī)運(yùn)行階段，測量的溫度，振動等運(yùn)行參數(shù)也會記錄在管理殼中。

對發(fā)動機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)的數(shù)據(jù)也會記錄在管理殼中。發(fā)動機(jī)使用壽命終止后，會更換新的發(fā)動機(jī)。更換后，新發(fā)動機(jī)的類型（type）&實(shí)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(yùn)營商和服務(wù)合作伙伴等價(jià)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。

圖13：管理殼的實(shí)施思路

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(biāo)準(zhǔn)作為“線”，密密麻麻地為德國機(jī)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(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范負(fù)責(zé)研發(fā)。

圖14：管理殼的工業(yè)伙伴眾多

這是德國機(jī)器未來的新戰(zhàn)袍，也許令人想到機(jī)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(jìn)行對接。德國這些管理殼，很快也會成為機(jī)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(biāo)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。

“工業(yè)4.0” 研究項(xiàng)目由德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)手資助，在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動下形成，并已上升為國家級戰(zhàn)略。德國聯(lián)邦政府投入達(dá)2億歐元。

德國政府提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，并在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出，其目的是為了提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機(jī)。 該戰(zhàn)略已經(jīng)得到德國科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的廣泛認(rèn)同，弗勞恩霍夫協(xié)會將在其下屬6-7個生產(chǎn)領(lǐng)域的研究所引入工業(yè)4.0概念，西門子公司已經(jīng)開始將這一概念引入其工業(yè)軟件開發(fā)和生產(chǎn)控制系統(tǒng)。

工業(yè)4.0是德國政府提出的一個高科技戰(zhàn)略計(jì)劃。該項(xiàng)目由德國聯(lián)邦教育局及研究部和聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)合資助，投資預(yù)計(jì)達(dá)2億歐元。旨在提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應(yīng)性、資源效率及人因工程學(xué)的智慧工廠，在商業(yè)流程及價(jià)值流程中整合客戶及商業(yè)伙伴。其技術(shù)基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)實(shí)體系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)。