工業4.0在全球引起了熱浪，但沒有一個國家，像德國這樣，成立專門的機構進行深耕細挖。整個工業體系，都圍繞工業4.0進行構建。如此抽象的一個概念，硬是被德國人一筆一劃地描繪出來。
德國工業思維，看得見，卻未必學得會。
工業4.0的金字塔司令部
德國成立的工業4.0平臺，是“工業數字化”數字生態系統的中心樞紐，來自150多個組織的350多名利益相關者，參與平臺的工作。而它的核心是各個工作組，通過各領域專家的協同、中小企業的支持，以及組織開展國際合作，從而將各種專業知識匯聚在一起。
它採用了一種扁平的決策機制：從頂層的工業4.0平臺，到中間的標準化委員會（Standardization Council Industrie4.0, SCI4.0）和麵向企業的實驗室網絡（Lab Networks Industrie4.0, LNI4.0）。這是一個從上到下、從下到上的三元治理結構。
圖1：金字塔型決策機制
但在一開始，工業4.0平臺也是一種“亂糟糟”的結構。
圖2：早期工業4.0平臺的結構（2016）（來源：德國工業4.0成績單）
對比2016年的工業4.0平臺，就知道這兩年，工業4.0平臺的組織結構進行了精緻的進化。
目前工業4.0共有六個工作組，包括第一工作組WG1，主要是參考架構、標準和規範，主席來自ABB；第二工作組則是技術與應用場景，主席來自菲尼克斯；第三工作組是互聯繫統的安全性，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、教育與培訓，主席來自德國金屬工業協會；第六工作組是工業4.0的數字化商業模型，主席來自埃森哲諮詢公司。
2016年4月，在柏林成立了德國工業4.0標準化委員會（SCI4.0），目標就是協調國際標準組織。SCI負責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4.0的技術路線圖和標準架構。這個組織最大的特點就是跨領域，它很好地結合了機械、電氣和IT領域，因此，受到廣泛的歡迎。
圖3：標準環生的工業4.0
而對待不同的國家戰略，SCI有條不紊地跟中國智能製造、美國工業互聯網聯盟IIC、日本IVI協會、法國、意大利、澳大利亞都建立了合作機制。
最下面是工業4.0實驗室網絡（LNI4.0），負責具體落實標準的測試、實驗和反饋。這是一個面向企業、面向落地的應用型組織。它最大限度地把德國工業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。
圖4：三元治理的循環
有了這三者的分工，工業4.0可以在各個層面上，輕鬆對接。既推動德國企業的相互聯繫，又大大促進國際交流。目前德國工業4.0已經跟中國、美國IIC、日本工業價值鏈IVI、澳大利亞、法國和意大利等，都建立了雙邊對接關係。中德兩國於2015年5月成立了中德智能製造/工業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、工業網絡與邊緣計算、案例、預測性維護、人工智能應用，以及工業4.0組件/管理殼/數字雙胞胎等方面開展合作交流。
可以說，德國精確地構建了一個面向工業4.0的頂層治理結構。
如德國戰車一樣的精準。
向工業互聯網拓展：基於價值的服務VBS（Value-based scenario）
在工業4.0的大背景下，人們漸漸意識到，要實現製造業數字化，除了技術驅動的自下而上的方法外，還必須通過自上而下的驅動方式。後者來自業務場景和商業模式的驅動，從而衍生出很多的技術應用實例。而這些實例，同樣是獲得新產品、解決方案和服務，以及標準化的基礎。
如何在技術層面上以實例的形式描述參與者與技術系統的相互作用。已經通過工業4.0平臺的具體應用場景來設定考慮範圍。
德國工業4.0 平臺提出了一種新的想法：基於價值的服務（Value-based scenario， VBS），即基於場景出發，考慮數字工業服務的價值。
在考慮產品是一臺機器設備的情況下，傳統只有兩類角色：設備供應商和設備擁有者。
圖5：基於價值的服務應用場景VBS
然而工業互聯網的廣泛應用，使得這個最傳統的應用場景，正在引入兩個額外的角色：服務平臺運營商和數據驅動型服務商。
那麼在將來，誰將完成這些額外的業務角色？是機器的供應商，還是機器的擁有者。這個問題隨著數字技術的引入，眾多的第三方已經蜂擁而至。這也是工業互聯網平臺最令人困惑的一點：每家供應商角色，都在模糊，而且都在交叉。
德國工業4.0平臺認為，基於VBS的應用場景的推進，是深化工業4.0的重要基石。
德國問什麼是數字商業模式
什麼是數字商業模式？
這個問題還需要回答嗎？德國人並不這麼想。
德國工業4.0對價值創造的貢獻，正在聚焦於兩個點上：一個是行動機制，一個是數字商業模式的架構。政府、科學家、商業協會和社會合作夥伴都在討論圍繞著德國工業可帶來的附加值，以及如何提高德國的競爭力和生活質量的問題。
德國工業4.0平臺組，專門增加了第6個數字商業模式工作組，以需求解決這些問題，並通過不同利益攸關方之間的有條理的討論，為採取行動提供動力。
圖6：數字商業模式的創新驅動力
2018年4月
德國工業4.0平臺找到了兩個基礎。一個是根據Osterwalder和Pigneur(2010)對商業模式的定義，即商業模式是描述組織如何創建、交付和捕獲價值的基本原理。這通常包括價值主張、價值創造架構、合作伙伴網絡。第二個是根據Jaekel(2015)的看法，價值創造架構中的數字業務模式的特點是專注於數據和分析，並通過平臺將其合作伙伴網絡組織為一個可擴展的生態系統。這與價值主張（產品和服務）和利潤模式（成本結構和收入）的轉變密切相關。
那麼第6工作中的任務之一，就是研究如何將這一定義應用於產品製造。
真是一個新奇的任務。相對於國內製造而言，最常談的就是“新制造”和“新模式”。然而無人知道背後的內涵究竟是什麼。而德國人第一個想到的就是先確定概念基礎，取得“共識起點”。
德國人提供了一些答案，值得注意的一點是：“通過提高軟件在產品中的份額——通常與平臺的使用相結合，會加強更大的可擴展性。”
圖7：體驗成為基石之一
工作組鄭重提醒德國製造商，一定要把重點從“產品和生產”擴展到“基於數據服務的運行機制”，即“智能產品+智能服務+新體驗”。智能服務就是基於數據產生的新價值，例如，無人駕駛不會發生事故的車輛。
圖8：數字商業模式的新思維
推動數字商業模式轉變的基石，是智能產品、平臺、生態系統和數字雙胞胎。而所有這些背後是通過底層技術來實現更強大的連通性、更快的速度和更小的尺寸。
數據的質量(“原材料”)、操作系統和治理結構決定了關鍵的不同。為了提供儘可能好的運營環境，需要正確的監管和以人為本的關鍵驅動因素。
圖9：德國工業4.0進展
管理殼：萬物有外衣
工業4.0組件是為了實現將各項資產集成到信息世界應運而生的。這裡的資產包括所有為實現工業4.0解決方案而需要“連接”的內容，例如，機器及其零部件；供應材料、零件和產品；圖紙、佈線圖等交換的文件；合同和訂單等。
而將這些工業4.0組件，進行數字化表達的最有價值的轉化方式，就是德國工業4.0平臺提出的管理殼。企業的各種資產的數字化形式，通過資產管理殼（Asset Administration Shell, AAS）來表達。
工業4.0組件中，通過管理殼來實現數字化集成。它可以將資產集成到工業4.0通信中；為資產的所有信息提供受控訪問；是標準化並且安全的通信接口；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；並且在網絡中是可尋址的，可以對資產進行明確的識別。可以說，管理殼是工業4.0組件的“互聯網表達器”。
圖10：符合IEC PAS 63088標準的管理殼
從2015年開始，德國一直圍繞著管理殼，做各種模型描述和標準覆蓋。這些相互交織的模型，加上來自企業的實踐，正在將德國製造的產品推進到賽博（Cyber）空間中去。德國最以為榮的機器，很快就會變成帶有數字雙胞胎的機器。德國機器的數字化就緒度，抬頭可見。
圖11：德國管理殼
在2018年11月德國紐倫堡展會上，德國公佈了管理殼的最新進展。
圖12：管理殼在物聯網平臺上的應用
管理殼可以覆蓋生產、製造系統和業務的全部生命週期。下面以發動機為例，介紹管理殼中包含的相關內容。首先在工程階段，管理殼會考慮各項功能。例如，發動機的扭矩和軸高等性能將放入管理殼中。下一步，選擇製造商提供的某一特定類型（type）的發動機，有關此類發動機的更多信息將被添加到管理殼中。接下來，發動機製造商提供一個組件用以對發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。在調試階段，發動機會被訂購，發動機類型（type）會變為帶有序列號的發動機實物（instance），該序列號是這一發動機所特有的數據。這樣，管理殼進一步得到豐富。在發動機運行階段，測量的溫度，振動等運行參數也會記錄在管理殼中。對發動機進行維護保養的數據也會記錄在管理殼中。發動機使用壽命終止後，會更換新的發動機。更換後，新發動機的類型（type）&實物（instance）的所有信息都將被記錄在管理殼中。供應商、工程合作伙伴、系統集成商、運營商和服務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4.0平臺已發佈的管理殼成果物包括：管理殼框架、工業4.0組件之間的關係、管理殼作為基於工業4.0通信的倡議，以及管理殼的安全性等。
圖13：管理殼的實施思路
可以說，德國管理殼，是以工業4.0頂層架構RAMI4.0做為“針”，以各種技術標準作為“線”，密密麻麻地為德國機器縫製的一個軟蝟甲。而RAMI4.0和管理殼，都是由第一工作組：參考架構、標準和規範負責研發。
圖14：管理殼的工業夥伴眾多
這是德國機器未來的新戰袍，也許令人想到機甲戰士。如果考慮德國工業4.0平臺組，不遺餘力地與各國進行對接。德國這些管理殼，很快也會成為機器製造的國際性管理殼，那麼在數字空間中，數字雙胞胎的基因將由這些管理殼確定。它們的標籤是“德國造”。這也是德國工業所有數字雙胞胎的大本營。
人工智能的發展
人工智能是德國最有挫敗感的一個領域，也是工業4.0平臺的重點。德國主要的人工智能研究機構包括德國人工智能研究中心（DFKI）、弗勞恩霍夫研究院、馬普協會、萊布尼茲協會，以及眾多高校。
2017年9月，聯邦教育部啟動了一個稱為“學習系統PLS”（Plattform Learning Systems）的人工智能平臺，這是繼“工業4.0”平臺之後，德國政府推出的第二個以數字化為主題的研發平臺。這項計劃是通過開發和應用“學習系統”，使未來的工作和生產更加靈活和節省資源，提高工作效率和生活品質，促進經濟、交通和能源供應等領域的可持續發展。
2018年11月15日，德國聯邦政府正式發佈了《人工智能（Künstliche Intelligenz）戰略》，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
德國人工智能戰略，確立了十二個行動領域，強調科研、競賽、中小企業推進等方面。以科研為例，聯邦政府正在德國建立一個廣泛、跨學科、具有國際競爭力的人工智能生態系統。通過為優秀的科研者提供良好的基礎，以期望在人工智能獲得最佳智力，並且“驅動”創新力。
人工智能戰略還確定了十四個目標，最令人印象深刻的是，德國人工智能戰略期望“德國製造的人工智能（AI）”成為全球公認的品質標誌。
德國聯邦政府發佈的“人工智能戰略”旨在擴大德國在工業4.0領域的強勢地位，併成為工業AI應用領域的領導者。因此，工業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字商業模式，分析人工智能背景下的法律框架，並強調AI在提升技能方面的作用。為了發揮協同作用，工業4.0平臺與學習系統平臺PLS合作開展活動。通過對AI領域的全面研究，針對AI的工業應用提出具體建議，特別是針對中小企業的用例和場景。
目前，工業4.0平臺上正在研究AI的工業應用案例，包括訂單控制的生產、自適應工廠、自組織的自適應物流、基於價值的服務、產品交付的透明化與自適應性、生產中的人機交互技術、智能生產中的智能產品研發、創新產品研發、無縫且動態的工廠工程等。
（source：Christoph Legat, SCI4.0, 2018.11）
在德國工業4.0數字商業模式工作組，正在警告德國製造商，僅僅有Know-how是不夠的，必須把數據應用考慮進來，這是成為未來製造業贏家的關鍵因素。而人工智能是關鍵的一個驅動力。
這對於以德國工藝而自豪的德國製造，是一個嚴厲的提醒。而“人工智能德國造”對工業4.0而言，將是一個帶有復興使命的嚴肅話題。
工業4.0的小石頭
許多人追逐工業4.0，都是圍繞著技術和理念。但實際上，德國工業4.0平臺進行了全面的探索，工業4.0田地裡的每一塊石頭，都被仔細地翻過了。
數字工業所需要的勞動力是一個重要方向，工業4.0平臺在2017年專門推出了人才指南，許多企業也紛紛推出工業4.0人才的培訓手冊。
安全，也是德國工業4.0從來沒有放棄過的話題。早在2016年就發佈了《工業4.0安全指南》，給出關於安全的一些簡單的基本原則。如減少部件，設計可靠的組件和模塊；檢測機制，需要設計早期預警和控制方式；建造，需要設計出受攻擊後的恢復體系。賽博安全，也是重點。另外，數據主權是許多企業關心的重點。為了提供理想的數據安全框架，在德國聯邦教研部資助下，在2016年1月，弗勞恩霍夫啟動“工業數據空間IDS”計劃。這是面向工業大數據的旗艦項目，由十二個協會旗下的研究所共同承擔研發任務 ，目的在於凝聚各方的研發力量解決工業4.0的數據共享的重大難題，比如，位於慕尼黑的弗勞恩霍夫應用集成信息安全研究所（AISEC）負責提供工業4.0跨領域數據可信任共享和信息安全等。同時，還創建了一個非盈利組織——工業數據空間協會，初始成員有42家，包括蒂森克虜伯、博世、舍弗勒、大眾等。每個成員需要實現一種商業驅動用戶案例。
2017年德國聯邦教育與研究部 (BMBF)批准了500萬歐元的資助，進一步資助“數據空間”第二階段的計劃，目的就是尋求這一架構的國際化應用。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4.0領域中的複雜法律問題，德國聯邦經濟與能源部於2017年4月開始推出第一版工業4.0法律架構“Ju-RAMI 4.0”。”Ju”是德語中“法律”單詞的開頭字母。工業4.0，居然也有一個法律龍骨。這個構思，實在是超過工業界的想象。
小結
在德國，工業4.0已經不需要成為一個振奮人心的口號，它正在成為一個單調的專業動作。所有的專業動作，無論是高爾夫還是檯球，對一般人而言都是好奇、振奮的，而對於訓練有素的專業選手，這是一種安靜而乏味的打磨。
工業的進步課，其實是一種沉靜的積累，而不是運動的沖刷。工業4.0正在被嚴謹的德國人，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。總有一天，整個世界的工業，會再次被這樣一個工業戰車所驚訝。
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。
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