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。

它采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）和面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。

工業4.0是德國政府提出的一個高科技戰略計劃。該項目由德國聯邦教育局及研究部和聯邦經濟技術部聯合資助，投資預計達2億歐元。旨在提升制造業的智能化水平，建立具有適應性、資源效率及人因工程學的智慧工廠，在商業流程及價值流程中整合客戶及商業伙伴。其技術基礎是網絡實體系統及物聯網。

圖2：早期工業4.0平臺的結構（2016）

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致的進化。

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、標準和規范，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；第三工作組是互聯系統的安全性，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，主席來自埃森哲咨詢公司。

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制造、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，輕松對接。既推動德國企業的相互聯系，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系。中德兩國于2015年5月成立了中德智能制造/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：基于價值的服務VBS（Value-based scenario）

在工業4.0的大背景下，人們漸漸意識到，要實現制造業數字化，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。后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范圍。

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

那么在將來，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，基于VBS的應用場景的推進，是深化工業4.0的重要基石。

德國問什么是數字商業模式

什么是數字商業模式？

這個問題還需要回答嗎？德國人并不這么想。

德國工業4.0對價值創造的貢獻，正在聚焦于兩個點上：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伙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，并通過不同利益攸關方之間的有條理的討論，為采取行動提供動力。

圖6：數字商業模式的創新驅動力

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于數據和分析，并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。

那么第6工作中的任務之一，就是研究如何將這一定義應用于產品制造。

真是一個新奇的任務。相對于國內制造而言，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，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制造商，一定要把重點從“產品和生產”擴展到“基于數據服務的運行機制”，即“智能產品+智能服務+新體驗”。智能服務就是基于數據產生的新價值，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。而所有這些背后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。為了提供盡可能好的運營環境，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。這里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、布線圖等交換的文件；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；并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，正在將德國制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，德國公布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、制造系統和業務的全部生命周期。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，選擇制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，發動機制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后，會更換新的發動機。更換后，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平臺已發布的管理殼成果物包括：管理殼框架、工業4.0組件之間的關系、管理殼作為基于工業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、標準和規范負責研發。

圖14：管理殼的工業伙伴眾多

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。它們的標簽是“德國造”。這也是德國工業所有數字雙胞胎的大本營。

“工業4.0” 研究項目由德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部聯手資助，在德國工程院、弗勞恩霍夫協會、西門子公司等德國學術界和產業界的建議和推動下形成，并已上升為國家級戰略。德國聯邦政府投入達2億歐元。

德國政府提出“工業4.0”戰略，并在2013年4月的漢諾威工業博覽會上正式推出，其目的是為了提高德國工業的競爭力，在新一輪工業革命中占領先機。 該戰略已經得到德國科研機構和產業界的廣泛認同，弗勞恩霍夫協會將在其下屬6-7個生產領域的研究所引入工業4.0概念，西門子公司已經開始將這一概念引入其工業軟件開發和生產控制系統。

工業4.0是德國政府提出的一個高科技戰略計劃。該項目由德國聯邦教育局及研究部和聯邦經濟技術部聯合資助，投資預計達2億歐元。旨在提升制造業的智能化水平，建立具有適應性、資源效率及人因工程學的智慧工廠，在商業流程及價值流程中整合客戶及商業伙伴。其技術基礎是網絡實體系統及物聯網。