德国制造业白皮书摘要

德国工业4.0实施战略

（报告摘要）

译自：德国经济和能源部

一、德国工业4.0概况

德国工业4.0是高技术战略2020行动计划的一部分，是德国政府定义的未来十个项目之一，旨在将德国建设成为拥有一个完整工业体系的领先市场和供应者。

工业信息技术正在引发制造工程领域的革命，而工业4.0正是一个主动占领工业信息技术领先地位的战略，其信息物理系统能够提高生产效率，并使得工作组织的模式变得更加灵活。德国希望借此提高作为领先供应者的潜力，并变成工业4.0方案的领先市场，从而提升德国经济，加强国际合作，创造新的市场。

物联网正在努力发现进入生产的方式。语义上的机器到机器的通信使工厂发生了分散控制的革命。嵌入式数字产品存储器使智慧工厂灵活的业务流程成为可能，使得小批量、高度混杂的生产的实现成为可能。新一代的工业助理系统将利用多样互动等形式，来帮助工厂的工人处理由信息物理系统和数字社会媒体引发的新的合作方式和复杂事物。

德国有机会实现工业4.0基于两个条件：德国具有世界上最具竞争和创新能力的制造业和工业生产研发的技术领导能力。德国作为嵌入式系统技术烦人领导者，正在催生智能机器、输送系统和生产设备构成的信息物理系统，该系统可巧妙地联接数字虚拟世界和真实世界，使基于ICT的垂直一体化和网络化制造的整合成为可能。

为了追求跨越10—15年创新目标，德国政府设立了“高技术战略2020行动计划”，作为行动计划的一部分，德国政府定义了10个“未来项目”。作为10个中的一个，工业4.0代表了一个重要的机会，德国借此可以巩固它的技术领导角色，并成为工业4.0的领先市场和提供者。

二、工业4.0实施战略

为巩固德国的经济地位，德国“工业4.0平台”制定了工业4.0的实施战略。新工业4.0平台的管理层由德国经济和能源部、德国教育和研究部以及经济、工会、科技界代表组成，提供决策支撑，平台下设指导委员会、六大工作组负责技术实践及决策，战略委员会、科技顾问委员会负责政策监管、社会及多部门协作，市场活动由产业财团负责应用成果转化，德国电气电工信息技术委员会等标准化组织负责标准的国际化推广。六大工作组分别涉及参考架构、标准和规范，研究与创新，网络系统安全性，法律框架，就业、职业教育与培训，其他需求等主题。

按照工业4.0平台，工业4.0实施战略一方面强调技术、标准、商业模式、组织模式的跨行业融合，另一方面要求高校、研究机构、中小企业以及工业企业联手合作，推动工业4.0的落地与实施。

工业4.0的实施战略旨在达成以下目标：

（1）标准化。为要素架构制定公共标准，将贯穿整个产业链的联网与融合成为可能

（2）控制复杂系统。利用模型实现生产活动的自动化，并实现数字世界与现实世界的融合（3）为工业建立广泛的宽带基础设施。为满足工业4.0的要求解决数据交换、数据容量、质量和传输时间等问题

（4）安全。保证运行安全、数据安全和信息系统的安全。

（5）构建工作组织和工作场所。在工业4.0场景中，人作为计划者和决策者而存在。

（6）教育与培训。为工业4.0的实现创新教育和培训方法。

（7）法律框架。尽可能在欧洲范围内为工业4.0制定统一的法律框架，包括保护数字化知识产权，责任问题的界定等。

（8）能源效率。对于未来的工业生产来说，人力资源、财政资源、原材料等资源都是成功的重要因素。在处理资源问题时，要保持高度的责任感。

通过工业4.0的实施，新的产业链得以衍生，伴随着工业的数字化，各条产业链的自动化程度也越来越高。工业4.0的实施，主要包括以下几个要素：研究与创新；参考架构与标准化；联网系统的安全；法律框架的制定。

三、研究与创新

为推动工业４.0的研究与创新,工业4.0平台与经济咨询委员会共同绘制了工业4.0的研发路线图，制定、修订了研发所需的行动措施以及要求。行动要点包括：

（1）跨越产业网络的横向整合

重点在于建立跨越企业的协作（供应商、中小企业、制造业等等）。这其中又包括建立新的商业模式等视角和方法。

（2）跨越整个生命周期的端到端集成

重点在于支撑产品生命周期的集成系统，它整合了产品设计与生产设计，能够跨越整个产业链进行端到端的支撑。主要包括以融合性视角看待系统集成，建模与模仿。

（3）纵向整合及生产系统网络化

核心问题是生产的网络化，同时兼具实时性要求。重点在于维护、保障所需要的转换能力和生产技术层面的安全要求。这需要继续开发传感器网络等相应的构件和系统。

（4）为工作建立新的社会基础

工业4.0成功与否的关键要素是人。所以面对工作环境的变化，要主动激发参与者的积极态度。这里不仅涉及教育和培训的提高，也涉及技术层面的问题，例如导入人机系统以及辅助系统。

（5）持续发展关键技术

实现工业4.0的一大前提是技术条件的达成，并在工业领域投入应用。关键技术主要包括信息通信、宽带网络、云计算、数据分析、网络安全、安全的终端设备以及机对机解决方案等。（6）参考架构与标准

工业4.0的架构与标准涉及不同的标准、信息通信技术、自动化技术，也涉及不同的组织机构例如德国信息产业、电信和新媒体协会、德国机械设备制造业协会、德国电子电气制造商协会、德国科学技术协会。为了达成工业4.0标准和架构方面的共识，德国建立了统一的参考架构，其基本思想是将不同的方面纳入到统一的模型中去，这构成了未来企业产品和业务模式的基础。架构模型即通常所说的RAMI4.0。RAMI4.0模型将分阶段融入，在产业链层面执行国际电工委员会的工业流程测量、控制和自动化系统及产品生命周期管理标准IEC 62890，在水平层面执行企业控制系统集成标准IEC62264和批量控制标准IEC61512。

四、联网系统的安全

联网系统安全则主要涉及工业4.0面临的风险，工业4.0的保护目标和安全要求，信息技术安全措施等。

针对不同类型的企业，现有工厂应对其安全措施和系统进行升级以适应新环境的要求；新兴工厂和机械设备制造商应该探索全新解决方案以满足要求，尽可能实现“无缝化”过度。

责任方面，企业在制造系统中使用自动化的数据处理，应对制造设施和产品的安全负责，针对数据非法披露，应尽可能采用自律（如保密协议）等方式来填补相关法律漏洞。

企业可制定有针对性的合同条款和附加措施，报告安全问题或漏洞，一旦违规将受到相应处罚。担责范围不仅包括最基本方面（如产品的耐用性，正确运行与否），更包括作为网络整体中的智能化角色的故障失灵。企业也可通过集体协议，在内部达成一致并共同遵守规则。应用层面，企业需要保证工业4.0流程的安全，系统层面要保证信息物理系统的安全，以及在技术层面，通过可依靠的机器控制、包括现代加密技术、不可篡改技术在内的安全数据和