工业4.0白皮书
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为了实现该目标，符合工业4.0的制造设备不断提升自动化程 度。试想这样一个场景：工件自身成为数据载体并决定制造步骤。通 过射频识别（RFID）芯片，“智能产品”可与机器进行交流、并根据 生产物流的要求自行导航至下一生产步骤的设备。
所需的控制系统参数直接由“Office Floor”中的 ERP 系统提供 （标准值）。通过与“Shop-Floor”的现场数据（实际值）作比较， 可实现标准值和实际值的实时对比，并以此为基础运行自控系统。示 例：在工业 4.0 生产中，订单优先级的调整，可通过 ERP 系统集中进 行。在 ERP 系统中，可直接触发“Shop-Floor”层面的所有操作。
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eCl@ss工业4.0白皮书
价值创造链中的属性（图2）
eCl@ss工业4.0路线图
eCl@ss目前已经成为了一个强大的标准体系。工业4.0的全面拓 展之路已铺下了基石，并在参考应用中得到了证实。 只要将eCl@ss目前已经提供的功能与未来的需求加以比较，可以看出 eCl@ss走在正确的道路上，即便前方还有更多挑战。 10
Michael Ziesemer 德国电子电气制造商协会（ZVEI）总裁、
恩德斯·豪斯首席运营官 赖纳赫/瑞士
“通过整合 PROLIST 数据模型，我们已借助 eCl@ss 获得了具备 大量句法和语义元素的属性结构。eCl@ss 适用性强，如果不将其用 到工业 4.0 通讯的形式表征中，简直就是一种浪费。”
描述和实现呈现越来越多工业4.0特点 的更多解决方案（直至全面拓展）
借助设备等级层面上的结构化属性， 即使再复杂的产品以及各种型号规 格，都可加以详细描述
定义和整合工业4.0特有的描述要求， 例如通过条件属性来描述
11
eCl@ss工业4.0白皮书
② 已定义的过程管理
eCl@ss现状
工业4.0活动领域
3
eCl@ss工业4.0白皮书
识符（IRDIs），eCl@ss 实现了对系统中每个实体的明确标识，这正 是工业 4.0 应用的必要前提条件。
下面是两个取自实际应用的例子，从中可以看到eCl@ss在两个主 题相近的参考方案中最新的使用情况：
在流程控制技术（PLT）领域中，借助eCl@ss属性来定义针对 装置的工程学要求，并以电子形式传输至配置器，然后配置器 通过本身的算法选择合适的产品，并传回具体产品及其eCl@ss 属性集。
AutomationML、OPC UA或ProSTEP
格，都可加以详细描述
传输eCl@ss属性。
④ 符合通用标准
eCl@ss现状
工业4.0活动领域
eCl@ss用于描述和管理类别、属性和
单位等的结构模型基于ISO 13584-42 /
IEC 61360。
eCl@ss IRDI则是根据ISO/IEC 11179-
在“Office-Floor”的管理库内，用数字化方式构建了“ShopFloor”内的实体（蓝色括号）。数字化虚拟表征由两部分构成，一部 分是直接与某个对象绑定在一起的文档（比如手册、保养说明或设计 文档），另一部分是对对象进行的个性化属性的描述（比如变量以及 单位）。示例：保存在管理库中的发动机属性包括传统的被认为在发 动机整个生命周期内保持不变的恒定值（例如几何属性或技术属性如 8
我们将全面推动“概念验证（POC）”合作项目，以证明 eCl@ss 作为工业 4.0 语义 体系的解决方案的适用性和有效性，并在将来将其继续作为参考实例或基础安装的 典范。
12
声明
“经济数字化的趋势，使得 eCl@ss 的意义越发重要。工业 4.0 的开放式结构需要语义体系的支持。而 eCl@ss 自 9.0 版本起也将为 工程设计流程提供这一支持。”
eCl@ss – 工业4.0参考引用模型中的语义体系
数字化工厂的智能制造网只有采用机器交互信息格式才能成为现 实。信息格式不仅要能安全、可靠且无故障地实现跨系统的数据流 （ERP、PLM、MES、物流、生产自动化等），而且最好还能实现跨 企业甚至跨行业的应用。
6
工业4.0同样意味着：以单件批量制造的模式来生产各种型号， 同时满足大规模工业生产的条件。此外还将出现新的生产网络和关 系；同样将跨越企业的界限。供货商和客户将成为网络的一部分，价 值创造的结构不断发生变化，新的商业模式不断涌现。
工业4.0是经济数字化未来的远景。工业4.0即第四次工业革命， 它重新定义了“工业”这一概念。系统化地收集并处理产品数据、制 造数据和流程数据，将其作为依据，以随时做出最佳决策，这将成为 工业企业的核心能力。
而其基础则是由某个对象或某种服务所包含或转达的信息。一方 面是信息生成并得到“提炼”，另一方面，生成和提炼过的信息被汇 总到一个虚拟的“信息管理库”内，在其中按照与流程的关联，组织 并管理所有相关数据。接收器依据从管理库中获得的信息，按照设定 的目标，将对象引导至流程链中的下一环节 – 这是符合工业 4.0 标准 的工厂中的全自动过程。
语义学的挑战 工业4.0为工业企业和商业企业提供了新的机遇。前途风光无
限，但道路仍曲折漫长。因为：要实现所有领域的有机互联，统一的 语义标准必不可少。此标准必须能够按照特定的结构管理信息，并且 全面做到安全、可靠、明确且无歧义地组织、交换和关联信息。
5
eCl@ss工业4.0白皮书
在实践中，深层的“信息冰川裂缝”依旧存在，例如在“机器到 商业”（Office Floor）和“机器到机器”（Shop Floor）之间。针对综 合通讯和流程控制的标准仍未就位。eCl@ss 语义标准为实现工业 4.0 远景做出了极具价值的贡献。具体而言：作为经过实践检验、以虚拟 方式数字化描述实体的卓越体系，eCl@ss 提供用于明确描述对象、 服务的属性，在未来这些属性也能用于描述流程。这些是实现价值创 造链网络化的桥梁。
面向流程、按已定义的规则构建可以跨 IT 系统使用的标准化数 据结构，是实现工业 4.0 数字化制造网所必备的前提条件。从语义学 角度来讲，作为一种参考引用对象，工业 4.0 所使用的数据结构形式 上必须有统一的定义，必须是标准化的，内容上必须前后无矛盾之处 且意义明确唯一。
eCl@ss 标准基于传统的 PIM（产品信息管理），针对产品和服务 的分类与描述提供了一种可行的逻辑，目前在工程数据管理中的运用 已经超越了数据结构的整合。eCl@ss 采用符合国际标准（ISO 标准） 和国际电工标准（IEC 标准）的属性描述体系，通过国际注册数据标
7
eCl@ss工业4.0白皮书
eCl@ss解决方案场景：管理库
管理库设计（图1）
图 1 显示的是管理库的方案、对象的数字化镜像及其所带的数据。 所有在 Shop-Floor 层面的实体都可以实时通讯。准确地说：自动化流 程设定的各物理装置（如传感器、控制单元或执行器）之间的通讯， 在几微秒内即可完成（图 1 下部区域蓝色线条）。
但是：在全球联网的生产中，制造信息不仅在一家企业内部交 流，而且必须能够在不同的生产地且（最好是）跨公司交流。如果产 品被交付到另一个制造地点，则当地的基础设施必须能够由系统控 制，继续高效生产。要保证这一点，信息伴随产品（比如在一张RFID 芯片上）同步流转是不可或缺的前提。小结：对于每一台可实时控制 的全自动工业4.0设备来说，有一个基础必不可少，那就是可机器交 互且在任何时候都不会错误解读、可顺利地集成到现有系统（ERP、 PLM、MES等）中的语义体系。得益于其符合ISO标准、得到普遍认可 的开发过程，eCl@ss正是这样的属性语义体系，一种质量经过检验的 知识结构。
eCl@ss工业4.0白皮书
eCl@ss工业4.0白皮书
目录
目录
2
前言
3
工业 4.0 远景
5
eCl@ss – 工业 4.0 参考引用模型中的语义体系
6
eCl@ss 工业 4.0 路线图
10
声明
13
eCl@ss 标准：在全世界获得认可
15
ห้องสมุดไป่ตู้
eCl@ss 协会：一部成功史
17
2
前言
Friedhelm Hausmann（eCl@ss协会主席）
6、ISO 29002和ISO 6532等标准
定义的。
eCl@ss发布过程基于ISO 22274。
扩展结构模型，以覆盖符合工业4.0的 “管理库”。 必要时还包括调整或扩展所参考的 标准。
⑤ 小结
eCl@ss以全球领先的专业实力，依照常见工业标准所开发的、得到普遍认可的产品 数据标准，在当下就已然满足了对于工业4.0语义体系的核心要求。
eCl@ss迈向工业4.0的全面拓展之路（图3）
① 普遍认可的语义体系
eCl@ss现状
工业4.0活动领域
已有超过17000个实体描述属性
（包括物理单位）
为标准补充更多类别/属性，以表述工
专门面向分类的结构和准确描述对象 业4.0的要求
的定义
已在采购和产品信息管理系统
（PIM）中得到应用。此外还应用到 保养过程和工程设计过程中。
在电子工程领域，通过eCl@ss属性描述产品的3D几何细节，实 现线缆的全自动生产、排布和安装。
本白皮书描述了eCl@ss协会对于工业4.0的看法，阐释了定义对 象和服务的基本数据与流程控制之间的关联。
4
工业4.0远景
工业4.0借助信息物理系统（CPS），构建实体产品和流程的虚拟 映射。同时，它使参与价值创造链的所有合作伙伴彼此互联。无障 碍、无媒介断点的信息流，是以数据驱动并控制的无间断生产的必要 前提。数据顺畅交换的基础：质量可靠、信息性强的知识结构。
最大转速、功率或耗用电流）。此外，管理库还收集不断变化的动态 参数（比如运行小时数）。这些动态值将由“Shop-Floor”实体的传 感器收集并输入管理库。 顺畅、无错误且广泛地交换信息
实体与管理库作为工业 4.0 组件，共同为实现符合工业 4.0 标准 的通讯提供了基础（在蓝色显示的图 1 上部区域）。顺利无误地与其 他系统交换与其相关的、位于管理库内的信息，这是对所有工业 4.0 设备的核心要求。为此需要开放且拥有完整知识产权的元语言或分类 体系– eCl@ss 标准便应运而生。
eCl@ss 标准作为得到普遍认可的语义体系，当仁不让地要承担 起为在管理库中实现虚拟表征提供工业 4.0 属性的重任。作为普遍应 用的、依据 ISO 标准开发的开放式数据模型，eCl@ss 标准能够准确无 误地对属性和数值进行描述。通过这种方式，虚拟表征仍可以以分散 互联的方式存在，同时上级系统可访问所有实体的全局数据以及个别 数值。此外，在此基础上也可实现不同对象或控制单元之间的直接通 讯，或将多个管理库打包成为一个系统，并且在该系统中每个组件仍 然都随时可识别– eCl@ss 让这一切成为可能。
③ 意义明确唯一且支持机器读取
eCl@ss现状
工业4.0活动领域
提供适用于所有eCl@ss元素（类别、
属性、数值、信息组等）、唯一的
用于新实体的更多IRDI
eCl@ss IRDI（符合ISO/IEC标准）
借助设备类别层面上的结构化属性，
说明如何通过其他广泛使用的标准如
即使再复杂的产品以及各种型号规
网络化的工厂，使用智能产品，在不限于完整生命周期的时间段 内，主动控制生产过程，这便是工业4.0的核心。通过智能信息技术 主动控制产品、机器、设备以及工具。不仅在企业内实现价值创造链 的垂直与水平整合，甚至能跨越不同企业之间的界限。
这一发展趋势的推动者是互联网。信息物理系统与信息物理系统 之间，信息物理系统与人之间，都可以通过“物联网”（IoT）进行 实时通讯和合作。企业的中央控制将由分散且能够自我学习的组织形 式取代。而“人”则是这一发展的核心因素：人类才是其中决定性的、 具有创造力的因素。人类将比当前更多地融入到信息系统中，并从后 者获得更多的支持。通过第四次工业革命将形成一个新的世界，在其 中人（和机器）随时可获取信息来做出最佳决策 – 无论是产品方面的， 还是涉及制造过程的决策。
eCl@ss标准制定过程经过跨行业的专 家团队反复验证，并具有可持续优化
的特点
专业的专家团队对工业4.0的深入研究 -- 专业实力
发布过程：在系统支持下，借助更新 文件来实现版本自动升级
扩充为全面自动确保新工业4.0兼容性 的机制 -- 旧版本的要求
大量企业和行业的认可，接受度良好
通过赢得工业4.0中重要行业的更多利 益相关者而获得更高的接受度
所需的控制系统参数直接由“Office Floor”中的 ERP 系统提供 （标准值）。通过与“Shop-Floor”的现场数据（实际值）作比较， 可实现标准值和实际值的实时对比，并以此为基础运行自控系统。示 例：在工业 4.0 生产中，订单优先级的调整，可通过 ERP 系统集中进 行。在 ERP 系统中，可直接触发“Shop-Floor”层面的所有操作。
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eCl@ss工业4.0白皮书
价值创造链中的属性（图2）
eCl@ss工业4.0路线图
eCl@ss目前已经成为了一个强大的标准体系。工业4.0的全面拓 展之路已铺下了基石，并在参考应用中得到了证实。 只要将eCl@ss目前已经提供的功能与未来的需求加以比较，可以看出 eCl@ss走在正确的道路上，即便前方还有更多挑战。 10
Michael Ziesemer 德国电子电气制造商协会（ZVEI）总裁、
恩德斯·豪斯首席运营官 赖纳赫/瑞士
“通过整合 PROLIST 数据模型，我们已借助 eCl@ss 获得了具备 大量句法和语义元素的属性结构。eCl@ss 适用性强，如果不将其用 到工业 4.0 通讯的形式表征中，简直就是一种浪费。”
描述和实现呈现越来越多工业4.0特点 的更多解决方案（直至全面拓展）
借助设备等级层面上的结构化属性， 即使再复杂的产品以及各种型号规 格，都可加以详细描述
定义和整合工业4.0特有的描述要求， 例如通过条件属性来描述
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eCl@ss工业4.0白皮书
② 已定义的过程管理
eCl@ss现状
工业4.0活动领域
3
eCl@ss工业4.0白皮书
识符（IRDIs），eCl@ss 实现了对系统中每个实体的明确标识，这正 是工业 4.0 应用的必要前提条件。
下面是两个取自实际应用的例子，从中可以看到eCl@ss在两个主 题相近的参考方案中最新的使用情况：
在流程控制技术（PLT）领域中，借助eCl@ss属性来定义针对 装置的工程学要求，并以电子形式传输至配置器，然后配置器 通过本身的算法选择合适的产品，并传回具体产品及其eCl@ss 属性集。
AutomationML、OPC UA或ProSTEP
格，都可加以详细描述
传输eCl@ss属性。
④ 符合通用标准
eCl@ss现状
工业4.0活动领域
eCl@ss用于描述和管理类别、属性和
单位等的结构模型基于ISO 13584-42 /
IEC 61360。
eCl@ss IRDI则是根据ISO/IEC 11179-
在“Office-Floor”的管理库内，用数字化方式构建了“ShopFloor”内的实体（蓝色括号）。数字化虚拟表征由两部分构成，一部 分是直接与某个对象绑定在一起的文档（比如手册、保养说明或设计 文档），另一部分是对对象进行的个性化属性的描述（比如变量以及 单位）。示例：保存在管理库中的发动机属性包括传统的被认为在发 动机整个生命周期内保持不变的恒定值（例如几何属性或技术属性如 8
我们将全面推动“概念验证（POC）”合作项目，以证明 eCl@ss 作为工业 4.0 语义 体系的解决方案的适用性和有效性，并在将来将其继续作为参考实例或基础安装的 典范。
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声明
“经济数字化的趋势，使得 eCl@ss 的意义越发重要。工业 4.0 的开放式结构需要语义体系的支持。而 eCl@ss 自 9.0 版本起也将为 工程设计流程提供这一支持。”
eCl@ss – 工业4.0参考引用模型中的语义体系
数字化工厂的智能制造网只有采用机器交互信息格式才能成为现 实。信息格式不仅要能安全、可靠且无故障地实现跨系统的数据流 （ERP、PLM、MES、物流、生产自动化等），而且最好还能实现跨 企业甚至跨行业的应用。
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工业4.0同样意味着：以单件批量制造的模式来生产各种型号， 同时满足大规模工业生产的条件。此外还将出现新的生产网络和关 系；同样将跨越企业的界限。供货商和客户将成为网络的一部分，价 值创造的结构不断发生变化，新的商业模式不断涌现。
工业4.0是经济数字化未来的远景。工业4.0即第四次工业革命， 它重新定义了“工业”这一概念。系统化地收集并处理产品数据、制 造数据和流程数据，将其作为依据，以随时做出最佳决策，这将成为 工业企业的核心能力。
而其基础则是由某个对象或某种服务所包含或转达的信息。一方 面是信息生成并得到“提炼”，另一方面，生成和提炼过的信息被汇 总到一个虚拟的“信息管理库”内，在其中按照与流程的关联，组织 并管理所有相关数据。接收器依据从管理库中获得的信息，按照设定 的目标，将对象引导至流程链中的下一环节 – 这是符合工业 4.0 标准 的工厂中的全自动过程。
语义学的挑战 工业4.0为工业企业和商业企业提供了新的机遇。前途风光无
限，但道路仍曲折漫长。因为：要实现所有领域的有机互联，统一的 语义标准必不可少。此标准必须能够按照特定的结构管理信息，并且 全面做到安全、可靠、明确且无歧义地组织、交换和关联信息。
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eCl@ss工业4.0白皮书
在实践中，深层的“信息冰川裂缝”依旧存在，例如在“机器到 商业”（Office Floor）和“机器到机器”（Shop Floor）之间。针对综 合通讯和流程控制的标准仍未就位。eCl@ss 语义标准为实现工业 4.0 远景做出了极具价值的贡献。具体而言：作为经过实践检验、以虚拟 方式数字化描述实体的卓越体系，eCl@ss 提供用于明确描述对象、 服务的属性，在未来这些属性也能用于描述流程。这些是实现价值创 造链网络化的桥梁。
面向流程、按已定义的规则构建可以跨 IT 系统使用的标准化数 据结构，是实现工业 4.0 数字化制造网所必备的前提条件。从语义学 角度来讲，作为一种参考引用对象，工业 4.0 所使用的数据结构形式 上必须有统一的定义，必须是标准化的，内容上必须前后无矛盾之处 且意义明确唯一。
eCl@ss 标准基于传统的 PIM（产品信息管理），针对产品和服务 的分类与描述提供了一种可行的逻辑，目前在工程数据管理中的运用 已经超越了数据结构的整合。eCl@ss 采用符合国际标准（ISO 标准） 和国际电工标准（IEC 标准）的属性描述体系，通过国际注册数据标
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eCl@ss工业4.0白皮书
eCl@ss解决方案场景：管理库
管理库设计（图1）
图 1 显示的是管理库的方案、对象的数字化镜像及其所带的数据。 所有在 Shop-Floor 层面的实体都可以实时通讯。准确地说：自动化流 程设定的各物理装置（如传感器、控制单元或执行器）之间的通讯， 在几微秒内即可完成（图 1 下部区域蓝色线条）。
但是：在全球联网的生产中，制造信息不仅在一家企业内部交 流，而且必须能够在不同的生产地且（最好是）跨公司交流。如果产 品被交付到另一个制造地点，则当地的基础设施必须能够由系统控 制，继续高效生产。要保证这一点，信息伴随产品（比如在一张RFID 芯片上）同步流转是不可或缺的前提。小结：对于每一台可实时控制 的全自动工业4.0设备来说，有一个基础必不可少，那就是可机器交 互且在任何时候都不会错误解读、可顺利地集成到现有系统（ERP、 PLM、MES等）中的语义体系。得益于其符合ISO标准、得到普遍认可 的开发过程，eCl@ss正是这样的属性语义体系，一种质量经过检验的 知识结构。
eCl@ss工业4.0白皮书
eCl@ss工业4.0白皮书
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工业 4.0 远景
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eCl@ss – 工业 4.0 参考引用模型中的语义体系
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eCl@ss 工业 4.0 路线图
10
声明
13
eCl@ss 标准：在全世界获得认可
15
ห้องสมุดไป่ตู้
eCl@ss 协会：一部成功史
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Friedhelm Hausmann（eCl@ss协会主席）
6、ISO 29002和ISO 6532等标准
定义的。
eCl@ss发布过程基于ISO 22274。
扩展结构模型，以覆盖符合工业4.0的 “管理库”。 必要时还包括调整或扩展所参考的 标准。
⑤ 小结
eCl@ss以全球领先的专业实力，依照常见工业标准所开发的、得到普遍认可的产品 数据标准，在当下就已然满足了对于工业4.0语义体系的核心要求。
eCl@ss迈向工业4.0的全面拓展之路（图3）
① 普遍认可的语义体系
eCl@ss现状
工业4.0活动领域
已有超过17000个实体描述属性
（包括物理单位）
为标准补充更多类别/属性，以表述工
专门面向分类的结构和准确描述对象 业4.0的要求
的定义
已在采购和产品信息管理系统
（PIM）中得到应用。此外还应用到 保养过程和工程设计过程中。
在电子工程领域，通过eCl@ss属性描述产品的3D几何细节，实 现线缆的全自动生产、排布和安装。
本白皮书描述了eCl@ss协会对于工业4.0的看法，阐释了定义对 象和服务的基本数据与流程控制之间的关联。
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工业4.0远景
工业4.0借助信息物理系统（CPS），构建实体产品和流程的虚拟 映射。同时，它使参与价值创造链的所有合作伙伴彼此互联。无障 碍、无媒介断点的信息流，是以数据驱动并控制的无间断生产的必要 前提。数据顺畅交换的基础：质量可靠、信息性强的知识结构。
最大转速、功率或耗用电流）。此外，管理库还收集不断变化的动态 参数（比如运行小时数）。这些动态值将由“Shop-Floor”实体的传 感器收集并输入管理库。 顺畅、无错误且广泛地交换信息
实体与管理库作为工业 4.0 组件，共同为实现符合工业 4.0 标准 的通讯提供了基础（在蓝色显示的图 1 上部区域）。顺利无误地与其 他系统交换与其相关的、位于管理库内的信息，这是对所有工业 4.0 设备的核心要求。为此需要开放且拥有完整知识产权的元语言或分类 体系– eCl@ss 标准便应运而生。
eCl@ss 标准作为得到普遍认可的语义体系，当仁不让地要承担 起为在管理库中实现虚拟表征提供工业 4.0 属性的重任。作为普遍应 用的、依据 ISO 标准开发的开放式数据模型，eCl@ss 标准能够准确无 误地对属性和数值进行描述。通过这种方式，虚拟表征仍可以以分散 互联的方式存在，同时上级系统可访问所有实体的全局数据以及个别 数值。此外，在此基础上也可实现不同对象或控制单元之间的直接通 讯，或将多个管理库打包成为一个系统，并且在该系统中每个组件仍 然都随时可识别– eCl@ss 让这一切成为可能。
③ 意义明确唯一且支持机器读取
eCl@ss现状
工业4.0活动领域
提供适用于所有eCl@ss元素（类别、
属性、数值、信息组等）、唯一的
用于新实体的更多IRDI
eCl@ss IRDI（符合ISO/IEC标准）
借助设备类别层面上的结构化属性，
说明如何通过其他广泛使用的标准如
即使再复杂的产品以及各种型号规
网络化的工厂，使用智能产品，在不限于完整生命周期的时间段 内，主动控制生产过程，这便是工业4.0的核心。通过智能信息技术 主动控制产品、机器、设备以及工具。不仅在企业内实现价值创造链 的垂直与水平整合，甚至能跨越不同企业之间的界限。
这一发展趋势的推动者是互联网。信息物理系统与信息物理系统 之间，信息物理系统与人之间，都可以通过“物联网”（IoT）进行 实时通讯和合作。企业的中央控制将由分散且能够自我学习的组织形 式取代。而“人”则是这一发展的核心因素：人类才是其中决定性的、 具有创造力的因素。人类将比当前更多地融入到信息系统中，并从后 者获得更多的支持。通过第四次工业革命将形成一个新的世界，在其 中人（和机器）随时可获取信息来做出最佳决策 – 无论是产品方面的， 还是涉及制造过程的决策。
eCl@ss标准制定过程经过跨行业的专 家团队反复验证，并具有可持续优化
的特点
专业的专家团队对工业4.0的深入研究 -- 专业实力
发布过程：在系统支持下，借助更新 文件来实现版本自动升级
扩充为全面自动确保新工业4.0兼容性 的机制 -- 旧版本的要求
大量企业和行业的认可，接受度良好
通过赢得工业4.0中重要行业的更多利 益相关者而获得更高的接受度