德国工业思维，看得见，却未必学得会。

       工业4.0的金字塔司令部

       德国成立的工业4.0平台，是“工业数字化”数字生态系统的中心枢纽，来自150多个组织的350多名利益相关者，参与平台的工作。而它的核心是各个工作组，通过各领域专家的协同、中小企业的支持，以及组织开展国际合作，从而将各种专业知识汇聚在一起。
 

       它采用了一种扁平的决策机制：从顶层的工业4.0平台，到中间的标准化委员会（Standardization Council Industrie4.0， SCI4.0）和面向企业的实验室网络（Lab Networks Industrie4.0， LNI4.0）。这是一个从上到下、从下到上的三元治理结构。

 

　　                  图1：金字塔型决策机制

        但在一开始，工业4.0平台也是一种“乱糟糟”的结构。
 

        工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划。该项目由德国联邦教育局及研究部和联邦经济技术部联合资助，投资预计达2亿欧元。旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。

　　     
                                                                                                                                                

 

图2：早期工业4.0平台的结构（2016）

 

       对比2016年的工业4.0平台，就知道这两年，工业4.0平台的组织结构进行了精致的进化。
 

       目前工业4.0共有六个工作组，包括第一工作组WG1，主要是参考架构、标准和规范，主席来自ABB；第二工作组则是技术与应用场景，主席来自菲尼克斯；第三工作组是互联系统的安全性，主席来自博世公司；第四工作组是法律框架，主席来自蒂森克虏伯；第五工作组是就业、教育与培训，主席来自德国金属工业协会；第六工作组是工业4.0的数字化商业模型，主席来自埃森哲咨询公司。
 

       2016年4月，在柏林成立了德国工业4.0标准化委员会（SCI4.0），目标就是协调国际标准组织。SCI负责跟这些密密麻麻的国际组织，进行对标和连接，从而最终建立德国自己的工业4.0的技术路线图和标准架构。这个组织最大的特点就是跨领域，它很好地结合了机械、电气和IT领域，因此，受到广泛的欢迎。
 

 
                                                                                                                                                 
 图3：标准环生的工业4.0

 

       而对待不同的国家战略，SCI有条不紊地跟中国智能制造、美国工业互联网联盟IIC、日本IVI协会、法国、意大利、澳大利亚都建立了合作机制。
 

       最下面是工业4.0实验室网络（LNI4.0），负责具体落实标准的测试、实验和反馈。这是一个面向企业、面向落地的应用型组织。它最大限度地把德国工业4.0所有能达成的共识，用实践和落地的方式，传递给了德国中小企业。
 

 

　　                                                                                                                                                                     

 图4：三元治理的循环
 

        有了这三者的分工，工业4.0可以在各个层面上，轻松对接。既推动德国企业的相互联系，又大大促进国际交流。目前德国工业4.0已经跟中国、美国IIC、日本工业价值链IVI、澳大利亚、法国和意大利等，都建立了双边对接关系。中德两国于2015年5月成立了中德智能制造/工业4.0标准化工作组。目前已在参考模型互认、信息安全和功能安全、工业网络与边缘计算、案例、预测性维护、人工智能应用，以及工业4.0组件/管理壳/数字双胞胎等方面开展合作交流。

       
       可以说，德国精确地构建了一个面向工业4.0的顶层治理结构。
 

       如德国战车一样的精准。

       向工业互联网拓展：基于价值的服务VBS（Value-based scenario）

        在工业4.0的大背景下，人们渐渐意识到，要实现制造业数字化，除了技术驱动的自下而上的方法外，还必须通过自上而下的驱动方式。后者来自业务场景和商业模式的驱动，从而衍生出很多的技术应用实例。而这些实例，同样是获得新产品、解决方案和服务，以及标准化的基础。
 

       如何在技术层面上以实例的形式描述参与者与技术系统的相互作用。已经通过工业4.0平台的具体应用场景来设定考虑范围。
 

        德国工业4.0 平台提出了一种新的想法：基于价值的服务（Value-based scenario， VBS），即基于场景出发，考虑数字工业服务的价值。

在考虑产品是一台机器设备的情况下，传统只有两类角色：设备供应商和设备拥有者。

 

　　                                                                                           
 图5：基于价值的服务应用场景VBS
 

        然而工业互联网的广泛应用，使得这个最传统的应用场景，正在引入两个额外的角色：服务平台运营商和数据驱动型服务商。
 

       那么在将来，谁将完成这些额外的业务角色？是机器的供应商，还是机器的拥有者。这个问题随着数字技术的引入，众多的第三方已经蜂拥而至。这也是工业互联网平台最令人困惑的一点：每家供应商角色，都在模糊，而且都在交叉。
 

       德国工业4.0平台认为，基于VBS的应用场景的推进，是深化工业4.0的重要基石。

      德国问什么是数字商业模式

       什么是数字商业模式？
 

      这个问题还需要回答吗？德国人并不这么想。
 

      德国工业4.0对价值创造的贡献，正在聚焦于两个点上：一个是行动机制，一个是数字商业模式的架构。政府、科学家、商业协会和社会合作伙伴都在讨论围绕着德国工业可带来的附加值，以及如何提高德国的竞争力和生活质量的问题。
 

      德国工业4.0平台组，专门增加了第6个数字商业模式工作组，以需求解决这些问题，并通过不同利益攸关方之间的有条理的讨论，为采取行动提供动力。
 

                                     
图6：数字商业模式的创新驱动力
 

         德国工业4.0平台找到了两个基础。一个是根据Osterwalder和Pigneur(2010)对商业模式的定义，即商业模式是描述组织如何创建、交付和捕获价值的基本原理。这通常包括价值主张、价值创造架构、合作伙伴网络。第二个是根据Jaekel(2015)的看法，价值创造架构中的数字业务模式的特点是专注于数据和分析，并通过平台将其合作伙伴网络组织为一个可扩展的生态系统。这与价值主张（产品和服务）和利润模式（成本结构和收入）的转变密切相关。

         
        那么第6工作中的任务之一，就是研究如何将这一定义应用于产品制造。
 

         真是一个新奇的任务。相对于国内制造而言，最常谈的就是“新制造”和“新模式”。然而无人知道背后的内涵究竟是什么。而德国人第一个想到的就是先确定概念基础，取得“共识起点”。

德国人提供了一些答案，值得注意的一点是：“通过提高软件在产品中的份额——通常与平台的使用相结合，会加强更大的可扩展性。”

 

　　                                                                                                              

图7：体验成为基石之一
 

           工作组郑重提醒德国制造商，一定要把重点从“产品和生产”扩展到“基于数据服务的运行机制”，即“智能产品 智能服务 新体验”。智能服务就是基于数据产生的新价值，例如，无人驾驶不会发生事故的车辆。
 

 

　                                                                                                  
图8：数字商业模式的新思维
 

       推动数字商业模式转变的基石，是智能产品、平台、生态系统和数字双胞胎。而所有这些背后是通过底层技术来实现更强大的连通性、更快的速度和更小的尺寸。
 

       数据的质量(“原材料”)、操作系统和治理结构决定了关键的不同。为了提供尽可能好的运营环境，需要正确的监管和以人为本的关键驱动因素。
 

 

　                                 　
图9：德国工业4.0进展

        管理壳：万物有外衣

       工业4.0组件是为了实现将各项资产集成到信息世界应运而生的。这里的资产包括所有为实现工业4.0解决方案而需要“连接”的内容，例如，机器及其零部件；供应材料、零件和产品；图纸、布线图等交换的文件；合同和订单等。

       而将这些工业4.0组件，进行数字化表达的最有价值的转化方式，就是德国工业4.0平台提出的管理壳。企业的各种资产的数字化形式，通过资产管理壳（Asset Administration Shell， AAS）来表达。

       
      工业4.0组件中，通过管理壳来实现数字化集成。它可以将资产集成到工业4.0通信中；为资产的所有信息提供受控访问；是标准化并且安全的通信接口；支持在没有通信接口的情况下，使用条形码或二维码来集成“被动”资产；并且在网络中是可寻址的，可以对资产进行明确的识别。可以说，管理壳是工业4.0组件的“互联网表达器”。

 

　　                                                                                                                                                                                 
图10：符合IEC PAS 63088标准的管理壳
 

        从2015年开始，德国一直围绕着管理壳，做各种模型描述和标准覆盖。这些相互交织的模型，加上来自企业的实践，正在将德国制造的产品推进到赛博（Cyber）空间中去。德国最以为荣的机器，很快就会变成带有数字双胞胎的机器。德国机器的数字化就绪度，抬头可见。

 

　                                                                                                                                                                 
图11：德国管理壳

        在2018年11月德国纽伦堡展会上，德国公布了管理壳的最新进展。

 

                                       图12：管理壳在物联网平台上的应用
 

       管理壳可以覆盖生产、制造系统和业务的全部生命周期。下面以发动机为例，介绍管理壳中包含的相关内容。首先在工程阶段，管理壳会考虑各项功能。例如，发动机的扭矩和轴高等性能将放入管理壳中。下一步，选择制造商提供的某一特定类型（type）的发动机，有关此类发动机的更多信息将被添加到管理壳中。
 

       接下来，发动机制造商提供一个组件用以对发动机进行计算和模拟， 从而对上一步的选型进行模拟和确认。在调试阶段，发动机会被订购，发动机类型（type）会变为带有序列号的发动机实物（instance），该序列号是这一发动机所特有的数据。这样，管理壳进一步得到丰富。在发动机运行阶段，测量的温度，振动等运行参数也会记录在管理壳中。
 

       对发动机进行维护保养的数据也会记录在管理壳中。发动机使用寿命终止后，会更换新的发动机。更换后，新发动机的类型（type）