工业4.0的国际标准化工作
面对工业4.0,中国企业该做什么？
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三、面对工业4.0，中国该做什么？
1、清楚地认识中国制造业面临的挑战
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对于西方发达国家提出的工业4.0等理念，我们要学习借鉴，也要采取应 对策略。一方面，应该对我国当前工业制造业存在的瓶颈有更加清晰和清醒 的认识，深入研究欧美各国工业制造业创新的先进理念，参考借鉴，在这场 全球制造业变革中搭上便车，借势借力，通过学会生产制造过程与业务管理 系统的深度集成，实现对生产要素的高度灵活配置，实现大规模生产高度定 制化产品，从而让制造业紧跟时代趋势，提前迈向智能化，适应未来的国际 竞争。另一方面，我们也要考虑到工业4.0带来的冲击和潜在竞争因素。“先 进制造业”“工业4.0”都是西方发达国家提出的理念，其根本目的在于提高 其本国的竞争力和话语权。因此，我们必须结合中国本土实际情况，应对挑 战，谋求自身战略利益，而不能盲从西方标准，满足于充当“代工厂”。
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在科技和制造水平都很高的美、德等国，想要实现工业4.0，依然有很长 的路要走。作为当今世界第二大经济体，中国有着庞大的工业制造业体系， 但目前制造业发展仍然以简单的扩大再生产为主要途径，面临着高端制造业 总体水平不足、科技成果转化不充分、低端产能过剩等影响工业制造业转型 的问题。能否通过这场工业革命实现制造业转型升级，是一项事关重大的挑 战。
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工业4.0在这么短的时间内在德国得到广泛认同，有其偶然性也有必然性， 这种认识来自于德国长期以来把工业作为国家经济的基石，来自于信息通信 技术给工业带来的革命性影响，也来自于新一轮科技革命中对德国工业地位 的担忧。
印刷工业4.0与标准化
印刷工业4.0与标准化作者：朱时良来源：《今日印刷》2015年第11期德国学术界和产业界认为，工业4.0概念是以智能制造为主导或革命的新型生产方法。
通过利用全面信息通讯技术和网络空间虚拟系统、信息物理系统相结合的手段，将制造业向智能化转型。
据2013年一项调查表明，德国47%的公司已经参与到“工业4.0”战略中，18%的公司表示正在参与战略研究工作，12%的公司声称已经付诸实践。
美国“智能制造领袖联盟”的计划，同样和工业4.0相关。
作为人口红利正在消失的制造业大国，中国不应该错过工业4.0这一新的历史机遇。
国务院总理李克强访欧期间和德国签订《中德合作行动纲要》中就谈到了工业4.0，这意味着我国要在工业化与信息化同步发展的战略中更快地促进两者的融合。
什么是工业4.0？工业4.0的核心是连接。
要把设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户紧密地连接在一起。
工业4.0强调“万物互联”的发展趋势，将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过信息物理系统（CPS）形成一个智能网络。
信息物理系统（Cyber-Physical Systems）是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C（Computing、Communication、Control）技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。
CPS实现计算、通信与物理系统的一体化设计，可使系统更加可靠、高效、实时协同，具有重要而广泛的应用前景。
工业4.0时代，生产的特点是：制作自动化、流程管理数字化、企业信息网络化、智能制作云端化。
消费者通过手机或电脑下单，网络即可将订单和客户的个性化需求发给职能工厂，定制产品再通过物流送抵消费者。
对广大企业而言，可以借鉴工业4.0的理念，大力推进智能制造，建设数字化工厂。
通过开发智能产品，引进智能机器人、智能设备、柔性化的生产自动线、智能物流装备，进而实现企业研发、生产、采购、营销、服务以及人身、财务信息系统的无缝集成，信息系统与底层自动化系统的无缝集成，车间级信息系统与企业级信息系统的无缝集成，供应链上下游企业间信息共享等。
什么叫工业4.0，这篇接地气的文章终于讲懂了
什么叫工业4.0，这篇接地气的文章终于讲懂了文章作者 | 刘晨希（巴卡维供应链管理专家）从德国源起的工业4.0的于2011年在汉诺威工业展提出，到2013年德国政府工业4.0工作小组公布的最终报告，到现在为止已经走过了5个年头。
从工业4.0问世之初起，它便吸引了全球的目光，诸多制造业国家也相继出台了相应的扶持、促进政策。
工业4.0在我国也获得了较高的关注度，企业已经前瞻地开始了对工业4.0 的摸索。
总体而言，目前感觉谈的多，谈明白的少，软件厂家强调软件重要性，设备大咖强调自动化和智能制造的意义，机器人，人工智能，自动化流水线和CPS系统等专业词汇企业界眼花缭乱。
除此之外，金融市场上诞生的工业4.0概念也横空出世，让人应接不暇。
这些狭隘和固化的概念低估了产业升级的难度，忽略了供应蓝架构和体系的重要意义，如果任此类高大上的理念来指导所谓“弯道超车”，我们将错过一个难得的制造业补课和重生的战略机会。
工业4.0绝不仅仅意味着效率的提高与成本的降低, 这在工业3.0阶段就已经实现，也是制造业基本诉求。
在过去30年间，效益提升、提高自动化技术，精益生产和六西格玛概念，在制造流程优化方面已经获得一定程度上的普及。
工业4.0核心特点是通过较低的边际成本提供个性化、定制化的产品以及服务。
个性化、定制化并不是市场营销中吸引用户文案中的噱头，而是经济学中实实在重要元素，因为整体社会效用最大化正是意味着通过社会资源合理的分配，达到每个单一成员的个人需求得到恰当的满足，从而实现社会效率的集约和精简。
定制化和个性化也不是工业4.0的唯一特点，不管从市场宏观角度还是企业微观角度来分析，差异化的需求在常规市场需求接近顶点时，即可成为新的快速增长点。
以德国某高端品牌汽车企业为例，其在十年前就已经实现真正意义上的定制化制造和按单生产，终端客户可以在车企官网、或者通过经销商直接对动力配置、座椅、颜色、内饰、多媒体功能、灯光等进行自行选择，从而直接向厂家进行下单。
“工业4.0”不止自动化
“工业4.0”不止自动化
说起“工业4.0”，相信人们第一反应是自动化。
然而，真正的工业4.0并不止于自动化这么单方面，其所宏盖的范围是很全面的。
德国弗朗霍夫生产技术研究所主管托尼·德雷舍尔曾经表示，“工业 4.0”不单是自动化这么简单，（好分板机认准科立自动化）它实际上是工业自动化基础上再添加很多其他元素。
德国各个行业已经都在开始在推进工业4.0，尤其是汽车制造行业已经发展得非常快。
医药行业、传统机械行业也已经开始这一进程，另外一些传统行业也已经有所动作。
中国智能制造一直都是采用德国“工业 4.0”的标准，中国制造2025也是一直以此为目标参考物。
托尼·德雷舍尔认为人与机器可以沟通，机器与机器可以沟通，其背后的规律是存在一套标准。
他建议“中国制造2025”战略在推进过程中，当务之急是建立一套人机共认的标准体系，以便在人与机器、机器与机器之间建立全网络的联系。
时代在发展，科技水平在进步，“工业 4.0”不止自动化，中国制造2025的发展更不仅仅是发展自动化，而是全面提高中国制造业的核心技术和国际竞争力。
标准化体系——智能制造、智慧工厂、工业4.0的前提
信息层
通信层 集成层
对功能性实体实施统一的 基本服务，例如 • 各类机床， …… • 能源利用效率最大化 • ……
资产层
Development
开发
Maintenance 维护 /使用 Usage
Production
生产
Maintenance 维护 /使用 Usage
Type 样机开发
Instance 实例化实现
信息层容纳相关的数据，为事件的处理形成处理的环境，执 行与事件相关的规则，并对这些规则进行正式的描述。
在信息层中必须将表达模型的数据持续保持，确保数据的完 整性，进行不同数据的一致性的集成，并得到高一层的数据， 即由数据得到信息，由信息上升为知识。 信息层还要通过服务接口提供结构
化的数据；还要接收事件，并把它
们转换为将在功能层使用的相匹配 的数据。
RAMI 4.0的纵轴 功能层和业务层
功能层处理各种必须的功能，由它进行功能的正式描述，并且是 各种横向集成的平台，承担为支持业务过程的运行期和建模环境 的服务，以及承担各种应用和技术功能性的运行期环境。
在功能层内生成规则和决策逻辑。而规则和决策逻辑的执行则在 较低的层级（信息层或集成层）执行，这取决于应用案例。 远程存取和横向集成仅仅在功能层进行，这是为了保证在处理过 程中信息和条件的完整性。
RAMI4.0
工业4.0的基本单元 （component）模型
Source: Umsetzungsstrategie Industrie 4.0 der Plattform Industrie 4.0
RAMI 4.0的纵轴
为便于将物理系统按其功能特性分层进行虚拟映射， 按照IT和通信技术常用的方法，将纵轴自上而下划分 为6个层级：
2024年推动工业4.0
政府为推动工业4.0发展可能出台一系列支持政策，企业 应抓住机遇。应对策略包括了解政策内容、积极申请政策 支持、利用政策优势拓展市场等。
06
未来发展趋势预测及建议
预测：2024年以后工业4.0发展方向
智能化生产
工业4.0将实现更高程度的智能化生产，包括自动化生产 线、智能机器人、物联网等技术广泛应用，提高生产效率 和产品质量。
数字化
制造业将全面实现数字化，包括产品设计、生产 过程、供应链管理等方面。
智能化
制造业将利用人工智能、机器学习等技术，实现 生产设备的自主决策和自适应调整，提高生产效 率和产品质量。
全球范围内工业4.0现状
德国 作为工业4.0概念的提出者，德国 在工业4.0领域处于领先地位，拥 有完善的政策支持和产业生态。
政策法规环境对企业影响研究
政策法规变动风险
政策法规环境的不稳定性可能给企业带来不利影响。应对 策略包括密切关注政策法规动态、及时调整企业战略和业 务模式、加强与政府部门的沟通合作等。
合规性挑战
工业4.0涉及多个领域和方面，企业需要确保自身业务符 合相关法规要求。应对策略包括建立完善的合规管理制度 、加强合规意识培训、定期开展合规审计等。
通过机器学习、深度学 习等技术，实现生产设 备的自主决策和自适应 调整。
发展背景与趋势
发展背景
随着全球制造业竞争的加剧和消费者需求的多样 化，传统制造业面临着转型升级的压力。同时， 信息技术、物联网、人工智能等技术的快速发展 为制造业的转型升级提供了有力支持。
网络化
制造业将实现设备、产品、人员之间的全面互联 ，形成高度协同的生产网络。
启示：如何根据自身情况制定实施计划
明确目标定位
浅谈德国工业4.0与中国制造2025【范本模板】
浅谈德国工业4。
0与中国制造2025近日,在课堂上,老师上课时谈起了德国工业4.0与中国制造2025，这是在工业工程领域中时下热点的话题，对此，我也借此机会学习一下这方面的内容,增加自己的专业知识。
通过查找了相关的论文和背景资料,我了解到当前，德国工业 4。
0、美国工业互联网以及中国制造 2025 规划相继出台，世界各国在智能制造领域的竞争日益加剧。
我国企业如何在此次工业革命浪潮中脱颖而出，已经成为影响中国经济转型升级的重大命题。
德国作为世界八大工业国之一，其优势领域主要有电子、航天、汽车、精密机械、装备制造、军工等.德国工业以技术领先、品质精良而著称，但成本较高。
德国工业4.0,这一概念是由德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的。
其描绘了制造业未来的前景，提出继以蒸汽机的应用、规模化生产和电子信息技术为标志的三次工业革命后，人们将迎来以信息物理融合系统系统为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命.德国工业 4。
0 的提出将成为工业战略性的革命,而中国也需要进行根本性的工业革命，从而提出了中国制造 2025。
目前，我国经济体系已经逐渐由以农业为主转型为以工业为主.但是,相对于世界工业发达国家，我国的工业由于发展时间过短等原因，一直处于多制造、少创造的尴尬地位。
当前，全球新一轮工业革命正在进行，为抓住这一机遇,提出了中国制造强国建设三个十年的“三步走”战略。
中国制造2025是中国版的“工业4.0"规划，该规划经李克强总理签批，并由国务院于2015年5月8日公布。
该规划提出了中国制造强国建设三个十年的“三步走”战略，是第一个十年的行动纲领.中国制造2025 明确提出，到 2025 年迈入制造强国行列，2035 年制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平，新中国成立一百年时制造业大国地位更加巩固,综合实力进入世界制造强国前列,使中国工业与世界先进工业接轨,建设全球领先的技术体系和产业体系,使我国实现由“世界制造大国"向“世界制造强国"的根本性转变。
德国首推“工业4.0”标准化路线图
２ ０ １ ４年第 ４ ８卷 Ｎ ｏ ． １
２ ７
云 图 ，应 力 单 位 为 Ｐ ａ 。 挂 锁 机 构 位 移 达 到 ０ ． ０ ７ ９ ９ ４ ５ ｍｍ， 最大 应 力 ３ ． ３ ５ ３×１ ０ Ｐ ａ ， 闭 锁 机 构 可 靠动作。
容包括 ： 在生产要 素高度灵活配置条件下大规模生产高度个
性化产品 ， 顾客与业务 伙伴对业 务过程和价值创造过程广泛 参与 ， 以及生 产和高质量 服务 的集 成等 。物联 网 、 服 务 网以
及 数据网将 取 代传 统 封 闭性 的制 造 系统 成 为未 来 工 业 的
基 础。
德 国电气电子和信息技 术协 会表示 ， 在 计划 框架下 ， 规
［ ２ ］ 石庚辰 ， 李华． 引信 ＭＥ ＭＳ安 全系 统研究 ［ Ｊ ］ ． 探测 与控 ［ ３ ］ 李华 ， 石庚辰 ． ＭＥ ＭＳ平 面微 弹簧 弹性 系数 的研 究 ［ Ｊ ］ ．
探测与控制学报 ， ２ ０ ０ ５， １ ０ ： ４ １ — ４ ３ ． ［ ４ ］ 陈昭怡 ， 吴 桂英． 材料力 学 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 中国建材 出版社 ，
ｙ ０ １ １ ０ １ ５ ９， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ
德 国首推“ 工业 ４ ． ０ ” 标准化 路线图
“ 工业４ ． ０ ” 研究项 目由德 国联 邦 教研 部与联 邦经 济技
术部联手 资助 ， 在德 国工程院 、 弗 劳恩霍夫协会 、 西 门子公 司 等德 国学术 界和产业界 的建议 和推动下形成 ， 并已上升 为国 家级战 略。德 国联邦政府投入达 ２亿 欧元。
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1 背景 2013年 4月， 世界传统工业强国德国在汉诺威工业 博览会上正式推出了 “工业4.0” 的概念。 以网络/信息物 理系统 （CPS） 为核心的工业4.0将实现全生命周期中制 造单元间相互独立地自动交换信息、 触发动作和实现 控制， 将制造业向智能化转型， 被誉为是以智能制造为 主导的第四次工业革命。 这项由德国联盟教研部与联邦 经济技术部联手推动的战略性项目， 被看作是提振德 国制造业的有力催化剂， 也是全球制造业未来发展的 方向。 2013年9月德国联邦教育研究部发布了《实施工 业4.0战略的建议》[1]，确定了工业4.0优先开展的8个 关键领域，将标准化和参考框架列在首位。 2013 年 12 月德国电气电子和信息技术协会（ DKE ）发布了 首个《德国工业4.0标准化路线图》[2]，对德国的工业
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Standardization 工业4.0的理念源自工业技术与信息技术的融合。 信息技术方面的主要技术委员会是 ISO/IEC JTC1， 其 工作内容包括： 传感网络、 物联网、 远程通信和信息交 换、 数据管理、 用户接口、 IT信息安全等。 除上述几个重要的标准化组织外， 工业4.0 还涉及 IEC/TC3、 IEC/TC57、 IEC/TC121、 ISO/TC261等其他 IEC和ISO技术委员会， 同时需要协调ISA相关工作组、 IEEE 相关工作组， 甚至包括IIC、 OGC、 IETF、 W3C等 其他标准化组织。 4 工业4.0标准化需求 工业4.0的标准化需求主要包括12个方面： 1） 总体架构 工业4.0的首要任务是建立总体架构。 现有的特定 领域的参考模型主要是以功能或技术为主的。 近年来， 制造业的先进技术得到了快速发展， 对于工业4.0而言， 大部分技术已经是现成的了 ， 更多的不是技术创新， 而是观念、 服务和组织创新。 因此， 需要建立的总体架 构应该是面向服务的， 以自组织、 自适应和互操作为核 心。 2）使用案例 为明确工业4.0 技术发展和标准化工作的特定需 求， 需要定义能够反映各个领域工业4.0 特征的使用案 例。 而这些使用案例中所表现出的一致性对于标准化 工作而言具有非常重要的意义。 所选择的使用案例应 该属于泛型类型， 但是要包含特定技术和特定项目实 现所需的要素。 3）基本要素 基于共识的标准的一项重要内容是统一的术语和 IEC 60050系列标准已经规范了现有的术语 基本概念。 库。 对于工业4.0而言， 还需要根据新议题进行扩展。 关键模型描述了重要基础概念的共识， 并且长期 稳定。 过去人们常常忽视了关键模型的重要性， 但在工 业4.0中关键模型将发挥更重要的作用。 另一项非常重要的基本要素是语义描述方法。 特 别是对于广泛存在的接口问题、 产品特性描述， 以及不 同版本的信息交互， 目前缺乏统一的语义描述规范。 4） 非功能特性 工业4.0的对象是工业生产系统。 为了实现高效、 安 全和稳定的制造业， 除实际生产功能外， 还需要拥有一 系列管理性或工作流程相关的非功能特性。 这些非功 能特征往往是跨领域的。 全球信息网络的联通、 生产链 的跨领域规划、 业务过程的操作， 都需要非功能特性 的协调统一和标准化。 5）技术体系和过程的参考模型 参考模型是用于综合性描述应用领域中系统的主 要方面的模型， 包含系统的组织和技术状况。 参考模型
收稿日期：2015-6-11 项目来源：2013年度质检公益性行业科研专项（编号201310209） 作者简介： 汪烁，2013年毕业于北京航空航天大学仪器科学与技 术专业，硕士学位，现就职于机械工业仪器仪表综合技术经济 研究所，主要从事工业过程测量控制和自动化领域的国际标准 化工作。
4.0标准化工作进行顶层设计，并计划于2015 年下半 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ发布第二版的路线图。 2 工业4.0国际标准化工作的重要性 德国工业4.0 计划的目标是从网络技术的广泛使 用、 技术与业务过程的集成、 物理实体的数字化映射 和虚拟化描述， 以及开发 “智能” 产品的机遇中探索制 造业未来的前景。 这需要大量观念的转变和技术的发 展。 而这些观念和技术在工程实践中的实现， 则依赖 于基于共识的标准做必要支撑。 工业4.0中需要实现跨 领域、 跨层次、 跨全生命周期的前所未有程度的系统集 成。 标准能够保障应用间的互操作性， 通过统一的安 全规范保护环境、 工厂 、 设备和用户 ， 提供产品开发的最 先进指导， 通过标准化的术语和定义协调所有相关方 面的通信。 也唯有标准才能够建立制造商和用户的信 心， 并对投资提供必要保障。 因此， 标准化工作对于工 业4.0未来工程的实现而言至关重要。 基于共识的国际标准可以通过不同的途径来建 立， 如图1所示。 制定过程起于对于标准化的特定需求， 这源于新技术的发展、 科研项目的成果、 新法规的要求 以及实际应用中的反馈。 国际标准制定主要有3种典型途径：
图1 国际标准制定的典型途径
1） 直接由国际标准化组织制定。 标准由该领域所 负责的国际标准化技术委员会及其各国对口的标准化 技术委员会共同制定。 比如IEC/TR 62794 “数字工厂” 标准由IEC/TC65/WG16（数字工厂工作组）制定， 在中 国由SAC/TC124（全国工业过程测量控制和自动化标准 化技术委员会） 负责。 2）基于国家标准制定国际标准。 首先由国家标准 化技术委员会进行标准研制， 然后提交给对口的国际标 准化技术委员会制定为国际标准。 比如IEC 62601 “工 业通信网络 现场总线规范 WIA-PA” 基于SAC/TC124 提交的标准提案， 最终制定为IEC国际标准。 3）由团体标准 / 协会规范转化为国际标准。 标准 本质上由团体/ 协会制定， 然后通过规定流程等同转化 为国际标准。 比如ISA S88批控制规范直接转化为IEC 61512国际标准， OPC UA规范直接转化为IEC 62541国 际标准。 3 工业4.0相关国际标准化组织 IEC是工业4.0国际标准化的主要阵地。 其中， IEC/ TC65作为从事工业过程测量控制和自动化领域的技术 委员会， 从2012年开始数字工厂国际标准的研制工作， 是开展工业4.0国际标准化的核心组织。 IEC/TC65具有 4个分技术委员会： SC65A “系统方面” 、 SC65B “测量 和控制设备” 、 SC65C “工业网络” 和SC65E “企业系统 中的设备和集成” ， 其工作内容都为工业4.0提供了重要 支撑。 为更有针对性的开展工业4.0 的标准体系研究， 2014 年 8月IEC/SMB（标准管理局）成立了SG8 “工业 4.0/ 智能制造” 战略工作组。 该工作组的 2位召集人均 来自IEC/TC65， 分别是 Alec McMillan先生和Ludwig Winkel先生。 此外， 2014年10月IEC/MSB （市场战略局） 启动 “未来工厂” 白皮书项目， 研究智能制造的市场需 求、 技术发展和长期规划。 SAC/TC124派专家参与了这 两个工作组的工作。 ISO作为国际标准化的重要组织， 也开展了工业4.0 方面的相关工作， 主要参与的是 ISO/TC184 “自动化系 统和集成” 技术委员会。 其分委会包括： SC1 “物理设 备控制” 、 SC2 “机器人和机器人设备” 、 SC4 “工业数 据” 、 SC5 “企业系统和自动化应用的互操作性、 集成和 架构” 。
【关键词】工业4.0 智能制造 国际标准化 数字工厂
Abstract:As a traditional powerful industrial country, Germany put forward the concept of “Industry 4.0” during the Hanover Messe in April 2013. It is regarded as the future development direction of the global manufacturing. Industry 4.0 requires the systems integration with an unprecedented degree which crosses areas, levels and life cycles. It depends on the necessary support from consensus-based standards. This paper starts with the background of Industry 4.0, introduces the importance of international standardization and the related international standardization organizations. The standards demand is analyzed from twelve aspects. And as the core of Industry 4.0 standards system, the standard of digital factory is introduced. At last, this paper combs current relevant standards for Industry 4.0 and the important developing standards. Key words:Industry 4.0 Smart Manufacturing International Standardization Digital Factory
标准化
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工业4.0的国际标准化工作
International Standardization of Industry 4.0 汪烁 李冀颖 刘奕宁 倪佳
（机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，北京市 100055） Wang Shuo Li Jiying Liu Yining Ni Jia (Instrumentation Technology & Economy Institute, Beijing 100055) 【摘 要】2013年4月，世界传统工业强国德国在汉诺威工业博览会上正式推出了“工业4.0”的概念，被