【文章內(nèi)容簡介】 獨特的形式加以識別、可以在任何時候被定位、并能知道它們自己的歷史、當(dāng)前狀態(tài)和為了實現(xiàn)其目標(biāo)狀態(tài)的替代路線。嵌入式制造系統(tǒng)在工廠和企業(yè)之間的業(yè)務(wù)流程上實現(xiàn)縱向網(wǎng)絡(luò)連接，在分散的價值網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)橫向連接，并可進(jìn)行實時管理—從下訂單開始，直到外運物流。此外，他們形成的且要求的端到端工程貫穿整個價值鏈。智能工廠使個體顧客的需求得到滿足，這意味著即使是生產(chǎn)一次性的產(chǎn)品也能獲利。，動態(tài)業(yè)務(wù)和工程流程使得生產(chǎn)在最后時刻也可以變化，也可能為供應(yīng)商對生產(chǎn)過程中的干擾與失靈作出靈活反應(yīng)。制造過程中提供的端到端的透明度有利于優(yōu)化決策。特別是，它將為初創(chuàng)企業(yè)和小企業(yè)提供發(fā)展良機，并提供下游服務(wù)。此外，如資源和能源利用效率，城市生產(chǎn)和人口結(jié)構(gòu)變化等。它使工作的組織考慮到人口結(jié)構(gòu)變化和社會因素。智能輔助系統(tǒng)將工人從執(zhí)行例行任務(wù)中解放出來，使他們能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新、增值的活動。鑒于即將發(fā)生的技術(shù)工人短缺問題，這將允許年長的工人延長其工齡，保持更長的生產(chǎn)力。靈活的工作組織使得工人能夠?qū)⑺麄兊墓ぷ骱退饺松钕嘟Y(jié)合，并且繼續(xù)進(jìn)行更加高效的專業(yè)發(fā)展，在工作和生活之間實現(xiàn)更好的平衡。在制造工程領(lǐng)域，全球競爭愈演愈烈，德國不是唯一已經(jīng)認(rèn)識到要在制造行業(yè)引入物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)的國家。再者，不僅僅亞洲對德國工業(yè)構(gòu)成競爭威脅，美國也正在采取措施，通過各種計劃來應(yīng)對去工業(yè)化，促進(jìn)“先進(jìn)制造業(yè)”的發(fā)展。，德國需要采取雙重戰(zhàn)略。德國的裝備制造業(yè)應(yīng)不斷地將信息和通信技術(shù)集成到傳統(tǒng)的高技術(shù)戰(zhàn)略來維持其全球市場領(lǐng)導(dǎo)地位，以便成為智能制造技術(shù)的主要供應(yīng)商。與此同時，有必要為CPS技術(shù)和產(chǎn)品建立和培育新的主導(dǎo)市場。為了實現(xiàn)這一雙重的CPS戰(zhàn)略目標(biāo)，：l通過價值網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)橫向集成l貫穿整個價值鏈的端到端工程數(shù)字化集成l縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)為了實施雙重戰(zhàn)略，需要研究制造系統(tǒng)的橫、縱向集成，以及工程端到端集成。此外，并要繼續(xù)發(fā)展CPS技術(shù)。，那么研發(fā)活動將需要恰當(dāng)?shù)漠a(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)政策決策與之伴隨。：l標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)：貫穿整個價值網(wǎng)絡(luò)。只有開發(fā)出一套單一的共同標(biāo)準(zhǔn)，這種合作伙伴關(guān)系才可能形成。需要一個參考架構(gòu)為這些標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)說明，并促使其執(zhí)行。l管理復(fù)雜系統(tǒng)：產(chǎn)品和制造系統(tǒng)日趨復(fù)雜。適當(dāng)?shù)挠媱澓徒忉屝阅Ｐ涂梢詾楣芾磉@些日益復(fù)雜性提供基礎(chǔ)。因此，工程師們要配備為開發(fā)這些模型所需的方法和工具。l為工業(yè)建立全面寬頻的基礎(chǔ)設(shè)施：可靠、。因此，不論是德國內(nèi)部，還是德國與其伙伴國家之間，寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施需要進(jìn)行大規(guī)模擴展。l安全和保障：安全和保障兩個方面對于智能制造系統(tǒng)成功是至關(guān)重要的。重要的是要確保生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品本身不能對人和環(huán)境構(gòu)成威脅。與此同時，生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品，尤其是它們包含的數(shù)據(jù)和信息，需要加以保護(hù)，防止濫用和未經(jīng)授權(quán)的獲取。比如，這將要求部署統(tǒng)一的安全保障架構(gòu)和獨特的標(biāo)識符，還要相應(yīng)地加強培訓(xùn)以及增加持續(xù)的專業(yè)發(fā)展內(nèi)容。l工作的組織和設(shè)計：在智能工廠，員工的角色將發(fā)生顯著變化。工作中的實時控制將越來越多，這將改變工作內(nèi)容、作流程和工作環(huán)境。在工作組織中應(yīng)用社會技術(shù)方法將使工人有機會承擔(dān)更大責(zé)任，同時促進(jìn)他們個人的發(fā)展。若使其成為可能，有必要設(shè)置針對員工的參與性工作設(shè)計和終身學(xué)習(xí)方案，并啟動模型參考項目。l培訓(xùn)和持續(xù)的專業(yè)發(fā)展：。因此，有必要通過促進(jìn)學(xué)習(xí)、使終身學(xué)習(xí)和以工作場所為基礎(chǔ)的持續(xù)專業(yè)發(fā)展的計劃，實施適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)策略和組織工作。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)推動示范項目和“最佳實踐網(wǎng)絡(luò)”，以及研究數(shù)字學(xué)習(xí)技術(shù)。l監(jiān)管框架：，但是考慮到新的創(chuàng)新，也需要調(diào)整現(xiàn)行的法規(guī)。這些挑戰(zhàn)包括保護(hù)企業(yè)數(shù)據(jù)、責(zé)任問題、處理個人數(shù)據(jù)以及貿(mào)易限制。這將不僅需要立法，而且也需要代表企業(yè)的其他類型的行動—需要大量適當(dāng)手段，包括準(zhǔn)則、示范合同和公司協(xié)議,或如審計這樣的自我監(jiān)管措施。l資源利用效率：即使拋開高成本不談，制造業(yè)消耗大量的原材料和能源，這也對環(huán)境和安全供給帶來了若干威脅。這就有必要計算在智能工廠中投入的額外資源與產(chǎn)生的節(jié)約潛力之間的平衡。目前基本的技術(shù)和經(jīng)驗需要調(diào)整從而適應(yīng)制造工程的具體要求；同時應(yīng)探討為開發(fā)新地點和新市場制定創(chuàng)新型解決方案。如果這樣做成功的話，并保護(hù)其國內(nèi)制造業(yè)。1引言確保德國制造業(yè)的未來德國是世界上制造業(yè)最具競爭力的國家之一。因為它具備管理復(fù)雜工業(yè)流程的能力，使不同的任務(wù)可由不同地理位置的不同合作伙伴來執(zhí)行。幾十年來，它已經(jīng)成功地應(yīng)用信息和通信技術(shù)（ICT）做到了這一點。當(dāng)今，ICT大約支撐了90%的工業(yè)制造過程。在過去的30年左右的時間里，IT革命給我們生活和工作帶來了根本性變革，其影響不亞于第一次和第二次工業(yè)革命中機械化和電氣化所帶來的影響。從個人電腦到智能設(shè)備的演進(jìn)伴隨著這樣的趨勢，越來越多的IT基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)將通過智能網(wǎng)絡(luò)（云計算）提供。比以往任何時候都更加小型化的設(shè)備與勢不可擋的互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，使無處不在的計算成為現(xiàn)實。功能強大的、自主的微型計算機（嵌入式系統(tǒng)）正越來越多地相互間或與互聯(lián)網(wǎng)以無線方式互聯(lián)。這正在導(dǎo)致引起實體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界（cyberspace）以虛擬網(wǎng)絡(luò)—實體物理系統(tǒng)（CPS）的方式相融合。繼2012年推出新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6，現(xiàn)在已有足夠的地址使智能對象間通過互聯(lián)網(wǎng)大范圍直接互聯(lián)。這意味著有史以來第一次，有可能將資源、信息、物品和人進(jìn)行互聯(lián)，從而造就物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)。這種現(xiàn)象的影響也將反映到工業(yè)領(lǐng)域。在制造領(lǐng)域，這種技術(shù)的漸進(jìn)性進(jìn)步可以被描述為工業(yè)化的第四個階段，（圖1）。工業(yè)化始于18世紀(jì)末機械制造設(shè)備的引進(jìn)，那時像紡織機這樣的機器徹底改變了貨物的生產(chǎn)方式。繼第一次工業(yè)革命后的第二次工業(yè)革命大約開始于20世紀(jì)之交，在勞動分工的基礎(chǔ)上，采用電力驅(qū)動產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)。20世紀(jì)70年代初，第三次工業(yè)革命又取代了第二次工業(yè)革命，并一直延續(xù)到現(xiàn)在。第三次工業(yè)革命引入了電子與信息技術(shù)（IT），從而使制造過程不斷實現(xiàn)自動化，機器不僅接管了相當(dāng)比例的“體力勞動”，而且還接管了一些“腦力勞動”。圖1工業(yè)革命的四個階段德國需要借鑒其作為世界領(lǐng)先的制造設(shè)備供應(yīng)商以及在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的長處，廣泛地將物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)應(yīng)用于制造領(lǐng)域，這樣它就可以在第四次工業(yè)革命的道路上起到引領(lǐng)作用。，而且也可推動解決全球性挑戰(zhàn)（如資源和能源利用效率）和國家所面臨的挑戰(zhàn)（如應(yīng)對人口變化）。然而，關(guān)鍵是要考慮在社會文化背景下的技術(shù)創(chuàng)新，因為文化和社會的改變本身也是創(chuàng)新的主要驅(qū)動力。例如，人口的變化有可能會改變社會中的所有關(guān)鍵領(lǐng)域，如學(xué)習(xí)方式的組織、伴隨著壽命延長工作和健康的性質(zhì)、以及當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等等。這將反過來顯著影響德國的生產(chǎn)率。通過優(yōu)化技術(shù)創(chuàng)新和社會創(chuàng)新之間的關(guān)系，我們將為德國經(jīng)濟的競爭力和生產(chǎn)率作出重要貢獻(xiàn)。在制造業(yè)中采用物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)使得有可能創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)整合整個制造過程，將工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€智能環(huán)境。虛擬網(wǎng)絡(luò)—實體物理生產(chǎn)系統(tǒng)包括智能機器、儲存系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施，從入廠物流到生產(chǎn)、銷售、出廠物流和服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)字化和基于信息通信技術(shù)的端對端的集成。這樣不僅可以更加靈活地配置生產(chǎn)，而且還可以通過提供更加差異化的管理和控制過程來拓展機會。除了優(yōu)化現(xiàn)有的基于IT的過程，對詳細(xì)過程和整體效果進(jìn)行更具差異化的跟蹤，而這在以前是不可能記錄的。它還將使業(yè)務(wù)合作伙伴（如供應(yīng)商和客戶）間、雇員間更加緊密合作，提供新的共贏機會。作為世界領(lǐng)先的制造設(shè)備供應(yīng)商，德國具有獨特的地位挖掘這種新型工業(yè)化的潛力。德國的全球市場領(lǐng)導(dǎo)者包括許多“隱形冠軍”，他們提供專門的解決方案——德國最頂級的100家中小型企業(yè)（SMEs）中的22家是機械和設(shè)備制造商，其中3家居于前十名。的確，許多機械和設(shè)備制造業(yè)領(lǐng)軍人物認(rèn)為他們的主要競爭對手在國內(nèi)。機械和設(shè)備與汽車和化學(xué)品一樣，也列為德國主要出口的商品之一。此外，德國的機械和設(shè)備制造商期望在未來仍然保持自己的領(lǐng)先地位。他們之中有60%的人相信在未來五年里，他們的技術(shù)競爭優(yōu)勢將進(jìn)一步增強，而只有不到40%的人希望保持目前的地位。盡管如此，在制造工程領(lǐng)域的全球性競爭將越來越激烈。不僅是亞洲競爭對手對德國工業(yè)構(gòu)成威脅，而且美國也正在采取措施促進(jìn)“先進(jìn)制造”，應(yīng)對去工業(yè)化。此外，制造業(yè)一直以來不斷變化，并且愈加復(fù)雜。例如，先進(jìn)的激光燒結(jié)技術(shù)意味著現(xiàn)在有可能在數(shù)小時內(nèi)高質(zhì)量地“打印”出復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。這正在帶來全新的商業(yè)模式和服務(wù)，使得終端客戶可以更密切地參與——用戶可以創(chuàng)建他們自己的設(shè)計，用電子郵件將他們發(fā)送到“影印店”，或者他們可以掃描和“復(fù)制”物體。在工業(yè)科研聯(lián)盟的倡議下，貫徹德國政府的戰(zhàn)略舉措，以確保德國工業(yè)的競爭力。物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)將應(yīng)用于制造行業(yè)：從本質(zhì)上講，—實體物理系統(tǒng)技術(shù)一體化應(yīng)用于制造業(yè)和物流行業(yè)，以及在工業(yè)生產(chǎn)過程中使用物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)技術(shù)。這將對價值創(chuàng)造、商業(yè)模式、下游服務(wù)和工作組織產(chǎn)生影響。l滿足用戶個性化需求、配置、訂購、規(guī)劃、制造和運作等環(huán)節(jié)能夠考慮到個體和客戶特殊需求，而且即使在最后階段仍能變動。，有可能在一次性生產(chǎn)且產(chǎn)量很低（1批量）的情況下仍能獲利。l靈活性基于CPS的自組織網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)業(yè)務(wù)過程的不同方面，如質(zhì)量、時間、風(fēng)險、魯棒性、價格和生態(tài)友好性等，進(jìn)行動態(tài)配置。這有利于原料和供應(yīng)鏈的連續(xù)“微調(diào)”。也意味著工程流程可以更加靈活，制造工藝可以被改變，暫時短缺（例如供應(yīng)問題）可以得到補償，輸出的大量增加可以在短時間內(nèi)實現(xiàn)。“,使其進(jìn)一步鞏固其作為生產(chǎn)制造基地、生產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)商和IT業(yè)務(wù)解決方案供應(yīng)商的地位。令人鼓舞的是,我們可以看到德國的所有利益相關(guān)方在緊密合作，一起向前邁進(jìn)，加以實施?！笨缀矊帲℉enningKagermann）博士教授(acatech國家科學(xué)與工程學(xué)院,通信行業(yè)科學(xué)發(fā)起人集團發(fā)言人,工作組聯(lián)合主席)9“,使其進(jìn)一步鞏固其作為生產(chǎn)制造基地、生產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)商和IT業(yè)務(wù)解決方案供應(yīng)商的地位。令人鼓舞的是,我們可以看到德國的所有利益相關(guān)方在緊密合作，一起向前邁進(jìn)，加以實施。”孔翰寧（HenningKagermann）博士教授(acatech國家科學(xué)與工程學(xué)院,通信行業(yè)科學(xué)發(fā)起人集團發(fā)言人,工作組聯(lián)合主席)l決策優(yōu)化為了在全球市場上取得成功，在短時間內(nèi)能夠做出正確決定變得越來越關(guān)鍵。，使得工程領(lǐng)域的設(shè)計決策可以進(jìn)行早期驗證，并且既可以對干擾做出更靈活的反應(yīng)，還可以對生產(chǎn)領(lǐng)域中公司的所有位置進(jìn)行全局優(yōu)化。l資源生產(chǎn)率和利用效率：在給定資源量（資源生產(chǎn)率）的前提下，得到盡可能高的產(chǎn)品輸出；使用盡可能低的資源量，達(dá)到指定的輸出（資源利用效率）。CPS在貫穿整個價值網(wǎng)絡(luò)的各個環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上，對制造過程進(jìn)行優(yōu)化。此外，系統(tǒng)可就生產(chǎn)過程中的資源和能源消耗或降低排放進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，而不是停止生產(chǎn)。通過新的服務(wù)創(chuàng)造價值機會，比如通過下游服務(wù)。智能算法可用于各種大量數(shù)據(jù)（大數(shù)據(jù)），這些數(shù)據(jù)是為了提供創(chuàng)新服務(wù)而由智能設(shè)備所記錄的。尤其是對于中小企業(yè)和初創(chuàng)公司來說，有顯著的機遇發(fā)展B2B（企業(yè)對企業(yè)）服務(wù)。l應(yīng)對工作場所人口的變化通過工作組織和能力發(fā)展計劃相結(jié)合，人與技術(shù)系統(tǒng)之間的互動合作將為企業(yè)提供新的機會，將人口變化轉(zhuǎn)化為自身的優(yōu)勢。面對熟練勞動力的短缺和日益多樣化的勞動力（如年齡、性別和文化背景），讓人們的工作生涯更長，并且保持生產(chǎn)能力。l工作和生活的平衡使用CPS的公司更加靈活的工作組織模式，意味著它們可以很好地滿足員工不斷增長的需求，讓員工在工作與私人生活之間，以及個人發(fā)展與持續(xù)的職業(yè)發(fā)展之間實現(xiàn)更好的平衡。例如，智能輔助系統(tǒng)將提供新的組織工作的機會，即提供一種靈活的新標(biāo)準(zhǔn)以滿足公司的需要和員工個人的需求。隨著勞動力規(guī)模的縮減，CPS公司在招聘最優(yōu)秀員工方面將具備明顯優(yōu)勢。l高工資仍然具有競爭力然而。不斷變化的技術(shù)也將會對組織方面帶來深遠(yuǎn)影響，它提供了開展創(chuàng)新的商業(yè)和企業(yè)模式、提高員工參與度的機會。20世紀(jì)80年代初，通過將可編程邏輯控制器（PLCs）應(yīng)用于制造技術(shù)，使制造自動化更加靈活，與此同時，通過采用一種基于社會伙伴關(guān)系的方法、管理對勞動力的影響，德國成功地進(jìn)行了第三次工業(yè)革命。德國強大的工業(yè)基礎(chǔ)、。德國有可能克服目前的障礙，如技術(shù)接受問題或勞動力市場熟練工人數(shù)量有限的問題。然而，只有所有利益相關(guān)方共同努力，挖掘物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)為制造業(yè)帶來的潛力，才有可能確保德國工業(yè)的未來。自2006年以來，德國政府已在其高技術(shù)戰(zhàn)略下推動物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)。一些技術(shù)項目已經(jīng)成功啟動。在執(zhí)行過程中下一步順理成章的是建立第四次工業(yè)革命平臺，由德國信息技術(shù)、通訊、新媒體協(xié)會(BITKOM)、德國機械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(VDMA)以及德國電氣和電子工業(yè)聯(lián)合會(ZVEI)三個專業(yè)協(xié)會共同建立秘書處。下一步的任務(wù)就是為關(guān)鍵的優(yōu)先主題制定研發(fā)路線圖。確保德國制造業(yè)的未來——。，只有這樣。2愿景：、網(wǎng)絡(luò)化世界的一部分在一個“智能、網(wǎng)絡(luò)化的世界”里，物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)（theInternetofThingsandServices）將滲透到所有的關(guān)鍵領(lǐng)域1。這種轉(zhuǎn)變正在導(dǎo)致智能電網(wǎng)出現(xiàn)在能源供應(yīng)領(lǐng)域，可持續(xù)移動通信戰(zhàn)略領(lǐng)域（智能移動性，智能物流）和醫(yī)療智能健康領(lǐng)域。在整個制造領(lǐng)域中，貫穿整個智能產(chǎn)品和系統(tǒng)的價值鏈網(wǎng)絡(luò)的垂直網(wǎng)絡(luò)、端到端工程和橫向集成將成為工業(yè)化第四階段的引領(lǐng)者—即“”，程序和過程。其中。智能工廠能夠管理復(fù)雜的事物，不容易受到干擾，能夠更有效地制造產(chǎn)品。在智能工廠里，人、機器和資源如同在一個社交網(wǎng)絡(luò)里一般自然地相互溝通協(xié)作。智能產(chǎn)品理解它們被制造的細(xì)節(jié)以及將被如何使用。它們積極協(xié)助生產(chǎn)過程，回答諸如“我是什么時候被制造的”“哪組參數(shù)應(yīng)被用來處理我”“我應(yīng)該被傳送到哪”等等問題。其與智能移動性，智能物流和智能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相對接將使智能工廠成為未來的智能基礎(chǔ)設(shè)施中的一個關(guān)鍵組成部分。這將導(dǎo)致傳統(tǒng)價值鏈的轉(zhuǎn)變和新商業(yè)模式的出現(xiàn)2。因此，而是應(yīng)該被看作是一系列需要采取行動的關(guān)鍵領(lǐng)域中