《工業(yè)4.0 即將來襲的第四次工業(yè)革命》一書由烏爾里?！ど吕眨║lrich Sendler）等人編著而成。這本書的主體思想是從經濟和科學的角度，深入探討怎樣才能使德國工業(yè)到2030年仍能保持一個成功的全球生產基地的地位。本書每個章節(jié)都從一定角度表達了對工業(yè)4.0的獨特看法，所有這些觀點綜合在一起可以為我們清晰地勾勒出目前工業(yè)產業(yè)發(fā)展所處岔路口的情形。
看完這本書后，筆者嘗試用八個關鍵詞勾勒這本書的要義。
關鍵詞一：復雜性
近幾十年來，技術開發(fā)面臨的最大挑戰(zhàn)是產品乃至系統(tǒng)無限增加的復雜性。與此同時，這還導致開發(fā)和制造的工業(yè)過程的復雜性也傾向于無限增加。從產品方面看，復雜性的增加是由對產品要求的增加而引起的（比如新功能）；從過程方面來看，導致復雜性增加的因素有產品的個性化和地域化、過程的加速、規(guī)章等，增值和合作網絡在全球的擴張也是復雜度增加的原因之一。目標系統(tǒng)產品的復雜性越來越大，處在產品生命周期的參與者所形成的龐大的網絡分支中的過程，其復雜性也越來越大。這些疊加起來是的復雜度呈現指數級增長。
如果不能向新的、更好的整合措施轉化，在提供高效率的同時增大靈活性，那么就會導致進一步的效率損失。傳統(tǒng)的方法、手段和結構不足以穩(wěn)定地控制這種復雜性。同時，在過去幾十年，不斷專業(yè)化的過程中缺少這樣一種教育：理解全局，能領導和負責一個復雜技術系統(tǒng)的開發(fā)。
關鍵詞二：數據
隨著復雜性增加，多方面必須調整現有結構。必須發(fā)展跨學科的體系，其障礙是傳統(tǒng)的組織間的隔離以及專業(yè)的指導。對企業(yè)組織來說還有一個更有意義的問題：如何才能改變目前這種開發(fā)、實驗、生產規(guī)劃、制造和服務相分離的局面？仍然只有軟件和網絡化能解決這些問題。到現在仍處于大規(guī)模分隔狀態(tài)的部門必須做到數據的流通，而且是雙向流通，只有這樣企業(yè)可以依靠共有數據實現逐步改變。
數據將成為能帶來高效增值的極有價值的原始材料。核心的挑戰(zhàn)在于及時訪問數據，了解它們并確定它們之間的關聯，最后為所有的參與者找到有用的結論。當數據真正做到處處實時流動時才會發(fā)生些什么！在工程過程的不同階段會使用多種工具，但是數據保存要確保一致。數據保存的通用性只可能通過全面的產品生命周期管理（PLM）或者說通過全面的系統(tǒng)生命周期管理（SysLM）來確保。
關鍵詞三：軟件
這本書對軟件著墨頗多，在筆者看來可以歸納為一個觀點、一個判斷、一個問題、一種軟件。
一個觀點：軟件：工業(yè)的未來
全書在第二章用標題旗幟鮮明地提出——軟件：工業(yè)的未來。工業(yè)企業(yè)欲在未來長期保持競爭優(yōu)勢，必須做好三件事：提高生產力、加強節(jié)能高效、提高生產靈活性。工業(yè)、工業(yè)產品和服務的全面交叉滲透，這種滲透借助軟件，通過在互聯網和其它網絡上實現產品及服務的網絡化而實現。隨著制造業(yè)中虛擬與現實的交互性不斷加強，生產方式必將因工業(yè)IT和軟件技術的應用而發(fā)生根本性改變。功能性工業(yè)軟件的智能應用和研發(fā)，將無疑成為影響工業(yè)發(fā)展的一個決定性因素。軟件不再僅僅是為了控制儀器或者執(zhí)行某步具體的工作程序而編寫，也不再僅僅被嵌入式產品和生產系統(tǒng)里。數字化轉型涵蓋了幾乎所有生產流程，虛擬與現實世界不斷交互融合，把產品和產品生命周期中的每一個環(huán)節(jié)優(yōu)化整合的軟件已經被推廣到了各個工業(yè)領域。
如今是一個創(chuàng)新軟件與高性能硬件、虛擬網絡與現實生產環(huán)節(jié)交錯的時代。所有產品的開發(fā)和生產過程都需要軟件應用。書中提到軟件對產品設計、生產規(guī)劃、生產工程、生產實施、生產服務以及所有生產流程中都會有重要作用。這部分安筱鵬博士的《軟件視角的未來工業(yè)》報告有非常精彩的論述。
產業(yè)研發(fā)和生產過程是一個統(tǒng)一的整體，工業(yè)企業(yè)必須考慮到產品每一個環(huán)節(jié)的生命周期成本。功能強大的硬件只有靠振興工業(yè)軟件作為支撐，才能使自動化和驅動技術產生根本的革命進步。德國工程聯合會的研究表明，信息技術和機械制造的自動化技術支出已占當前（2013年？）生產支出的30%，2015年將達50%。專家估計，當前（2013年？）純工業(yè)軟件的世界市場份額已達180億歐元，并且每年8%的增長趨勢。
一個判斷：從量變到質變
開發(fā)和集成的軟件數量到達某個點時，工作本身會發(fā)生質變。幾乎所有公司最終都會到達一個點，在這個點上軟件不再是一種添加進來并且必須重視的東西，而是簡單明了地成為主角。其它任何東西都和軟件有關，甚至都由軟件所決定。筆者很好奇這個由量變到質變的拐點有何特征？何時會到來？
一個問題：工業(yè)企業(yè)成為軟件企業(yè)？
書中提出一個很有意思的問題：企業(yè)應該、可以、還是必須部分乃至完全成為軟件供應商？或者說軟件有沒有重要到必須為它建立一個子公司？
從代碼量來看，洛克希德·馬丁已經超過微軟成為世界上最大的軟件公司；西門子通過數十次并購軟件公司已經成為世界十大工業(yè)軟件公司；我國的寶信軟件公司便是脫胎于寶鋼集團……
企業(yè)軟件化是趨勢所在，相關內容筆者將另文闡述。這里想提一點，政府政策文件也鼓勵有條件的工業(yè)企業(yè)剝離信息技術業(yè)務，把具有相對獨立的軟件研發(fā)機構或信息化部門從自身剝離出去，成立獨立公司并單獨運作。但在具體執(zhí)行層面，有些工業(yè)企業(yè)把自身的軟件業(yè)務剝離出去成立的軟件公司后，只是為了享受軟件公司的稅收等優(yōu)惠政策，并且子公司的軟件只是銷售給母公司，母公司再集成后銷售。相當于左手倒右手！類似于兩個人各自帶孩子，GDP為0；換種方式，你為我?guī)Ш⒆?，我付費1000，我為你帶孩子，你付費1000，GDP為2000。
一種軟件：工業(yè)APP的原型
國外似乎沒有工業(yè)APP（industrial application）這個詞，如果說工業(yè)互聯網是舶來品，那么工業(yè)APP則是地地道道的“自主原創(chuàng)”。但并不意味著國外沒有在做類似的事。
這本書提出有預制的、可參數化的功能部件和模塊隨時準備讓人們取用，這些部件是獨立于中心式或分散結構的自動化設備的，利用程序模塊（應用模板）可以簡潔地構建這些模塊，并且做數據上的關聯。工程設計工具中提供這些模塊既可以簡化編程，又可以使軟件的重復使用變得容易。編程環(huán)境必須足夠開放，以便用戶可以用定制模塊的形式引入自己的技術知識。這不就是國內熱炒又眾說紛紜的工業(yè)APP的原型嗎？！
關鍵詞四：模型
模型是預測、優(yōu)化以及決定是否對系統(tǒng)進行干預的基礎。分析大數據可以讓我們更好地理解智能對象和智能對象系統(tǒng)。理解它們可以借助模型來對系統(tǒng)進行數學描述。模型的行為可以同真實情況進行比較，例如傳感器數據和物流網數據進行比較，并以這種方法不斷地改進模型，直到模型和智能對象或者系統(tǒng)建立了足夠精確的關聯。
我們需要以某種方式對系統(tǒng)結構進行建模，并且確保此模型能夠作為相應系統(tǒng)數據管理模型的基礎，然后使系統(tǒng)的開發(fā)過程以完全不同的形式進行系統(tǒng)化。隨著信息物理系統(tǒng)（CPS）的應用，產品定義方式將是基于模型的定義。
從IT技術的角度看，向建立在語義一致性基礎上的模型的應用過渡很重要。為了解決超大型目標領域的本體一致性問題，需要建立更好的協調關系，更好地整合目前被區(qū)別看待的目標領域，包括產品領域（電力、電子、軟件和機械）、利益相關方（組織單位、角色）和增值網絡中的過程，也包括各種增值網絡內部產品全生命周期的各個階段。這一整合的基礎在于語義上的統(tǒng)一，即對增值實體、過程和擴大的目標領域（建模）內部數據進行形式的和一致性的描述。
關鍵詞五：系統(tǒng)工程
德國聯邦政府2007年開始實施尖端集群競賽，北萊茵-威斯特法倫州的it`s OWL（東威斯特法倫—利普智能技術系統(tǒng)）是其中的代表。除了信息通信技術，系統(tǒng)工程是it`s OWL的第二根支柱。首要目標是通過合適的開發(fā)方法塑造極為復雜的技術系統(tǒng)。
隨著復雜性的不斷增加，其中軟件技術應用比例不斷擴大和嵌入式的電子技術，現今產品的特點與傳統(tǒng)產品相比有很大的不同，都具備一定的系統(tǒng)特征。由于產品系統(tǒng)化的過程具有多樣化的特點：日益開放的系統(tǒng)、數據交換、集成。
產品開發(fā)不可避免成為系統(tǒng)工程。根據INCOSE規(guī)定，系統(tǒng)工程是一門學科，其職責是創(chuàng)建和實施一個跨學科的流程，以確保能夠在整個產品生命周期內實現高品質、可靠、性價比高和在預定的時間內達到客戶和利益相關者的要求的目標。
系統(tǒng)一般會顯示出跨學科的技術設計、復雜多樣的表現和內外部緊密的依賴關系。需要機械工程師、電氣工程師、計算機工程師、機電一體化工程師和數學家要共同合作進行跨學科的開發(fā)。必須從傳統(tǒng)產品研發(fā)中成熟的模塊設計原理中進一步開放出一種方法，通過這種方法不僅能夠控制純粹的模塊元件組裝，而且還能靈活掌握集成子系統(tǒng)的技術。
有針對性的系統(tǒng)工程的重點在于減少復雜性。這意味著為了能夠拋開技術細節(jié)對系統(tǒng)的主體進行研究，應有一個盡可能抽象的簡化模型。這樣做的最大優(yōu)勢是可以將系統(tǒng)的功能性和邏輯性與實現它們的技術分離解耦出來。一個全面的系統(tǒng)生命周期管理方法的關鍵因素在于系統(tǒng)工具模型的開發(fā)。這種系統(tǒng)工具模型必須以結構化方式包含系統(tǒng)的所有主要數據，并且以特殊的方式采用軟件、電子和機械的組合。
所有學科（機械制造、電子設備和軟件）的設計方法和計劃方法，都要經過檢驗，以確定它們能否符合產品開發(fā)的現代化跨學科過程模擬的標準，能否轉化為一個綜合和跨學科的通用解決方案、跨學科工藝解決方案和IT解決方案。系統(tǒng)工程通過對產品整個生命周期進行跨學科思考來解決這個產品開發(fā)問題。由此應運而生的基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE），這是一種以開放階段特定的數字系統(tǒng)模型為基礎，貫穿于整個產品開發(fā)過程的跨學科方法。
現今的系統(tǒng)是“異度物理系統(tǒng)”，由軟件組成部分、電子組成部分以及機械組成部分和物質實體構成。這類系統(tǒng)模型的建模也是開發(fā)的一項重大挑戰(zhàn)。半公式化的建模語言如UML或SysML和基于模擬的建模語言如Maltlab/Simulink、Modelica以及VHDL都支持跨學科系統(tǒng)開發(fā)。
關鍵詞六：集成
以信息技術為基礎，整合軟硬件的系統(tǒng)又被稱為嵌入式生產系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應用，一方面使得企業(yè)與企業(yè)之間縱向一體化程度加深；另一方面，在從預訂到交貨的橫向一體化中，各個環(huán)節(jié)也被緊密聯系起來了。
將虛擬和現實世界融合，實現從車間到公司管理層的雙向信息流和數據協同優(yōu)化是通往“工業(yè)4.0”的必由之路，全面集成是實現“工業(yè)4.0”的必要條件。關于“縱向集成”、“橫向集成”、“端到端集成”，安筱鵬博士在《工業(yè)4.0 為什么、是什么、如何看、怎么干》中有精要的論述。
關鍵詞七：數字化企業(yè)
工業(yè)領域的數字化需要
拆除阻擋在各學科之間的“壁壘”是數字化企業(yè)發(fā)展的前提。所有類型的數據，特別是只能用數字化表現出來的數據類型，都必須保證無需復雜轉化過程即可被相關參與者實時使用。產品研發(fā)過程是一個大規(guī)模迭代過程，必須確保數據在繁復的變化中隨時可以被長久保存下來。特別是在協作工程環(huán)節(jié)，需要考慮的要求不僅是數據格式、接口，還應該考慮通用的數據管理。因此在關鍵領域必須使用統(tǒng)一的數據模型。
利用虛擬技術，將物理活動變?yōu)閿底只顒?，以使開發(fā)活動變得更加靈活，優(yōu)化資源配置，甚至要事先生產元素的逐個優(yōu)化。利用工業(yè)軟件，實現了價值創(chuàng)造鏈各個環(huán)節(jié)的緊密相連，優(yōu)化生產過程。
關鍵詞八：人
書中指出“工業(yè)4.0”時代并不是機器或者軟件取代人，相反，人的能動性在“工業(yè)4.0”的發(fā)展進程中所起到的作用有增無減。新型的生產模式不僅要求員工對日益增長的復雜性有一定的掌控能力，還要求員工對工作有認真負責的態(tài)度。員工從“服務者”轉變成了操縱者、協調者。未來的生產需要員工作為決策和優(yōu)化過程中的執(zhí)行者。并且當虛擬和現實世界高度融合的時候，知識和生產也是彼此間相互增長的，未來的崗位會更加注重技術專業(yè)性，這對人才培養(yǎng)是一個很大的挑戰(zhàn)。
