2.5　优先行动领域

工业4.0是一项复杂的计划，它包括几个部分重叠的领域。2012年10月，工业4.0工作组提出了全面征集中长期研究建议。为对建议的重点关键领域优先执行，以下各小节主要讨论工作组认为需要采取的具体产业政策和业务决策。为了规范实施过程，成立了工业4.0平台。

2.5.1　标准化和开放标准的参考体系

如果工业4.0是为了通过价值网络使公司间联网和集成，则需要制定相应的标准。标准化工作将需要把重点放在规定的合作机制和信息交换方面。完整的技术说明和这些规定的执行被称为参考体系。

因此，参考体系是一个通用模型，适用于所有合作伙伴公司的产品和服务。它提供了工业4.0相关的技术系统的构建、开发、集成和运行的一个框架。它构建了软件的应用程序和服务架构（见图2-11）。

由于工业4.0的价值网络包括不同业务模型的公司，参考体系的作用是将这些不同的方法统一到一个单一的共同方法。这将需要合作伙伴们就基本结构原理、接口和数据等方面达成一致意见。

制造业系统的示例中提出了一些不同的方面，需要被集成到一个参考体系中。

•　从制造过程中的加工和运输功能角度来看，制造系统中特定的网络设备（智能）有自动化设备、现场设备、现场总线、可编程逻辑控制器、操作装置、移动设备、服务器、工作站、网络接入设备等。

•　从制造环境中软件应用的角度看，有数据采集传感器、顺序控制、连续控制、运营数据、机床数据、处理数据、归档、趋势分析、规划和优化功能等。

•　从一个或多个企业使用的软件角度看，有业务规划和管理、公司间的物流或配套价值网络，包括与制造业环境相关的接口和集成。

•　从制造系统的工程视角（产品生命周期管理/ PLM）看，这可能涉及使用数据衍生制造过程中所需的资源（诸如机械和人力资源）。此外，它将有可能在机械、电气和自动化技术性能方面优化机器，面向制造系统设置和联机的需要，同时也要考虑操作和维护的便利。

挑战

第一个挑战是在下列领域中，把目前业已存在的处理问题的不同方式集中起来，并建立起一个共同认可的方式。

•　生产工程、机械工程、工艺工程；

•　自动化工程；

•　IT和互联网。

由于工业4.0将需要公司之间在机械和设备制造、自动化工程和软件业之间进行合作，因此第一步是要在基本术语上达成一致。

尽管一些既定的标准已经在各技术学科、专业协会和工作组中使用，但是缺乏对于这些标准的协调。因此，有必要将现有标准，如在自动化领域（工业通信、工程、建模、IT安全、设备集成、数字化工厂等）的纳入一个新的全球参考体系中。

参考体系不能以自上而下的方式发展，因为它需要整合不同学科的规范标准，而自上而下的方法通常会花费太长的时间。因此，从不同的出发点推动参考体系渐进性地发展更合乎情理，如图2-12所示。在这方面，必要的策略是：将目前经常发生在地区情况基础上的特定项目，逐步转换成在一个国际标准下加以实施。这样做能确保接口保持技术稳定，使用多年，以保持已有基础设施的价值。

在互联网上，标准化的方法是基于目前机械和设备制造业常态下的不同范式，例如：

•　开放的操作系统。例如Linux系统，一个由100多个国家，超过2000多家企业、研究机构和个人参与开发的开源操作系统，它发展和维护成世界上最成功的操作系统之一。

•　开放式开发工具。一个包括超过1500名开发人员和以百万计的用户参与的软件开发社区，为要求苛刻的应用程序提供开发建模。

•　开放式通信基础设施。“征求意见稿”是由成立于1969年7月4日的互联网协会出版的技术和组织文件。它们被广泛接受和使用，从而被转化为事实上的标准。著名的例子包括因特网协议和电子邮件协议。这些范例使标准化工作进展更为迅速。

最后，对参考体系建立信任是很重要的，特别重要的是要知道如何进行数据保护。确保参考体系的预定用户以适当的方式全方位地参与早期的设计，也很关键。

建议采取的行动

工业4.0工作组建议在工业4.0平台下设立一个工作组，专门处理标准化和参考体系的问题。工作小组的职权范围包括以下任务：

•　建立对目标、利益、潜力和风险、可能的内容和实施策略的共同理解，以便建立互信，从而支持联合执行措施。专业协会应带头建立互信措施。

•　瞄准关键术语和后续生产，制定通用的“工业4.0术语表”。此外，应该对以下与工业4.0具体内容有关的问题给予重点关注。

•　模型共性（底层的核心模型、参考模型、架构设计）。

•　工业4.0服务架构标准。

•　超自动化水平的程序和功能的描述标准。

•　术语标准及使用。

•　了解自治和自组织系统，包括它们的策划、运作和安全。

•　特性维护和系统结构描述。

•　改变现有的架构方法。

•　制定自下而上的路线图，概述目前存在的标准化机构。现存的“自动化参考架构”方法和实例将被标示在路线图上。在当前工业4.0和识别集群主题尚未覆盖的背景下，这可作为评估不同的主题进一步发展和迁移的基础。

•　考虑到成本效益和时间的限制，开始生产工作将依据自上而下的路线图。应该采取一种全面的方法，在标准化和个性化之间实现合理平衡。结构应该公开和透明，所有的利益相关者应该参与到标准的开发和应用中。许可模式也应得到解决。

•　“工业4.0社区”发展的成员来自多个不同的公司，对参考体系的技术实施负有责任，能使其运行起来，并使其得到长期的维护。这将需要选择合适的许可模式和合适的社区规章。

•　由其他任务组成的工作组。任务包括协调、建议、评估、沟通和激励。

工作组还建议建立适当的旗舰项目，以展示成功开发和部署的参考体系。

参考体系的其他主题包括端到端工程产品及其相关的制造系统或管理和控制制造工艺的高动态技术的实时进程通信。

2.5.2　管理复杂的系统

产品以及其相关的制造系统变得越来越复杂，这是由于功能增加、产品用户特定需求增加、交付要求频繁变化、不同技术学科和组织日益融合以及不同的公司之间合作形式迅速变化的结果。

建模可以作为一种手段管理这一日益复杂的系统。模型代表与正在考虑的问题有关的真实或假设的情景。模型的使用是数字世界的一个重要战略，对于工业4.0来说也是至关重要的。

两类模型之间存在根本的区别

•　规划模型提供了工程师创造价值方面的透明度，从而使复杂系统的建立成为可能。例如，工程师通过示意图来表现他如何使用适当的功能来满足系统的要求。因此，该模型包含工程师的知识。

•　解释性模型描述现有系统，其他人通过模型可以获得这一系统的知识，通常需要采用不同的分析方法，如仿真。例如，它可以用来仿真计算一个工厂的能源消耗量。解释性模型通常用于验证工程师的设计选择。

数字世界通过规划模型对现实世界的设计产生重要影响，而现实世界也通过解释模型影响数字世界中模型的使用。

模型通常包含形式化描述，这意味着它们可以通过计算机处理，让计算机接管日常工程任务，如执行计算或其他重复性工作。因此，模型的好处之一是它们允许体力工作实现自动化，并在数字世界加以执行，而此前这些工作是在现实世界中操作的。

模型提供了巨大潜力，不仅用于工业4.0。例如，它们允许在一个项目中通过早期检测错误或早期验证系统的要求和提出的解决方案来满足这些需求，减少风险。或者，也可以提供一个透明的信息流，通过增强跨学科合作和促进更一致的工程数据，实现高效工程。

解释模型描述了现实世界中的交互和行为，在开发和设计阶段起到验证作用。在未来，它们将主要部署在生产阶段，以检查生产是否运行平稳，检测磨损状况，而无须停止生产或预测组件故障和其他干扰。

挑战

企业，特别是中小企业，仍无法基于模型模拟使用标准的方式来配置和优化制造工艺。工业4.0的一项主要挑战是在更广泛的工程领域提高对模型潜力的认识，而工程师提供方法和工具，使其能够在虚拟世界中使用适当的模型来描述真实世界的系统。

某些情景下（如化学物生产过程中的相互作用）不存在合适的模式或很难将他们描述为一个正式的模型。

与不明确使用模型相比，为工业4.0开发明确的模型在初期需要较高的资金支出，因为可以降低后期成本的增值活动被提到早期阶段。这立即引出了建模是否具有成本效益的问题。答案显然是要看它针对的是何种业务。在高产量行业（如汽车行业）或有严格安全标准的行业（如航空电子行业），公司更有可能接受较高的初期投入。如果公司只生产小批量或个性化产品，则不太可能这样做。在这方面，客户的具体活动费用和与客户无关的活动费用的比例，也起着重要作用。模型成功的关键是它们应符合成本效益，并且得到有效应用，不只用于设计阶段，而且也能用在随后的阶段，包括操作。

建模与仿真只能由合格的专家来实施，因此，有关企业应给这些专家提供合适的职业机会。而目前机械工程行业中小企业的员工，谁被认为在这个领域是合格的，则往往会被视为“怪人”。

一个全面的方法应是为工业4.0“引进来”模型。首先，这就需要对产品和制造系统综合考虑，既要为它们配备模块化的设计，又要确保不同学科的参与（如制造工程、自动化工程及IT）。其次，对实际发生在工厂的开发、工程和制造工艺等过程也必须全面地考虑。最后，建模需要高效的软件工具，为优化和调整提供必要的功能，使它们能与现有的工具和流程集成在一起，并使其与推广战略相一致，如图2-13所示的CPS平台参考体系示例。

建议采取的行动

工业4.0工作组建议在工业4.0平台下成立一个工作组，专门处理与建模管理复杂系统有关的问题，特别是在制造工程领域。工作组的职权范围应包括以下任务：

•　有代表性的调查应聚焦到建模领域最迫切的要求，集中到执行中最重要的方面，而不是宽泛的覆盖到整个多学科的工业4.0全域。

•　最佳实践应实现共享，尤其是在中小企业间，向从业者和决策者宣传建模的重要性。潜在的主题可包括模块化、虚拟新创企业或数字工厂。此外，应安排适当的活动，讨论进入壁垒和迁移策略。还应为相关组织和专家团队提供协调服务，作为一个一站式服务点为（潜在的）用户回答模型建设问题。

•　工作组应鼓励工具的用户建立共同的用户群，如工具制造商（产品经理、建筑师）和培训人员，以期通过参与其中来更好地相互了解。对于工业4.0主要供应商，重点应该以“机器及设备制造”为目标用户群，为工具制造商提供一个平台，提供满足他们需求的最佳解决方案（如集成、端对端能力、缺点和潜力）。最好能邀请特定工程工具的用户群，参与相关的议题。

•　此外，工作组应该建立适当的指导方针和行动建议。

除了平台的活动，在建模和系统工程方面应做出有针对性的努力，提供培训及持续职业指导（CPD）。这既为年轻工程师提供适当的培训，也为经验丰富的工程师提供适宜的持续职业指导。培训的内容应专门面向制造企业的要求。

工作组还建议建立适当的旗舰项目，部署和测试现有的建模方法和工具，以说明在不同情况下建模的价值（工程与操作、大规模生产与小批量或个性化产品、制造业与加工工业、内部设计制造与公司间合作生产、生产与物流等）。

2.5.3　为工业提供一个全面宽频的基础设施

如果CPS是在一个广泛的基础上推出的，一般来说有必要建立一个比目前的通信网络能够提供更高容量和更高质量的数据交换基础设施。

工业4.0的核心需求是提升现有的通信网络，以提供可保证的延迟时间、可靠性、服务质量和通用带宽。为与国家IT峰会在《2011年的数字基础设施年鉴》中提出的建议一致，需要在德国及其制造伙伴国家之间大规模地扩大宽带互联网基础设施建设。

高运行可靠性和数据链路可用性是机械工程及自动化工程应用的关键。有保证的延迟时间和稳定的连接是关键，因为它们直接影响应用程序的性能。网络运营商应该多做些工作，以满足企业的意愿：

•　绑定可靠的SLA（服务水平协议）；

•　通信容量的可用性和性能；

•　支持数据链路调试／跟踪，尤其是提供相关的技术援助；

•　提供广泛可用／有保证的通信容量（固定／可靠的带宽）；

•　所有移动网络运营商之间的短信传递状态通知；

•　标准化的应用程序编程接口（APIs）的配置，要涵盖所有供应商（SIM卡激活／停用）；

•　资费管理；

•　移动服务合约的成本控制；

•　服务质量（固定带宽）；

•　负担得起的全球漫游；

•　广泛使用的嵌入式SIM卡；

•　以卫星为基础的解决方案（在人烟稀少的地方）。

不只是工业4.0需要这些基础设施，所有CPS应用也都需要，包括在能源和医疗保健领域中的。

挑战

一个有效的宽带基础设施是有大量的用户访问，总体要求是简单、可扩展、安全、可用和支付得起。

建议采取的行动

工业4.0工作组强烈建议实施扩大德国的宽带互联网基础设施，即第二工作组在2011年全国IT峰会建议的“数字基础设施”。有必要对具体应用进行研究，以建立工业4.0所需的确切带宽和实时能力。

按照第二工作组的建议，工业4.0工作组还建议扩大德国的宽带互联网基础设施。

2.5.4　安全是工业4.0成功至关重要的因素

对于生产设施和它们制造的产品来说，安保是其中的两个关键环节。一方面，它们不应对人或环境（安全）构成危险；另一方面，生产设施和产品，尤其是数据和它们所包含的诀窍，需要加以保护，以防止误操作和未经授权的访问（安全）。与后者相比，前者多年来已成为生产设施及其制造产品设计方面重要的考虑因素。生产安全受整体机制所规范，其法规和标准管理着此类系统的建设和运营。

这些规章样本包括欧洲机构方针2006/42/EG和德国的设备和产品安全第九章的变更形式。

自从20世纪60年代末信息技术首次与机电相结合（工业3.05）以来，制造业环境中对于生产安全和信息安全的要求就急剧增长，为操作过程中的安全提供确凿证据变得更加复杂，同时，信息安全也逐渐显现出来。那些已出现在工业3.0（“公测版本”的工业4.0）的许多安全问题尚未得到完全解决。尤其是安保措施往往实施得很慢而且经常只提供部分解决方案。随着工业4.0的来临，有关安全的进一步要求势必会提出。基于CPS的工业4.0的制造系统涉及高度网络化系统结构，将大量的有关人、IT系统、自动化元件和机器信息纳入其中。高容量且通常是时间性强的数据和信息交换发生在技术系统组件间，其中许多是自主行为。同时，更多的参与者涉入到整个价值链。然而，安全问题总是整个系统的特性。因此，除了运营安全问题，广泛的网络和假设潜在的第三方访问至少意味着一系列全新的安全问题呈现在工业4.0背景中。只有以下两点付诸实践，才有可能使工业4.0得以实施并让人们接受它。

（1）从设计上保障安全是一项关键的设计原则。在过去，针对外部攻击的安全通常由物理措施来提供，例如访问限制或其他中控安全措施。基于CPS的生产系统中，在某个时间点上简单地将安全功能注入系统是不够的。在涉及安全问题的所有方面，必须从一开始就被设计到系统中。

（2）需要制定和实施IT安全策略、架构和标准，以赋予CPS系统高度的保密性、完整性和可用性，使得这些高度网络化、开放和异构组件间可以相互作用。要保护数字化过程中的诀窍、知识产权和数据。通常每一个制造商和运营商，不论是相对于外面世界，还是隶属不同的运营商和（或）制造商的相对另一方的组件，都需要一个适当的、可靠和负担得起的解决方案。

因此，在工业4.0中总是需要采取全球性安全措施。必须要考虑信息安全措施（加密程序或认证程序）对生产安全的影响；反之亦然（“一个子系统中的特定关键安全功能是否会增加网络攻击的风险？”）。

此外，鉴于目前的情况，还需要一个关于安全的工业4.0双重策略。首先，现有的工厂必须升级安保措施，以满足新的要求。通常机械寿命长和创新周期短，与外部的和在某些情况下很难联网的陈旧基础设施一起，意味着这将不会是一件容易的事。其次，要为新的工厂和机器制定解决方案。从第三次到第四次工业革命的过渡应该尽可能无缝，而且能以清楚地被所有利益相关方理解的方式来实现。两个支柱对策的关键是在整个价值链中所有执行者的安保问题及相关的架构，在实施前要达成共识。

挑战

在工业4.0中，对安保挑战有不同类型。撇开技术挑战，成功的安保解决方案必须要解决商业、心理和教育问题。例如，企业界目前缺乏完全标准化的操作平台来实施足够的安保解决方案。这些方案要针对企业的具体需求，不要让企业仅仅看为是成本驱动的，从而往往无力对企业现有的基础设施进行扩大或升级，特别是因为许多安全保护解决方案最初是为其他行业或应用而开发的。此外，安全意识往往起着关键作用，特别是IT安全问题。目前不同行业的安全意识水平差异太大，考虑到工业4.0将使价值链中不同合作伙伴间的网络联系与合作不断增加，合作伙伴彼此间的信任（安全及信任）将需要提升到更高水平。

机械和设备制造商越来越意识到软件的增值潜力，这将使制造设施及机器中的软件组件数量急剧上升。然而，人们对相关的IT威胁仍然知之甚少。自公众就恶意软件，如Stuxnet、Duqu和Flame展开辩论以来，工业IT安全问题才开始在自动化行业中讨论。此外，在提供和维持安保方面，软件也发挥着越来越重要的作用，但是必须要实施的、方案有效的制造过程，仍未走上正轨。

总体而言，与迄今的案例（尤其是安全设计方面）相比，工业4.0将需要一个更积极的安保方案。同时，一旦系统发过程结束，特定安全保护问题已经发生，安保问题往往只能被动地提出。然而，安保解决方案这一迟来的实施，既昂贵，往往也不能提供一个解决相关问题的永久方案。因此，安保不能简单地分解为功能部件，而应该视为一个过程加以发展。为了实现更快的响应时间，通过监测和跨部门综合信息交流来提供支持，也是很重要的。同时，由于风险评估指标监测不足，特别是与工业IT安全相关的方面，安保事故信息的交换几乎没有。在这些方面采取措施将有助于阻止病毒的传播或识别网络攻击。“安全”是指技术系统（机器、生产设备、产品等）不应造成人或环境的危险；而“安全”是指系统本身也需要加以保护，防止滥用和未经授权的访问（访问保护、安全攻击、数据和信息安全）。

建议措施

作为网络安全问题研究的一部分，联邦信息安全办公室（BSI）列出了当前对工业控制系统（ICS）威胁最严重的十大名单。工业4.0工作团队已与多位专家一起，形成了一份安保方面的包含8个优先行动领域的名单。

1．集成的安保战略、架构和标准

工业4.0需要修改安保策略以及其在整个系统生命周期内相应原理和方法的系统应用。这就要求以建立“知识库”作为这种方法的基础。这使得目前所用的策略和流程将可以应用于过程自动化和机电工程等行业，以便使IT、汽车和航空航天行业应用的安保策略和流程适于工业4.0的特殊要求。

•　需要研究开发隶属于不同厂商和运营商间基于假设开放、协作子系统的安保策略。这些策略要基于那些在受到威胁情况下可初步开发用于个别行业，如机械工程或汽车供应链行业，但这些策略最终还是要适用于所有行业。

•　确保相关策略和系统的研发与其他安保研究项目的紧密协调非常重要。这些项目包括身份证据的安全、网络安全或关键基础设施保护，以及知识与其他行业的交换，如汽车和航空工业。

•　建立在这些策略之上的制造系统安保架构，应该被定义为工业4.0方案的参考架构。应尽可能使它们都能向后兼容现有的工业3.0系统。

除了确保工业4.0成功的关键方法和程序的标准化，这些参考架构也可以用来测试那些已定义的测试设备以及已被建立起来的程序。这些程序可以用来测试从个人计算机到网络的机器和应用阶段的各个层面上的整体安保系统。参考架构还可以作为给那些新的尤其是现有子系统发放安全分类和证书的基础。因此，这种方法构成了迁移策略的组成部分。

2．产品、工艺和机器身份识别的独特性和安全性

在整个制造过程中，安全信息交换是工业4.0被认可和成功的关键。这适用于机器及其部件、所交换的数据、受影响的过程及其所涉及的组织单元。要启用此交换，单独的机器、过程、产品、元件和材料具有的独特电子身份识别是必要的。而且，最好是发放一种包含风险细节的“安全护照”的组件。这些风险已经被考虑到，在开发过程中可以抵消，并且这些风险需要集成者、安装人员、操作员或用户也都考虑到。护照还包含上面提到的安全分类。

作为安全身份的一部分，这些“安全护照”可以嵌入CPS的生产环境中，在它发展和在生产过程中都能成为整体安全系统评级的基础。安全评级会考虑产品的价值、潜在的威胁以及修改或相应的对策。因此，“安全标识”的战略性对策应扩展到“产品”“机器”和“过程”，而且应该像实物产品一样，纳入虚拟产品。

3．从工业3.0到工业4.0的迁移策略

迁移策略的目标是逐步提高目前工业3.0设施（有可能继续使用相当长一段时间）的安全性，并且为转换到工业4.0做好准备。然而，异质性、使用寿命长以及现存制造设施个性化本质都阻碍了IT安全解决方案共同标准的发展。因此，除了上述评估现有设施的当前状态，迁移策略的发展也将需要一个标准化过程模型。这一模型可使个人安全解决方案快速实现、务实和更具成本效益。该程序可以通过调整现有（通用）的IT安全流程来实现：基于个人安全目标，找出弱点和威胁，随后建立一个措施目录并加以实施。

4．用户友好的安全解决方案

人们往往对那些用户不友好的流程和应用避而不用，这可能会对安保解决方案，特别是在高度网络化的环境下造成致命后果。因此，有必要制定面向用户需求、拥有友好用户界面的安保解决方案，从而保证应用系统得以执行。从最初设计阶段起，这些因素就应在工程、经营权，包括维护过程中予以考虑。

5．商业管理方面的安保

不可避免的是，安保始终是成本因素。当机器发生故障时会造成直接影响（如降低营业额）和间接影响（如客户、供应商、合作伙伴的赔偿要求或对公司形象造成损害），然而，到现在为止，很少有厂家利用保险来处理因IT问题所造成的损失。因此，有必要制定能够更加清楚地计算工业4.0本身风险和相关安全解决方案成本的方法，而不是在一个真实或怀疑受到威胁事件发生时，转变成关停生产设施。

6．安全保护与打击盗版产品

成功的产品始终会成为盗版的目标。因此，在一个全球性的市场中，保护知识产权是高工资经济体存在的关键。与这种现象有关的问题并不局限于其对销售的影响，也包括企业形象受损和技术先机的丢失。在最极端的情况下，昔日的盗版者甚至可以成为竞争对手。此外，问题不仅限于往往相当复杂产品的物理复制——企业和产品技术先机的被窃现在也变得越来越普遍，尤其是对目前而言仍然很容易复制的软件或配置这种形式。

7．培训和（内部）持续职业发展

对于一个组织的所有成员，了解与IT安全问题相关的知识是必不可少的。这对于提高所有人的安全意识是至关重要的。这里所说的成员包括参与生产的所有人，从熟练的机器操作员、安全软件开发员到设备工程领域工作的规划师。在商业工程中实施安全方案，仅仅安装技术产品还不够，即使它对用户是友好的（见上述第4点），员工也需要得到充分的相关安全要求的训练。在生产环境中，适当提高认识的活动有助于克服目前这方面的短板，而在高等教育机构引入这一主题的必修课，将有助于为未来的劳动力做好准备。

8．工业4.0中数据保护的“社区建设”

工业4.0将需要更严格的数据保护计划，例如通过智能工厂或智能辅助系统的机器来记录和分析员工的健康信息，这在技术上是可行的。在德国，个人信息的使用是一个特别敏感的问题，因为信息自决权受到很多关注。因此，建议数据保护的话题应在“安全标识”的初始战略、联邦信息安全（BSI）、联邦和地区数据保护专员、工会及劳资联合会间的密切合作中得到解决。

为了确定优先次序以制定路线图或产生一个需求目录，对工业4.0平台需要进行深入的讨论。在设想工业4.0最佳解决方案时，不只要考虑到如何提供机器和部件间的安全通信，而且还有个体机器固有的安全问题，这是很重要的。建议将重点放在务实的解决方案上，这相对于现有的，无须等待长期“理想”解决方案研发的设备来说，是能够立即实施的。

德国在复杂IT安全解决方案和安全领域都占据世界领先地位，德国安保专家在全球范围内也享有良好的声誉。然而，传统的IT安全产品绝大多数在其他国家生产，如美国和以色列。通过借鉴其在制造、自动化工艺、机电工程和嵌入式系统方面独特技术先机所提供的竞争优势，在CPS和CPS产品平行发展的同时，德国有机会建立自己的安全行业——工业4.0。重要的是要迅速采取行动，以确保这一优势能够在工业4.0中充分发挥其潜力。工业4.0需要开发技术和组织解决方案。在企业中，利用专业的方案是很有必要的，保护工人的组织与实践培训是实现方案的关键。

2.5.5　数字化工业时代工作的组织和设计

工业4.0对工作环境会有什么影响？在分散的高技术经济体中CPS普遍存在的情况下，企业与社会将面临怎样的责任？工作中如何应对这些变化？面对未来日益发达的自动化和实时导向性控制系统，我们怎样确保人们的工作是愉快、安全与公平的？这些问题的答案决定着是否有可能通过广泛的自动化控制、以知识为基础和与传感装备制造系统调动已有的创新和生产力储备，并确保竞争优势。

创新不应仅聚焦在克服技术难题上。由于员工在执行与吸收技术创新中起着关键作用，因此，创新的范围应扩展到包括工作与员工技能的智能组织。随着开放虚拟工作平台与人机交互系统的广泛使用，员工的角色会发生很大变化。工作内容、工作流程和工作环境会发生转变，同时导致对工作灵活性、工作时间规章制度方面和医疗保健以及人们业余生活方面产生影响。因此，为了使未来获得成功的技术集成，需要形成创新的社会组织。

挑战

在工业4.0时代，工作性质很可能将在管理复杂局面、抽象工作与解决问题方面对所有的劳动力提出更高的要求。员工需要有更强的主观能动性、极好的沟通能力以及组织自身工作的能力，简单说，就是对员工的主观能力和潜力提出了更高的要求。同时，也会在丰富的工作内容、更有趣的工作环境、很好的自主性和个人发展方面提供更多机会。

然而，新的虚拟工作场所的要求也对维持和保护人才资本的安全构成了威胁。随着技术集成的不断提升，员工需要更具灵活性和处理更多要求苛刻的任务，同时，虚拟世界与员工实际工作之间的冲突也会上升。渐渐形成的无形虚拟的商业与工作模式会导致员工失去控制或在工作中出现疏离感。也有可能是新老矛盾叠加导致大量的创造力和生产效率丧失和员工工作量增加的倾向。

最后，需要考虑的重要一点是制造业中出现越来越多的信息技术对招聘员工数量的影响。简单体力劳动者的需求将会不断下降，这会对一部分员工特别是半技术工人的就业构成威胁。这样的情况对于员工本身讲是不能接受的，从社会融合这一广泛的公众观点来说也是如此，而且也会严重阻碍工业4.0的成功实现。

技术与工作组织协调一致

智能工厂提供一个创建新的工作文化环境的机会来满足劳动人员的利益。然而，这种可能性并不是简单的自然而然就可以实现的。采用合适的工作组织和设计模型将是至关重要的，这种组织模型可以将高度的个人责任感和自主权与分散的领导和管理方法相结合，让员工拥有更大的自由来做出决定，更多地参与和调节他们自己的工作量，同时又能支持灵活的工作安排。

技术可用于不同的工作，系统可以对一个人工作的微小细节实施严格的控制，或者配置一个开放的信息来源，员工以其为基础做出自己的决定。换句话说，人们的工作质量并不是由技术或任何技术约束决定，而是由模拟和执行智能工厂的科学家和管理人员决定的。

因此，有必要采用一种“社会技术方法”组织工作，将持续的职业发展措施和技术及软件架构紧密配合，来提供一个单一的、连贯的解决方案。该方案专注于在贯穿整条价值链的员工和／或技术操作系统之间提供智能、合作和自我组织的相互协调机制。

“更好，而不是更便宜”作为工业化变革的机会和基准。这个“社会技术方法”意味着，采用一种更极端的科学管理方法组织工作，是由于频繁、重复的高度标准化和单调无味的工作方式不是实现工业4.0最有希望的方式，而主动与员工合作的方式则可以实现新的效率收益。事实上，智能工厂将被配置为高度复杂的、动态的和灵活的系统，意味着他们需要被授权的员工充当决策者和控制者。例如，一个以顾客为中心的工作需要宽范围的培训、促进学习的工作组织模式、培养自主工作的全面持续专业发展，因此可以设计成一个有效的工具来促进员工发展和职业提升。在工业4.0框架下，技术发展目标和工作组织模式应该根据具体的经济和社会条件建立和配置。建立灵活的制造业组织模式是必要的，这可以在员工的工作和私人生活之间建立清晰的边界，使他们达到现实的工作和生活的平衡。

在这种背景下，创新战略在工会组织“更好，而不是更便宜”的口号下得到发扬光大，可以为创造良好和公平的就业与未来制造业网站和工作人员的安全提供标准和途径。这一战略包含一个拥有参与权、共同决策和培训机会的以员工为本的组织设计。尽管如此，它仍能满足全球竞争力的要求和更大灵活性的需要。“更好，而不是更便宜”的战略目标是确保德国工业成为未来技术的领导者。因此，好的工作、技术创新和职工共同决策在工业4.0背景下并非互相排斥。相反，他们为寻找从社会角度的更可持续的技术高效解决方案形成了一个前瞻性的方法。

建议措施

工业4.0平台应该通过跨学科专家工作组继续研究“工业4.0时代的人与工作”这一课题，主要有以下三个目标：

（1）结合需要实现员工为本的劳动和培训政策的行为，确认和展示对工作和就业（机会和风险）的影响。

（2）会同有关参考项目，为开发和实施社会—技术方法提供指导性和切实性帮助。

（3）推进参与工作的组织及其所有员工（不论年龄、性别或资格）可以终身学习的创新方法。

该平台应该建立定期的社会合作伙伴之间的对话，使与工业4.0有关的主要进展、存在问题和潜在的解决方案能够得到公开透明的确定和讨论。

该平台应在公司内部和外部利益相关者之间（包括国内和国际层面）安排有效的知识转让。除了创新知识管理，还需要建立广泛的社会网络。

2.5.6　培训和持续的职业发展

如上所述，工业4.0将导致以劳动员工为本的社会-技术工厂和劳动力体系，继而对职业及学术培训和持续性的职业发展（CPD）带来新的挑战。这些挑战将扩大至制造工程组件开发者及其使用者。

工业4.0将很可能显著地把工作和技能向两个趋势转变。第一，以明确分工为特征的传统制造工艺现在将被嵌入一个新的组织和运营结构中，配之以决策、协调、控制和支持等方面的服务功能。第二，组织和协调虚拟与真实的机器之间，以及设备控制系统与生产管理系统之间的交互作用变得非常必要。

实际上，这意味着信息通信技术、制造业和自动化技术融合以及软件将导致很多任务会作为一个范围更广的技术、组织和社会背景的一部分来执行。

工业4.0还要求IT专家培养方式的根本改变。对不同行业应用程序需求的识别能力以及从世界各地招募开发伙伴的能力的重要性将逐渐超过纯粹的技术专长。极其广泛的潜在应用程序意味着通过标准化的培训方案可取得的成效有限。参加与制造业的对话以确保数字经济的要求被体现在培训供给上，并将变得越来越重要。因此，企业与高校之间的培训伙伴关系在未来将比现在更加重要。短期基础培训项目将需要由工作实习和进修课程跟进。开展理工科学习并更强调可转化技能，如工商管理或项目管理，将是重要的，这是基于企业及其客户需要推动的对IT专家学术培养的改变。

按照上述这些支持工业4.0的原则，以及包括IT及生产工程培训间的深度融合。需要确定与工业4.0相关的学习内容，开发适当的教学的和方法论。尤其是在一些极富创造性的商业领域，比如跨学科产品和过程开发会需要全新的任职资格。这将构成双重战略的一部分，使得企业能够应对萎缩的劳动力市场及高市场波动的挑战。因此，这将是开发职业成人教育规定（教学方法、职业规划）的关键。

技能评估应被用来完善职业教育与学术教育间的可动性，以及不同的培训与可持续职业发展项目和系统间的可动性。此外，也用来提高对技能的认可，尽管那不再与一名员工的专业领域相联系但在工作场所仍然是相关的。人们越来越需要整体把握并了解生产过程中有关各方之间的相互作用。因此，除了对元认知能力的需求增加，由于原划分部门和学科进一步整合带来的现实生活与计算机相互作用的日益增长的重要性，社交能力也变得越来越的重要。在技术方面，更多的重点将放在跨学科技能上，在这方面仍有许多工作有待完成。

为了确保个人的培训潜力可以被认可并清楚描述，开发出非正规教育与非正式教育的认可标准是非常必要的。目标是教授人们新的整体组织模型的原则，并确保这些体系得以被清楚描述，以便员工对他们正在做的事充满信心。

学院立方体

学院立方体是由德国和国际工业企业与公共机构联合推出的一项倡议，目的是应对由工业4.0产生的新的培训形式和内容需求。目前的规定明确地把来自欧洲南部的技术工人作为目标，那里的失业率非常高。学院立方体给有关各方提供在线信息，告诉他们在本国和国外可以如何使用他们的技能和知识。

学院立方体给无业的信息通信技术和工程学毕业生提供获得有针对性的任职资格的机会，帮他们与工业企业直接联系。这是通过一个基于云的平台实现的，企业和单位在上面提供在线学习课程并发布具体职位空缺。平台帮助求职者获得他们申请特定职位所需的培训，同时也给他们颁发相应的证书。这些证书建立在标准课程的基础上，可确保潜在的雇主对培训的标准有信心，并就其内容提供透明度。最好的候选人会自动送往参与企业的最高职位空缺，如图2-14所示。

学院立方体的概念是由德国联邦教育研究部和思爱普公司主持的关于数字社会教育研究的工作6组在国家IT峰会上提出，并在2013德国汉诺威消费电子、信息及通信博览会（CeBIT 2013）上正式推出。自2013年3月起，该项目已提供了工业4.0领域的6个完整课程及12个专项课程。学习内容包括自动化、大数据分析、制造和物流流程以及安全和数据保护等领域。

2012年，西班牙的失业率达到27%，同时西班牙和希腊的青年失业率高达52%（来源：欧盟统计局，2012）。欧洲委员会估计，到2015年，欧洲将有700000个信息通信技术专业人才缺口（来源：欧洲委员会新闻，2012.3.20）；德国信息技术、通信、新媒体协会认为，德国每年缺少9000个IT毕业生（来源：德国信息技术、通信、新媒体协会，2012）。意大利需要10100个信息通信技术专家，波兰需要18300个，西班牙还需要41800个，德国还需要87800个（来源：欧盟统计局，2012）。

当培训体系所有不同层面都受到影响的时候，特别优先权应该放在持续性职业发展（CPD）的扩展上。尤其是，在工作场所CPD应考虑健康、身体活动和生活方式的重要性，以保证长期的工作生涯。

通过以一种促进学习和实施适当培训策略的方式组织工作，应该可以在制造业实现一种以人为本的方法，考虑员工的教育、经验和技能集合差异，从而增强个人和企业二者的创新能力。以一种促进学习的方式组织工作也是终身学习的关键要求。由于以CPS技术为基础的体系的引入，工业4.0将会导致快速的技术变化，因此它也应该是智能工厂的目标之一。内部学习与外部学习以及一般教育与职业教育的相对效力应该是进一步研究的课题。

此外，在工业4.0框架下，工作将被设计使用诸如CPS的技术以加强员工和整体工作支持之间的沟通，工作场所的学习任务和体能训练将以适当的间隔放进标准工作日中。这就要求对员工的工作量进行持续监测。

工作设计还应考虑员工扮演的不同角色（从非熟练和熟练工人或具有高级职业技术资格的员工到具有如学士和硕士学位的有学历管理人员或有资格的工程师）和他们的情况差异，如年龄、教育、经验或文化背景。

建议措施

在工业4.0背景下，关于任职资格、培训与持续性职业发展，平台工作组推荐以下几种措施。

1．推广模式方案

方案应包含可以用来发展培训和持续性职业发展策略的行动。它们不但能识别员工在特定领域外的技能，还应该包括促进职业和学术训练之间与不同培训和持续性职业发展课程系统之间互动的策略。

2．建立和推广“最佳实践网络”

为了保证知识转让和可持续性，应该建立培训和持续性职业发展“最佳实践网络”竞争性投标。这些网络将负责开发和记录案例研究、网络各种参与者并支持知识转让。

3．调查在工作场所获取知识和技能、发展数字化学习技术的新方法

数字媒体和创新学习技术（在线学习）将在知识转让和技能发展中起重要作用。鉴于技术和人口变化与不同学习者有不同要求的情况，发展新的教学方法和学习辅助系统很有必要。

4．推广工作组织的跨领域方法

所有工业4.0时代的任职资格、培训和持续性职业发展措施需要采取合作研究执行形式的综合研究。调查工作组织、流程设计、管理和合作，以及它们对工业4.0时代工作和培训进展的影响是重要的。还应包括的问题有随着预期寿命的增加，老员工如何能保持自己的就业能力。为了在工作中促进学习，开发相应的培训策略、分析方法和管理模式将是必要的。总的来说，这将会存在许多重大挑战，包括需要全面、持续的职业发展条款和至少部分培训系统的改进。

5．推广工业4.0特有的学习内容与跨领域合作

促进所有学科的跨学科合作（例如制造工程、自动化工程和IT）来完成系统工程方法是很有必要的。这需要不同的学科之间相互理解对方的立场和方法，在战略、业务流程和系统上采用综合观点。跨学科研究在技术和法律之间的层面也是必要的。法律专家应该介入早期阶段的研发过程。同样，工程师将越来越多地需要对法律有一个基本的了解，以便他们能与法律同行开展完整的法律层面的对话。

6．基于IT技术的系统模型

基于IT技术的系统模型包括现实和数字世界之间相互作用的模型，可采用适当的形式描述，以及模拟机电工程或考虑适应现有系统等方面的方法，这与从零开始开发新系统不同。

2.5.7　规章制度

与其他基本技术创新一样，与工业4.0相结合的新制造工艺也将面临在现有监管体系下两个相互关联的挑战。一方面，关于新技术的不确定性和数据保护问题的合法性问题尚未得到明确解决，可能会抑制工业4.0被接纳并放缓创新的过程。反过来，新技术和商业模式事实上的影响和变革效应足够大，使得沿袭固有规章制度几乎不可能。因此，技术创新周期短和新技术颠覆性变革可能会导致缓慢的滞后效应，即现有规则未能跟上技术变化的步伐。

就整体而言，虽然工业4.0没有完全涉足目前未知的监管领域，但它确实显著增加了有关监管问题的复杂性。需要做两件事情来协调现有法规和新技术：以促进创新的方式制定标准来确保新技术符合法律和监管框架的发展；在工业4.0环境下，通过通常的契约可能实现这一目标。这两个因素都要求监管分析新技术，以便在研发阶段尽早介入，而不是直到已进入使用过程却还没有涉及。

挑战

1．企业数据保护

随着物联网在智能工厂中的建立，企业数据产生的数量和环节将增加。此外，商业模式将不再只是涉及一家公司，而是会包括随时可能发生变化的动态公司网络以形成全新的价值链，如已被证实的RAN Project3。智能机将会自主产生和传输数据，而这些数据将不可避免地超出公司内部可控范围。在这种新情况下将伴随着一些特殊风险，例如，生成初始数据，并进行数据交换以配合不同公司之间的生产和物流活动的需要，或与其他数据读取相结合，意外地提供给第三方有关合作伙伴公司的高度敏感信息，可能就提供给他们一个洞察其业务策略的机会。如果企业希望继续通过常规策略来保存这些知识秘密，从而保护自己的竞争优势，将需要新的工具。新的规范的商业模式也将是必要的，其产生的原始数据可能包含对第三方有价值的信息，因此，公司可能希望通过收费的方式来进行共享。像这样的创新商业模式也需要法律来保障（主要是以合同形式），以确保创造的附加值可以公平共享，例如，可以使用动态定价模型。

目前，企业数据保护监管只解决这些危险的某些方面，而且一般需要将数据归类为商业或贸易秘密。此外，它通常只适用于非法泄露的情况下。作为一项规则，已经合法获得的保密信息，经其拥有者的许可，随后可能用于其他目的。然而，自我约束，如保密协议应该使人们有可能关闭这些法律的漏洞。合同法提供了一种在各种不同场景下实现高度针对性调节的手段。这将需要对数据的敏感性，在逐个案例剖析的基础上，根据需要保护的程度来确定——在某些情况下，个人数据保护法的原则可以提供这方面的典范。

然而，合同也有其局限性，它涉及管理大量的法律事务，因为在计算风险和为每个单独案例进行单独合同谈判时要涉及超量工作。因此，有必要制定新的合同模式，允许企业保留“它们”独立主权的数据，同时还促进创业的灵活性。

2．责任

在不同的公司之间交换敏感数据是有风险的，这些数据可能会被非法使用和／或泄露，例如，如果收件人没有实施足够的IT安全措施，这些数据可能被第三方黑客攻破。这个问题的一个解决方案是提供一种已经广泛适用的合同条款，设置必要的技术和组织安排并采取一些附加措施（如有义务提供有关任何安全问题或违反规定的通知），并对不遵守的事项规定惩罚。然而，在工业4.0中制造设备比过去负责更广范围的事项。一旦它们没有完成其主要职责（在产品的耐久性、正确的操作和外观方面），可能承受的将不仅有法律责任，同时也将承受自己作为智能网络中一个成员的失误。

在这些情况下，责任和职责问题变得更加重要——当自主系统部署在网络上，结构透明度的缺乏可以使它几乎不可能明确地确定谁执行一个特定的动作，从而产生在法律责任方面的不确定性。事实是，相对于第三方，企业装备配有自主数据处理的生产系统，对他们的生产设施和产品的安全性承担法律责任。当前侵权法和产品责任法已经在这一领域提供了足够的解决方案。然而，如果其他合作伙伴在网络中希望避免负连带责任，或者，如果他们想至少对其他合伙人有追偿权，那么从合同规定一开始就采取行动明确业主各自系统的责任是必不可少的。这也牵涉到残余风险的可保性，及保险业计算相关保费影响的方式。

提供对不同生产步骤和系统状态精确的书面描述将有助于确认责任归属。因此，在工业4.0中，基于新技术的文档程序如个人或绑定设备的数字签名，将起到更为重要的作用。

3．处理个人资料

由于员工和CPS之间的互动增加，员工个人资料的数量和详细程度也都将增加。这对辅助系统来说更是如此，它可以记录有关员工的位置、生命体征及工作质量。这个问题可能会对员工的信息自决权构成威胁。在这方面，一旦涉及国际层面，其问题将尤其严重。德国数据保护法严格限制将从智能工厂中获取的数据外包给欧盟（EU）或欧洲经济区（EEA）（包括同地区公司）以外的公司进行分析，或将包含员工个人的企业信息泄露到欧洲以外。如果在该国接收数据的数据保护标准低于那些在欧洲建立的，此限制是特别适用的。这可能会导致全球联网的价值链的约束性问题。

现在的规则未能充分解决这些问题。外包数据处理模型已经遇到困难（例如在云计算领域），因为本地数据保护标准通常不适用于欧洲以外的国家，这意味着，客户公司实际上无法遵守数据保护责任。

因此，企业越来越需要一个从法律上明确和实用的解决方案来处理个人资料。在一定程度上，要达到这点可能需要通过具有内部约束力的公司规则、集体协议和企业协议来实现。虽然这将是重要的，但也要确保这些方式不在任何情况下削弱现有的数据保护标准。在任何情况下，考虑到工业4.0的具体特征，这些协议、标准将需要进行调整。

数据保护法要求定制的产品功能将依赖于该产品及其应用。例如，将数据处理组件集成到最终产品（尤其是有关工业4.0）。虽然这些组件可能首先用在生产过程中，但他们最后可能被最终客户所拥有，尽管最终用户起初使用时并无该目的。为了防止这种情况的发生，限制此类内置组件在数据处理上的应用，使其应用能力限于数据保护法所定范围是绝对必要的。

4．贸易限制

随着越来越复杂的系统部署在工业4.0，个别元件越来越有可能受到国内和国际贸易的限制。加密技术既是必要的也是客户所需求的，以确保CPS通信的保密性和完整性。然而，在许多新兴市场，如中国，只允许根据许可证进行加密产品的使用、销售、进口和出口。另一方面，在欧盟，加密技术的装运只允许出现在欧洲和某些国家，如日本，加拿大和美国，但许多其他目的地则被归类为双重使用商品并受出口限制。即使在今天，有些公司希望在明天的主要市场有一个全球性的存在地位，但在一定程度上，如果加密组件构建到了较大的生产设施中，他们会发现自己被迫在法律的灰色地带经营。这种法律上的不确定性在工业4.0中只会增加，并可能成为一个重大的贸易壁垒。

建议采取的措施

上述监管方面的挑战是不平凡的，如果工业4.0倡议成功，就必须要找到解决方案。在多数情况下，这些“解决方案”将不涉及立法，而是需要包括法规、技术和政策因素在内的组合工具。此外，中小企业之间通过专业协会和政府部门来提高对上述问题的认识是非常必要的。

对于中小企业十分重要的一个方面是开发实践指南、清单及示范合同条款。另一方面，新的合同模式需要保证对业务和商业秘密的保护，同时确保因新的商业模式产生的任何增值可以公平共享。因此，尽可能准确地定义各种合作伙伴（包括不同类型的信息经纪人等）的角色将是非常必要的。

至于责任方面，提供的支持应注重数据的安全性并要求提供书面证据，特别是在项目从一个到另一个伙伴交接的关键点上。至于员工的数据保护，应开发包含样本公司协议的最佳实践模式，以确保工业4.0的各项要求不侵犯员工的数据保护权。属于第三方的敏感企业数据的安全和保密的处理方面，最好是促进自我规范管理，通过诸如审计或符合IT安全标准的认证等措施加以实现。尽管如此，仍需要在某些问题上进行立法。这包括外包数据处理活动，虽然它是在欧盟层面上，这方面的立法需求目前仍然存在。

还有一个迫切需求是在该领域的贸易限制方面实现协调一致，特别是关于加密产品。为了确保德国能够成功地维持工业4.0的领先供应商地位，应努力在中长期促进共同的国际法规，例如，通过世界贸易组织。

在通常情况下，由工业4.0提出的挑战是当技术发展到设计法规层面时，将需要跨学科的研究，要确保法律专家能在研发的最初阶段便参与进来。同样的道理，工程师将越来越需要掌握对法律问题的基本了解，使他们能够与法律工作者进行全面对话。沿着这样的方法，工程师和法律专家之间的合作伙伴关系可为德国在工业4.0市场中提供真正的竞争优势。因此，确保法律专家从早期阶段参与工业4.0平台的各个工作组是非常重要的。

2.5.8　资源效率

制造业的性质意味着，它是迄今为止工业化国家中最大的原材料消费者。与私营部门一起，它也是能源和电力的主要消费者。除了成本高昂，这种局面导致了环境和供应安全风险，而这种风险需要通过法规使其最小化。因此，工业界正进行重大努力，以减少其对能源和资源的消费，或寻找替代资源。然而，除非有任何成功的机会，否则这些努力将需要持续多年。最终，这将涉及在生产过程以及机器和设备设计上发生变化，因为这是唯一的材料和能源消耗可受到影响的地方。其出发点是制造企业所使用的资源量，包括公司本身和整个价值网络的其余部分。这三类资源区分如下：

（1）原材料，添加剂，经营供应品及所有不同种类的能源载体，包括从一种能量类型转换成另一种类型。

（2）人力资源，即人类劳动力。

（3）财务资源，即所需的投资和运营成本。

在如何使用这些资源方面，可把重点放在给定资源数量来实现最大化的输出，或在使用尽可能低的资源数量下达到一个给定输出上。在第一个方案中，强调的是计算资源的生产率，而在第二个方案中，重点是计算资源的使用效率。一系列指标可用来进行相关测量（如生命周期评估、碳排放量等）。

挑战

总体而言，工业4.0作为一个整体，需要研究如何减少在工业生产过程中能源消耗的办法并加以实施，以及在生产过程中所使用的机械和设备的能源消耗。联合联邦教育与研究部（BMBF）和德国工程联合会（VDMA）倡议的成果“效率工厂”（Effizienzfabrik），可以作为这方面的典范。在实施高效的制造工艺时，重要的是不仅要考虑基本功能，还要考虑在动态条件下过程的稳定性，如频繁停止和启动，预防生产出缺陷产品（这种产品是对材料和能源的浪费）。

因此，有必要考虑生产效率，以防止不稳定过程导致的质量问题，由于需要对产品进行维修或完全重造，可用性也需要加以考虑。制造设备可能出现故障（所以要建立备用冗余，以减少失败的风险），资源有可能供不应求，存货水平可能不符合需求（半成品和成品）。

工业4.0的关键挑战之一将是证明，基于工程设计、制造、生产控制、内部物流、采购及分销物流等过程中使用资源的总量，在CPS和相关的基础设施中投入额外的资源可以产生足够的机会以实现资源生产率和效率的收益。

工业4.0提供了契机，在解决方案基础之上优化资源生产率和效率的总体目标。

建议采取的行动

工业4.0工作组建议，应通过工业4.0平台建立一个工作组，专门处理资源生产率和效率问题。工作组的职权应包括以下方面：

采用和发展BMBF与VDMA倡议的成果“效率工厂”。

在源于生产率或可用性问题所规避的替代过程中，于制造环境里提高的资源生产率和效率方面，示范资源节约的成效。

计算和评估部署CPS和相关基础设施所需的额外资源及所产生的节约潜力之间的平衡。当评估涉及在现代化生产线，或建立新的和所需的自动化设备的类型方面做出决定时，也要考虑不同类型的资源。这些评估应考虑行业或部门的问题，价值网络是区域还是全球范围的问题。

考虑用来评估资源生产率、效率和当前的项目与倡议生态友好性的各种指标及KPI（关键绩效指标）也是必要的。开发决策支持的KPI，如绿色生产指数，连同采取透明且面向资源的投资决策所需的尤其是工业自动化领域的基本数据，也应被考虑进来。

应用实例3：支持定制生产——何以满足客户个性化的需求

工业4.0的动态价值链能使客户和特定产品的设计、配置、订货、计划、生产和物流得到统一协调。这也为即时响应、生产前甚至在生产过程的最后一分钟变更需求提供了支撑。

今天的汽车行业的特点是静态的生产线（使用预定义的序列），这很难为新的变异产品进行重新配置。软件支持的制造执行系统（MES）通常是在生产线的硬件基础上狭义定义功能的设计，因此同样是静态的，如图2-15所示。

雇员的工作的性质也视生产线的功能而定，因此，往往很单调。在这里不鼓励个性。

其结果是，它不可能把各个客户的需求，将同一厂家某一产品组的部件加入到另一产品组中，例如，将保时捷车的座位安装在大众车里。

工业4.0将形成动态的生产线，如图2-16所示。车辆成为可以通过装配车间从一个CPS功能处理模块移动到另一个的自主移动的智能产品。动态重新配置生产线使得它可以与合适车辆的设备混装、匹配。此外，个体差异（如配备另一个车系列的座椅）可以在任何时间根据物流情况加以执行（如瓶颈问题），而不被中控系统事先设定的时序所约束。执行这类重新配置将很简单，因为汽车可以自主移动到相关的工作站。现在的制造执行系统IT解决方案构成一个核心组成部分，从开始到结束，从设计到组装和操作。

潜在益处

第一个应用程序，如上所述MOS解决方案和共享IT平台将很快出现（在未来几个月内），但是，到我们能看到端到端的CPS功能动态生产线，还需要若干年。尽管如此，在制造过程中执行特定任务预计会在早些时候出现。

应用实例4：通信网真平台

网真远程服务是设备厂商已经推出好几年的工具，它利用远程访问和控制机器为客户提供快速、高效的支持。通过增加生产系统的网络连接属性，制造系统能产生新的潜力，提供更多的生产收益，如图2-17所示。

启用远程服务能在供应商和用户之间建立连接，提供通信解决方案。通常，技术人员将设备通过调制解调器直接连接。自从互联网问世以来，VPN连接（虚拟专用网络）技术获得了较快的普及，因为它们允许客户的企业网络得到有安全保障的访问。采用这种方式是为了进行远程诊断和控制，以减少计划外的中断和宕机。

通信链路的配置和管理涉及大量的管理工作，因为需要为每个客户独立地进行配置和制定特定路由策略。这种方法目前只可用来提供响应性服务，即事件发生后进行维修。

在工业4.0中，技术人员将不再手动连接他们所管理的设备。生产系统将如同“社会机器”一样运转——在类似于社交网络的网络中——自动连接到基于云计算的网真平台去寻找合适的专家来处理问题，如图2-18所示。专家们将能够通过集成的知识平台、视频会议工具和强大的工程技术方法，通过移动设备更有效地进行传统的远程维护服务。此外，设备将通过网络持续加强和扩展自身的服务能力，根据情况的发展自动更新或加载相关功能和数据，通过网真平台实现标准化以及更安全的通信链路。

同时，通过从设备的统一门户网站实现的复杂计算任务（如模拟和预测），将有可能获得大量的处理能力，以确保相关操作在最短时间内进行，从而提供更多的生产收益。

潜在益处

首个基于云计算的网真系统门户网站最近已经上线，这能预示什么是未来的发展方向。这样的门户技术的快速发展将开辟新的视野，在未来几年，将对生产制造系统产生革命性的改变。