工业4.0：通过系统生命周期管理(SysLM)控制工业的复杂性

　　数年以来，工业界一直处于一场重大而根本性的变革之中。这一变革在德国被称为工业4．O。德国政府已经宣布工业4.0为其高科技战略之核心部分，旨在确保德国未来的工业生产基地的地位。

　　变革的核心在于工业、工业产品和服务的全面交叉渗透。这种渗透借助软件，通过在互联网和其他网络上实现产品及服务的网络化而实现。新的产品和服务将伴随这一变化而产生，从而改变整个人类的生活和工作方式，尤其是改变了人类与产品、技术和工艺之间的关系。这也要求工业产品的开发和生产要有根本性的转变和调整，以便高质量地部署新工艺，并使其转化为具有经济上的益处。

　　为做到这些，工业界必须理解工业4．0的细节。诸如“第四次工业革命”“信息物理融合系统(CPS)”“智能技术系统”“物联网”等词汇究竟是什么意思？如何避免这些概念因为可能的滥用而成为空洞的口号？因为空洞的口号会阻碍而不是协助人们达到工业4．O的既定目标。

　　需要澄清的问题包括：工业4．0对于作为工业生产基地的德国来说其特殊意义何在？与此同时，展现给欧洲心脏地带——一块曾因十八世纪末的工业革命而在过去两百年的经济中举足轻重的土地——的机遇和风险是什么？

　　因为我们只拥有常规的开发和生产方法，以及现在的学校课程所培养出的专家，所以对于在一个跨学科的网络化系统中进行开发和生产的组织和领导还太缺乏准备。而这种系统正向市场走来。中学、应用技术性大学和综合性大学面对哪些要求？科研机构面对哪砦要求？深造进修所又面对哪些要求？

　　最后一个问题是，今天为开发、测试和生产而实现的信息技术系统是否足以支持我们现在谈论的这种变化？我们是否还需要些别的东西么？这些系统足否必须结合得更紧密？它们的开放性扮演何种角色？要做到在工厂切实地谈论“数字革命”，有哪些标准是必备的？因此，系统生命周期管理是切实可行的，这种管理实际上包含了产品、生产系统及两者关系的所有元素。

　　本篇导论将对上述议题做一般性探讨，并在此基础上，来自不同工业领域和科学领域的本书其他作者们将从各自的视角加以详细阐述。

　　1.1 对一个成功的工业基地的巨大挑战

　　在过去的几十年里，世界发生了戏剧性的转变。东西方的对应被由经济领头的政治全球化所替代，这在半个世纪前是不可想象的。这一转变给整个世界带来的结果是：国家、工业、政治和社会团体及组织都必须自我调整，以适应变化的框架条件。此外，由于这．．转变，新的力量对比开始逐渐形成。上世纪后半叶，从所谓的第三世界里涌现出了全球性的具有决定性力量的政治和经济势力。几十年前，西方世界在政治和经济上的主导角色是不言而喻的，但现在却完全不是这样，西方世界已经长时间无法和当时的地位相提并论了。

　　每个区域对这种转变的反应都极不相同。就我们所谈论的话题来说，最令人感兴趣的是不同区域的工业是如何随之转变的。德国机械设备制造业联合会(VDMA)2013年1月的一张图（参见图1.1）相当有启发意义。

　　过去二十年间，在西方主要工业国当中，唯有德国和奥地利在制造业这一部分变化不大。这两个国家在2011年就克服了由2008年次贷危机所触发的经济崩溃。同样再次出现上升势头的国家只有美国，但仅仅是在一个极低的水平上。

　　20世纪90年代初以来，德国毛附加值中工业部分占25%以上，这一比例在奥地利略低于25%，而在所有其他国家则明显向20%之下滑动，有的跌到了10%o

　　在过去的二十年间，许多人倾向于认为工业——尤其是制造业——预告了自己的终结。未来看起来属于服务业，特别是金融服务业。人们越来越多地在廉价的地方生产，不再大规模地使用昂贵的工厂设施、建筑、机器以及受过良好训练的工人。

　　在美国，高科技和软件产业是一个例外。在这个领域里，至少在理念、发展和管理方面，美国可能还将持续保持其领先地位。但对于真正的制造业来说，美国远远算不上领先，这在汽车工业尤为明显。类似情况也发生在英国和法国身上。英国已经完全放弃了汽车工业。美国汽车业在政府强有力的干预下得以存活，但是距离稳妥的上升势头看起来还很遥远。

　　与此相反，制造业在德语区始终是最重要的经济元素（参见图1.2）。德语区的工业尽可能全面地实现了自动化，而没有大规模外迁到工资和生活成本较低的国家去。今天，和基础的经济及政治重构相结合，到目前为止，我们这里成功做到了开发和生产具有经济效益的产品。然而这种成功不仅仅局限在经济方面：我们作为一个工业国一如既往地在世界上具有重要地位。无数公司和行业的产品都是国际市场上同类产品中的领头者。

　　尽管如此，一些行业仍不得不放弃领先地位，甚至基本上从市场消失，其中包括纺织工业、消费电子产品生产业、若干软件分支产业和集装箱船舶制造业。与此同时，在诸如汽车工业、飞机制造、医疗技术和其他高科技产业等分支内，机器和设备制造达到了一个新的高度，其产品在世界范围内前所未有地畅销。

　　出现这种现象的原因首先是产品极高的质量和可靠性；其次是产品的许多新用途和功能在全球竞争中显现出很大的优势；最后是基于产品或者作为产品附加值而提供的服务，而这些服务是其他竞争者所没有的。

　　我们的工业界是如何做到这些的？一是由于开发和制造过程的高度可靠性，这些过程的自动化程度很高。二是在于极富效率的新技术投入，特别是信息技术工具在工程、产品验证、生产规划、运转和制造上的应用，这也是我们的工业不同于竞争对手的地方。德语区是全球相关信息技术系统供应商最重要的市场是不无道理的。三是得力于在几乎所有种类的产品上熟练地使用嵌入式软件。正是这些革新性的功能和服务，才使得我们的产品在全球如此的畅销（图1.3）。

　　与此同时，产品的开发和制造所必需的程序的复杂性也在不断增加。传统的方法、手段和结构不足以稳定地控制这种复杂性。这就解释了工业4．0概念在德国提出为什么并非出于巧合。中欧工业界有充分的理由有意识地把他们的程序、方法和工具放到检验台上。在很多情况下，甚至是数十年以来基本保持不变的商业模式也无法保持现状。复杂的、智能的、网络化的技术体系强迫人们找到新的商业模式。

　　这一挑战涉及整个制造业及其产品的整个生命周期。工业4.0的含义并不仅仅是让生产更智能、更有效、更快速以及更经济——那会使人忽略掉我们工业界最重要的资产：工程学，以及工程师们在开发创新性的产品和生产系统时所表现出的非同寻常的能力。工业4．O目前在媒体、展会和议会里获得的极大关注有助于战胜这一挑战。

　　1.2 工业4.0的定义

　　2012年10月，产业经济研究联盟及其工业4．0工作小组提交了他们的最终报告草案《确保德国未来的工业基地地位——未来计划“工业4．0”实施建议》。自此，在各种会议及展会上极少有不谈论工业界眼下所面临的挑战的。讨论中相当频繁地涉及到一些含义不甚明确的概念，在对其作出确切界定之前最好不要使用。

　　工业4．0首先是一个在营销技术角度上来说十分高效的概念，其传播速度快到令人诧异。有人对此大加渲染，突然之间全世界都想告诉你，他们的产品恰好反映了工业4.0的理念。因为工业4.0而举办了那么多会议，这种情况已经很久没出现过了。

　　这个概念为什么这么成功？或许是因为它和Web2．0以及Web3．0有相同之处：因为它让人想起某种安装数量极大的软件的新发行版；因为许多人眼里的制造工业是一种以机器、设备、油脂和钢屑为代表的陈旧事物，而现在突然变成了某种恰好符合这个以软件、互联网、机动性和云计算为代表的摩登时代的事物。

　　这个概念的影响一直到达社会和政治高层，这是有益的，因为工业界应对挑战会因此变得简单一些，而这一挑战实际上是和现今的变革相关联的。同时，这个概念含义不清，有多种解释也并非坏事。麦麸会从麦子上脱落，种子会发芽破土。关于工业4．0的争论越多，这一概念明确的一天就会越快到来。

　　1.2.1 第四次工业革命

　　根据现在维基百科(Wikipedia)上的解释，工业革命这个概念最早在18世纪中期开始使用，用以描述在经济和社会环境、劳动和生活状况上发生的深刻而持久的变革，人类由此从农业社会进入工业社会。

　　社会学家和经济史专家用第二次工业革命来描述20世纪初经济、生产和劳动上的转变，促成这一转变的是密集的机械化、电的广泛使用以及商品大宗生产的出现（泰勒制和福特制）。

　　20世纪70年代中期，因为可编程逻辑控制器的使用而导致产品和生产自动化产生巨大进步，此即第三次工业革命。

　　现在是第四次工业革命（参照图1.2）。实际上有很多迹象表明，这次变革有理由被认为是和第二次及第三次工业革命一样具有划时代的意义。软件不再仅仅是为了控制仪器或者执行某步具体的工作程序而编写，也不再仅仅被嵌入产品和生产系统里。产品和服务借助于互联网和其他网络服务，通过软件、电子及环境的结合，生产出全新的产品和服务。越来越多的产品功能无需操作人员介入，也就是说它们可能是自主的。传统产品被具备至今尚不明了的特性的技术系统所替代（图1.4）。

　　然而，常被论及的一个问题是：这里使用“革命”这个概念是否理由充足？或者说，如果不说“革命”而说“演化”，会不会显得不太恰当？问这个问题是有道理的，因为可以确定的是，我们正经历其开端的这场变革不会在短期内取得进展，它将延续数十年。而促发这场变革的技术元素并非什么新东西，特别是软件及传感器、执行器等电子器件。它们最迟自第三次工业革命起就存在了，而万维网也有几十年历史了。

　　但事实是，到现在为止的三次工业革命从开始到结束都经历了几十年。就这点而言，时间跨度不一定能成为反对第四次工业革命概念的论据。人们仍可以就此辩论。对于工业界以及工业基地德国或者中欧来说，这一争论并不像下面这个问题那样具有迫切的现实意义：它们应该如何对待这场公认的根本性变革？应当把它当作是革命性的还是演变性的？

　　一个国家、一个地区或者一个行业如果不能意识到这场变革的核心以及其中隐藏的潜能，或者没有找到应对之道，那么也许其他新的行业、国家和地区在新技术可能性的基础上会取而代之，获得领先地位。眼下在德国的我们处在一个岔路口上：要么我们认识到这次新技术的机遇，并将其转化成经济上成功的新产品和服务，要么就去冒经济可能长期衰退的风险。

　　1.2.2 信息物理融合系统，或者“智能技术系统”

　　信息物理融合系统这个概念首先在美国被提出02006年年底，美国国家科学基金会(NSF)宣布该系统为国家科研核心课题。信息物理融合系统被定义为由具备物理输入输出且可相互作用的元件组成的网络。它不同于未联网的独立设备，也不同于没有物理输出输入的单纯网络（图1.5）。

　　网络化合作是机电一体化里面出现过的概念，但是对于电子器件（特别是传感器和执行器）以及配备了机械部件的嵌入式软件之间的网络化合作来说，还需要引入新的概念，因为（无线）网络化使得全新的产品功能和特性成为可能，而这些新事物是机电一体化的定义所不包含的。（这里完全不考虑如下情况：机电一体化的定义中没有出现软件，因为这个定义出现的时候，计算机科学还不存在。）

　　这种系统有一个最有名、传播最广的例子：智能手机。如果说得幽默一点，智能手机比电话要聪明得多，因为人们虽然也用它来打电话，但是这几乎是智能手机最次要的功能了。它首要的功能是建立和互联网的无线连接。借此人们可以上网冲浪，以及在路途上保持万维网内的互动。人们还可以在任何地方撰写、发送和收取邮件。通过GPS．智能手机可以知道自己在地球上的位置，由此可以在几乎任何地方导航。此外内建的微型罗盘使得智能手机得知自己所在方向，为诸如定位和识别某方向上的地点或建筑等提供了可能。成千上百种被称为App的小型软件供人下载使用，这些软件可以实现几乎所有想得到的功能。

　　电子器件微型化、计算机及存储介质的性能飞跃使得现在的小体积和无线功能成为可能，而这些在几年前还不可能。在几乎所有工业领域开发和制造这类系统就是工业4．0的目标。

　　信息物理融合系统这个概念尚和新系统的本质有关，而“智能技术系统”的提法就更显大胆了。它把系统新的能力阐释为“智能的”——这个形容词基本上只能用于有思想、有创造力的人类自身。所有的技术系统，包括那些最复杂的，都仅仅是人类智能的结果。它们能做的事都是人类已经设计和发明出来的。从这个意义上来讲，那些最先进的技术系统也完全谈不上是智能的。

　　尽管如此，这个概念仍有其一定的合理性。由于各种技术系统的网络化，尤其是通过它们在无人介入的情况下自主执行某些功能的特性，常会令人产生它们已具备令人惊讶的某些智能的感受。智能手机或者汽车通过GPS“知道”自己在哪里。通过内置微型相机和传感器，一个系统可以“辨认出”另一个系统。通过优秀的程序化控制，一个系统能独立地对外界条件作出反应，也能做到“自适应”——更确切地说，就是在一定程度上优化自己的行为。符合词汇本意的智能是不存在的，但是网络化系统的能力正逐渐接近人类的能力，以往没有任何科技能做到这一点。

　　1.2.3 物与服务联网

　　物联网这个概念大概出现在十年前，由盎格鲁撒克逊词汇“Internet of Things(IoT)”翻译而来。把服务加进去就成为物与服务联网(Internet of Things&Services，IoTS)。

　　这代表着互联网发展的一个新阶段。起初，互联网提供了个人之间联系的一种新可能。人们通过计算机彼此联网，Web2.0由此打开了互动的大门，也随即打开了任意多人构成的社交网络的大门。最终互联网用到了移动终端，从而使人不再局限于电脑旁。现在新的一步是，联网的不再是传统意义上的计算机（包括移动终端在内），而是具备万维网接口的任意设备。

　　尽管十年前这在技术上就已经是可行的了，但是这一概念却没有真正火起来。人们在寻找一种途径，使得设备乃至服务的关联能够转化为成功的商业模式。但是在短时间内我们的商业界并没有被电子商务改变多少，IoTS也没什么进展。物、设备、机器以及它们的制造者还没走到这一步。

　　现在这一概念获得了新的发展机遇。难道工业4．O没有准确体现IoTS所要表达的东西吗？它正是IoTS所要表达的含义的一部分。对于这个回答，制造工业应该加以重视，也必须加以重视。此后明确的是，将来各种产品和服务都属于这样的物和服务——它们实际上都配备一个IP地址，并能够通过标准协议彼此联网，同时也和人类联网。这和十年前的情形不同。

　　就在六年前，在汉诺威展会的数码工业展上，主办方想做一个重点是“基于信息技术的服务”的陈列，但是没有成功。相对于产品而言，没有几家公司能做到让软件控制的服务扮演重要的角色，能供展出的东西很少。而2013年的汉诺威展会情形就完全不同。这一年的展会成为工业4.0工作小组向联邦总理呈交最终工作报告的地方。那次展会还发生了一件史无前例的事：联邦信息经济通信和新媒体协会(BITKOM)、德国机械设备制造业联合会(VDMA)以及电子和电气工业中央协会(ZVEI)联合布置了工业4．O展台并向公众开放。汉诺威展会成为一个众多参展者的平台，这些参展者来自不同的主要展会，并且都关注工业4.0。现在物与服务联网的时机已经成熟。

　　1.2.4 机器对机器(M2M)通信

　　同物与服务联网紧密相关的概念可以被用来描述设备和服务之间的通信。机器对机器(M2M)通信指的是终端设备之间的数据交换。这也是一个早就出现的概念。七年以来M2M联盟都在组织M2M峰会02012年峰会在杜塞尔多夫会议中心举办，747名专业人士、45家参展者和11家赞助商参加了此次峰会。

　　工业4．0的概念在德国产生并非偶然，同样，M2M联盟在德国建立也并非偶然。这一联盟是世界上相关生产者组成的最大社团。因为终端和机器之间的通信不依赖于通过互联网的网络化，因此M2M在实际工业中较早确立了地位。这种通信通过电缆和传统的电路也可以顺利进行。

　　与自动化一样，这种通信并非新鲜事物。没有它的话，机器人流水线和计算机控制的制造中心就不可能存在。中欧——特别是德国——在自动化方面地位突出。它们或许可以在M2M方面赢得领导地位。

　　在此基础上工业4．0添加了由无线服务和标准协议所建立的网络化。它们或许迟早会成为机器间重要的——倘若不是最重要的——通信渠道。因此这些行业联盟峰会远远没有达到高潮并不能算是让人惊讶的事（图1.6）。

　　有一些涉及M2M所使用的标准的问题需要澄清。将会出现一种还是几种标准？会是哪个或者哪些标准？从一种协议转换为其他协议的接口是通向未来的道路吗？当机器在某些时候不经人工介入而彼此通信，并触发可能包含重大危机和风险的行为时，哪些安全保障是必需的？哪些是可能做到的？M2M和物与服务联网很自然地给网络供应商和基础设施提供方带来巨大挑战。只有．当数据真正做到处处实时流动时才会发生些什么。对全世界来说都是这样。

　　1.3 对战略及商业模式的挑战

　　从事制造业的企业始终面临一个任务：反思自己的战略，可能还要做根本调整。工业4．0迫使几乎所有公司都要这样做。涉及到的不同视角的战略和商业模式太多，因此光靠小调整是不够的。

　　使得智能网络系统成为可能的这些新功能，可以把企业供应的重点从产品转向服务。无论如何，相比于现在，服务在未来都将在供应中扮演极为重要的角色。

　　管理层必须决定应该要哪些类别的产品，以及通过或者围绕这些产品提供哪些服务。在这里所有的服务种类都是可能的：从伴随产品的服务和补充性的服务，到基于产品同时成为主要供给物的服务，直至根本和硬件产品无关的服务。

　　最重要的战略性决定大概会是这样的：公司要始终能在短期内准确而可靠地作出战略评定，因为产品里软件的优先级使得市场和产品变化比以往任何时候都快。

　　服务相对于硬件产品的角色必须确定。不仅如此，作为目前工业革新主要驱动者的软件自身，也可以和服务一样成为主角。企业应该、可以、还是必须部分乃至完全成为软件供应商？或者说，软件有没有重要到必须为它建一个子公司？

　　就表面上看，现代科技给我们提供了无限可能。任何事、每件事在技术上都是可行的。由此产生的基本问题是：什么是有意义的？什么是无用的？对于从事制造业的企业决策者来说还有个附加问题：哪类产品或者服务在经济上是可能成功的？哪些会失败？更深一步的问题：构想的产品和服务通过哪种商业模式能获得经济上的最大成功？哪些模式会给企业带来危险？

　　没有人必须卷入这类问题和挑战。每个人都有权等待，直到他看到市场上有哪些在自己供货范围内的产品和服务获得承认为止。当然这样不可避免地要放弃市场优先地位，因为这个地位属于那些最早在市场上提供正确商品的企业。

　　接踵而来的麻烦是，不久之前还适用于工业界的寻找战略和设计资产组合的方法，对于工业4．0来说却不再有效。软件将决定未来产品的几乎所有功能，就这点来说，产品战略以及企业战略也一定越来越依赖于软件的开发。测试、尝试设计顾客可能会喜欢的东西，建造可以用来实验的虚拟原型。这意味着不仅是产品和服务，就连企业战略和商业模式的日常议程也有根本的转变。企业需要的是一位敢于率先面对这种挑战的领导者。

　　1.4 对企业组织的挑战

　　工业企业的结构的形成要花费数年或数十年时间。由此产生了等级分层和责任。如果一家企业办得成功，会有越来越多的人被纳入到分层和责任里来。这种组织构架一般极少发生根本性变动，即便发生也通常只是在个别部门。一个产品部门独立出去或者被添加进来；一个或多个分层被加入或取消；建立或者删减针对某个特定工作范围的管理职责。

　　工业4．0把如下任务放在几乎所有企业面前：同时在多方面调整现有结构。必须发展跨学科的体系，而其障碍是传统的组织间的隔离以及专业的领导。发展这样的体系必须找到迄今还很少见的规划结构。今天，还只有少数大型垄断组织具备对系统工程的负责能力，未来几乎任何组织都必须具备这种能力。

　　2012年11月，作为国际系统工程会议(INCOSE)德国分部的系统工程协会（GfSE）在帕特波恩召开了首届系统工程代表大会(TdSE)，这并不是巧合。OWL（东威斯特法伦一利普智能技术系统）是迄今为止唯一的一个以系统工程为核心主题的工业尖端集群。在这个集群里，以中小型自动化、电气及电子技术企业为主的多家企业在联合工作。

　　这表明特定专业领域不复存在了吗？或者说这意味着构成了矩阵式组织结构的一种新形式吗？直到今天也没有人能给出有效回答。所有的预言家都对此保持缄默。大多数专家仅在这一问题上达成一致：现在的结构不适合未来的产品和服务。另一个为多数专家所同意的问题是：和功能结构相比，目前在所有组织中处于中心地位的产品及部件结构的重要性将减弱。但对于单个企业来说这是正确的吗？答案是开放的。

　　对企业组织来说可能还有一个更有意义的问题：如何才能改变目前这种开发、实验、生产规划、制造和服务相分离的局面？长时间以来这种相互分离的局面对于旧式机器、设备和产品来说都是正确的，因为那里关注的是零部件之间的优化协作。现在功能的重要性越来越大。硬件成为功能所必须的平台或者外壳。这对于德国企业来说非常有利，因为在这点上它们在许多方面都是世界第一。但是在产品生产前功能肯定还会有改动。如果产品早已交付或者被使用，那么功能也还必须能够经常改变。哪些组织结构能适应这些？什么东西是必须改变的？迄今为止那些主要是按照顺序行动的部门如何才能平行工作并且同步优化？

　　唯一确定的是，仍然只有软件和网络化能解决这些问题。到现在仍处于大规模分隔状态的部门必须做到数据的流通，而且是双向流通，只有这样企业可以依靠共有数据来实现逐步改变。

　　1.5 对过程管理的挑战

　　中欧的工业界出色地把开发和制造现代机电一体化产品所必需的工作注人商业程序中，而这些程序在许多企业大都已经被标准化了。倘若不是这样，由于产品及必要的相关流程的复杂性不断增加，在国际市场上的卓越地位便不可能保持。

　　在这些程序里，软件自过去几十年来就一直扮演重要角色，尤其是产品中的嵌入式软件。开发和集成的软件数量到达某个点时，工作本身会发生质变。几乎所有公司最终都会到达一个点，在这个点上软件不再是一种添加进来并且必须重视的东西，而是简单明了地成为主角。其他任何东西都和软件有关，甚至都由软件所决定。

　　当工业4．0把越来越多的产品通过自身IP地址和互联网或其他产品联网时，情况更是如此。这在精心制定并且标准化的过程里是未加考虑的。对此没有要求。如何领会和描述对这种产品系统的相关要求，如何才能通过产品的开发和实现追踪这些要求，这和那些关于未来企业组织的问题一样重要。企业必须面对这一问题。

　　过程必须更加灵活，对每种转变都容易适应，不呆板，没有约束。若要比现在更好的话，程序的步骤必须按顺序联网，形成一个通用的链条。这个链条包括了整个产品生命周期。

　　1.6 对方法和工具的挑战

　　电子学、自动化、机电一体化和嵌入式软件都催生了新式工具。过去十年以来，在关于开发、制造和使用的信息技术工具的开发中，越来越多的专业领域转向基于模型的工作。比如软件和系统工程的过程建模，硬件和机械的三维模型，以及电子和系统的功能和逻辑模型。未来的智能网络化系统还要把这种专业的、基于模型的工作继续拓展下去。

　　网络化系统必须能够根据功能来模型化。由此产生的模型必须是所有专业领域、所有专家都能阅读、理解并且使用的。现在的模型还做不到这些。通常来说这种创造仅仅是在其专业领域内部才能被获得和使用，甚至多数时候仅限制于创造它们的公司部门内部。

　　很多这方面的工作都在进行。研究所和大学在制订草案，做试验性开发。工业信息技术制造商忙于相关的模型、概念和工具。关于这些，本书的很多文章里都有令人印象深刻的证实。

　　除合适的模型外，还有第二个对工具的重大挑战：系统数据管理。因为在这件事上也形成了数据堡垒。堡垒中的内容对于企业里的其他人或者合作伙伴来说很难得到。

　　在产品系统的开发过程中，尤其是在其可能很长的上市时间里，必须始终配备以新的作用和功能。这也要求有一个整体性的数据管理。这和我们已经在组织及生产过程部分所读到过的一样。局限在机械和电子机械产品结构上的产品数据管理还不够。包含软件数据在内的产品生命周期管理(PLM)是绝对必要的。

　　到现在为止，产品生命周期管理主要是机械产品开发的领地。软件没有包含在内，对需求、产品乃至系统的结构和概念的描述尚未着手，而当功能被列入数据管理时，它们大都隶属于产品组件之下。

　　为了强调数据管理的根本性转变，特别是为了把所有参与开发和生产的部门纳入这一转变，编者去年引人了系统生命周期管理(SysLM)这一概念。人们是否以此称呼相应的工具，或者说系统生命周期管理是否正好是PLM软件工具要执行的任务，并不是关键。关键的是，工业界应尽快拥有相应的工具。

　　1.7 工业复杂性：从挑战到竞争优势

　　近几十年里，技术开发面临的最大挑战是产品乃至系统无限增加的复杂性。与此同时，这还导致开发和制造的工业过程的复杂性也倾向于无限增加。在今天，虽然儿童可以通过母语来操控至少一个终端设备最基本的功能，但是几乎所有产品的开发和生产都显得越来越难以控制。

　　目前，中欧的工程学在这方面却是居于领先地位的。没有哪个地方能像中欧这样把嵌入式软件和各类不同的产品结合得如此之好，在不同领域以很大优势领先国际市场的企业出奇的多，原因是他们比任何其他人都能更好地把软件和电子机械结合起来。这种优势地位建立在中欧工业界50年来习得的能力、方法和过程上（图1.7）。

　　可以预见的是，长期来看这种优势地位是不确定的。不过当工业界使自己的能力、方法、过程以及商业模式成功地适应了网络化的、由软件操控的系统时，在保持甚至扩大优势地位方面显然就具备了很好的条件。

　　如果成功地完成了这一根本转变过程，原先看起来似乎难以应对的挑战甚至可以发展成全球性的竞争优势。那么来自中欧的产品和系统占据市场的原因不但有高质量、耐用性以及环境适应能力，还将包括多专业合作开发和建造系统时的安全性。倘若如此，我们的企业的产品除了很好的功能外，在复杂性方面也将获得全球范围内的成功，因为我们把最复杂的过程处理得如此简单，像是毫不费力就可以完成似的。这只是表面现象，只是因为我们的工程师学习了如何控制复杂过程，才能如此顺利地进行。

　　人们将面临的挑战基本上是：把现在的手持设备操作的简单性尽可能多地转移到工业开发和生产的过程及产品上去。这通常被称为简单的复杂(Simplexity)。

　　1.8 因为新的系统需要我们另一种教育和继续教育

　　近年来，任何产品中包含了软件和无线网络的领域都明显缺乏优秀的机械、电子和计算机工程师。处理多学科合作的能力越来越重要。目前企业使用的人，都是已经具有跨学科经验，或者是曾被挑选做过这样的交替性工作：在某个项目中被指派为机械方面的主要角色，而在另一个项目中则被指派处理计算机问题。目前为止所建立的系统工程学主要用在航空航天器制造方面。从上面的观点来看，这种系统工程学也是另一种专门学科，对外行的封闭程度不亚于计算机和机械。

　　现在，综合大学和应用科技大学培养开发及生产工程师的任务是划分在不同科系里的，而这种划分标准又是根据上世纪的工业需求制定的。20世纪六七十年代时增加了计算机科学系。最近几十年若干大学建立了机电一体化研究所。系统工程学方面也出现了高校课程和系所，有一部分是企业组织的进修。

　　在过去几十年，不断专业化的过程中缺少这样一种教育：理解全局，能领导和负责一个复杂技术系统的开发。这也许不是一个关于新的科系或者新的大学专业的问题，而实际上是一个现存科系及专业彼此渗透贯穿的问题。

　　学生们应该可以根据多个科系的课程编排自己的学习计划，学习一些计算机课程、机械课程、企业经济学或者生产技术课程。现在的综合大学和应用技术大学的结构还做不到这些。现在的高校结构提供专业人才，学生刚刚工作时职业生涯就被绑定在某专业领域的情况看起来并不少见。

　　除了更加自由的课程计划外，综合不同科系的研究项目也应该有所帮助，遗憾的是这种项目还很罕见。如果能和其他系的学生一道为一个跨学科系统工作，这将是对学业的一个极好补充。最终培养出的毕业生为在工业界工作做好了准备。这里所说的工业，其核心在于智能联网系统的开发和制造。

　　工业界必须向科学界和政治界言明，为了未来的产品他们需要什么。工业界自己也可为此做些实际贡献，原因是无法肯定国立机构能否很快地为职业再教育做出相应的转变。这里工业界可以凭借新的进修方式走在前面，并且举例说明哪些可以成为自然科学教育的组成部分。

　　最后是那些工业界和科学、研究机构合作的研究项目。这些项目考察和测试新的方法、工具、操作程序和模型，以寻找应对上述挑战的进一步可能及总体方法。如果是单独一家企业去做．几乎不会有什么成果。正是这些计划可以向政界证明支持它们的意义，联邦政府对工业4．0的支持就是一个证明。

　　1.9 展望

　　讨论已经开始。对于参与其中的每个人来说，一方面感到焦急，因为还有这么多问题没有答案——就像在本篇导论里提出的问题一样；而另一方面则要求每个人都非常彻底和仔细地思考这一连串的问题，不要大肆炒作，不要市场营销的喧嚣。这种喧嚣会在短暂的高涨后瓦解，而面对实际挑战的工业界则被冷落在一边。

　　更确切地说，这本书尝试的是表述面临的问题，而不是给出解答。费尔达芬工业峰会是这类议题的第一次高层会谈，最后也是总结问题，而不是给出已知答案。

　　在中欧，这个话题有充分理由被赋予德语名称“工业4．O”(Industrie4.0)。此话题过于复杂，不可能通过一次尝试就解决所有问题。如果本书和工业峰会能做到传递启发性思维，同时把辩论向更深更广的方向引导，那已是非常成功了。

　　工业峰会应该被当作一个起点，而不是单独性事件，过后所有人又回归旧的结构照老办法行事。它可能是德语区制造工业先驱者的催化剂。这一催化剂既释放能量，也聚集能量。峰会可以成为一个定期召开的经济、科学和社会高层会谈的序曲。峰会也可能催生关注特定工业的分组——对特定工业来说工业4.0有各自不同的含义和要求。这里列举几个特殊的行业名称：汽车制造、飞机制造、机械及设备制造以及医疗技术。

　　联邦信息经济通信和新媒体协会(BITKOM)、德国机械设备制造业联合会(VDMA)以及电子和电气工业中央协会(ZVEI)已经建立了联合办事处。这是往正确方向迈出的一步。人们必须证明，这一步是否足够。工业界肯定需要一种组织形式，以便在确定的方向上全力支持工业的发展。在费尔达芬举办的峰会是一个交流意见的好机会。

　　摘自：《工业4.0》

　　■乌尔里希·森德勒

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