世界聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)全方位的進(jìn)程。萬(wàn)維網(wǎng)借助物聯(lián)網(wǎng)從單純的信息提供者轉(zhuǎn)變成交互媒介。信息物理系統(tǒng)(Cyber-Physical System)越來(lái)越廣泛的聯(lián)系在一起，并且由于這樣的整合產(chǎn)生了新的技術(shù)可能性和商業(yè)模式。信息物理系統(tǒng)起著重要的作用，也就是說(shuō)，埋入式的信息和交換技術(shù)相互聯(lián)網(wǎng)，并且與英特網(wǎng)連接。

物聯(lián)網(wǎng)及其服務(wù)是智能建筑、智能居家等眾多項(xiàng)目取得成功的前提。在工業(yè)和物流領(lǐng)域，人們談?wù)撝悄芄S。這些都貫徹著工業(yè)4.0概念。

工業(yè)4.0概念原本是德國(guó)在2011年提出高科技計(jì)劃“信息物理系統(tǒng)(Cyber-Physical System，CPS)議程” (Acatech – Studie“Agenda CPS ”)時(shí)提出的。 在“信息物理系統(tǒng)(CPS) 議程” (“Agenda Cyber Physical System ”)的科技計(jì)劃中，人們描述了從嵌入式系統(tǒng)(Embedded – System)到信息物理系統(tǒng)(CPS)的道路，除了研究方法外，還提到了一些應(yīng)用領(lǐng)域，其中包括智慧工廠。

從電子行業(yè)開始，網(wǎng)絡(luò)化工廠越來(lái)越多的進(jìn)入到生產(chǎn)制造行業(yè)。與以往的工業(yè)革命不同，第4次工業(yè)革命不是聚焦研發(fā)蒸汽機(jī)或“貨品主義”(“Fordismus”)等，而是向前推進(jìn)世界網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程中的創(chuàng)新。

創(chuàng)新中重要的一點(diǎn)是一個(gè)系統(tǒng)中所使用部件的互聯(lián)性和可交換性。盡管在一個(gè)自動(dòng)化世界里有眾多的機(jī)構(gòu)，以及確保各個(gè)用戶機(jī)構(gòu)里的各種互聯(lián)的眾多技術(shù)條件。但是，工業(yè)4.0 的前提是一個(gè)不受限的企業(yè)內(nèi)部和外部以及跨機(jī)構(gòu)和跨國(guó)家的信息流。

工業(yè)4.0定位標(biāo)

在漢諾威博覽會(huì)上，來(lái)自世界各地的人們聚集在一起，就當(dāng)前的工業(yè)趨勢(shì)及今后的發(fā)展交流意見。在此，人們討論的重點(diǎn)是工業(yè)4.0。從方案開始，首先須對(duì)所謂的第4次工業(yè)革命“作為社會(huì)技術(shù)的系統(tǒng)，在技術(shù)、組織和人員方面進(jìn)行系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)”(工業(yè)4.0白皮書研究議題;工業(yè)4.0 出發(fā)點(diǎn))方面建立一個(gè)基本的理解。

研討會(huì)和技術(shù)專題報(bào)告會(huì)、會(huì)議和大會(huì)以及像漢諾威工業(yè)博覽會(huì)這樣的專業(yè)展會(huì)，能夠提供通往網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)道路的定位標(biāo)。在此，企業(yè)家、工人和科研人員相互交換意見，得出他們對(duì)于工業(yè)4.0 的大概理解。因?yàn)橛幸稽c(diǎn)必須明確：工業(yè)4.0不是產(chǎn)品，而是必須適合其自己和適合其顧客需求的計(jì)劃方案。

圖2 Kuka公司的 Martin Ruskowski 博士說(shuō)：“許多客戶的興趣僅是具體到，他們?nèi)绾文軌蚪柚?lián)網(wǎng)技術(shù)今天就創(chuàng)建智能技術(shù)解決方案。”

此外，企業(yè)對(duì)于工業(yè)4.0也有各種不同的看法。Kuka公司負(fù)責(zé)研發(fā)的副總裁 Martin Ruskowski 博士對(duì)工業(yè)4.0的總體理解是：“當(dāng)談到工業(yè)4.0 和機(jī)器人時(shí)，人們想到的是人工智能和無(wú)人工廠。但是，這只是人們?cè)诳苹秒娪袄锟吹降膱?chǎng)景。實(shí)際情況完全是另外一個(gè)樣子。工業(yè)4.0 是使人更加了解生產(chǎn)流程。第4次工業(yè)革命堅(jiān)持生產(chǎn)重要部件的智能聯(lián)網(wǎng)。”聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)關(guān)鍵詞。這里說(shuō)的聯(lián)網(wǎng)不僅是機(jī)器和設(shè)備的信息交換，而且也是企業(yè)和應(yīng)用在一個(gè)環(huán)境里的信息交換。Martin Ruskowski博士說(shuō)：“我們從我們客戶方面了解到，他們對(duì)真正的工業(yè)4.0技術(shù)解決方案有著極大的興趣。我們?cè)S多來(lái)自中小型企業(yè)的客戶不是想得到一塊大的奶酪，他們的興趣全都具體到，他們?nèi)绾文軌蚪柚?lián)網(wǎng)技術(shù)今天就能夠創(chuàng)建智能技術(shù)解決方案。”Martin Ruskowski 博士解釋說(shuō)：“這背后是企業(yè)有史以來(lái)最大的聯(lián)網(wǎng)的展出應(yīng)用。該應(yīng)用呈現(xiàn)出各種不同的公司和Kuka公司部件的一個(gè)智能化的融合。一個(gè)工業(yè)4.0的范例是，在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)的展臺(tái)上，演示一個(gè)數(shù)字化聯(lián)網(wǎng)的透明的可實(shí)現(xiàn)單個(gè)批次產(chǎn)品‘僅為一件’的工業(yè)化批量生產(chǎn)流程。”

圖3 Wibu Systems公司的 Oliver Winzenried 說(shuō)：“安全的疑慮和技術(shù)訣竅的保護(hù)常常被人們作為對(duì)實(shí)施工業(yè)4.0 的反對(duì)意見而提起。”

Wibu Systems公司總經(jīng)理、德國(guó)機(jī)械設(shè)備制造業(yè)協(xié)會(huì)(VDMA)“Protect-Ing”工作組理事會(huì)主席 Oliver Winzenried 也注意到人們對(duì)工業(yè)4.0的興趣在不斷提高。他認(rèn)為，公司的規(guī)模大小不同，對(duì)工業(yè)4.0的興趣也不盡相同。他說(shuō)，“集團(tuán)公司和大的中型企業(yè)大力投資，并且公司的所有部門都在為這個(gè)未來(lái)目標(biāo)而努力工作，小型企業(yè)也在考慮他們?nèi)绾文軌蛲ㄟ^數(shù)字化和靈活的生產(chǎn)為其顧客創(chuàng)造有附加值的產(chǎn)品。”

據(jù) Oliver Winzenried 稱，在實(shí)施工業(yè)4.0 的過程中，較大的疑慮是安全議題。 他說(shuō)，“安全的疑慮和技術(shù)訣竅保護(hù)常被作為對(duì)實(shí)施工業(yè)4.0的異議而提起。 越來(lái)越多的“產(chǎn)品”存在于生產(chǎn)數(shù)據(jù)和流程中。這便產(chǎn)生了一個(gè)問題，是否必須要可靠掌握數(shù)字化的開放性生產(chǎn)流程。”

工業(yè)4.0的安全性

人們提出的大多數(shù)問題中的一個(gè)問題是，在智慧生產(chǎn)的道路上，如何將工業(yè)4.0和安全性集成到現(xiàn)有的設(shè)備里。Oliver Winzenried 說(shuō)：“從機(jī)械和控制技術(shù)的角度來(lái)看，特別老舊的機(jī)器無(wú)法集成。而所有其他的機(jī)器，要么通過網(wǎng)關(guān)和防火墻進(jìn)行封閉，集成到公開網(wǎng)絡(luò)里。或是在較新的機(jī)器里直接裝備嵌入式安全網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)或每個(gè)直接聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器都需要有一個(gè)安全的明確的身份。”

Wibu Systems 公司的業(yè)務(wù)是工業(yè)軟件和數(shù)據(jù)安全。該公司關(guān)注隱蔽的數(shù)碼編成方法。在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)送者和接受者進(jìn)行驗(yàn)證，之后他們才能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。很多知名企業(yè)都是Wibu Systems這個(gè)中型公司的客戶。從表面上來(lái)看，人們很少能夠覺察到這家位于德國(guó)卡爾斯魯厄的公司的安全技術(shù);但是該公司的安全技術(shù)卻不為人知的保護(hù)著機(jī)器的安全，以及重要數(shù)據(jù)不被非法存取。

這家位于德國(guó)卡爾斯魯厄的公司的重要數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)解決方案，是一個(gè)為機(jī)器、設(shè)備或智能裝置研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)或嵌入式軟件，該軟件通過授權(quán)的方法對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)以及實(shí)施新的商業(yè)模式提供安全保護(hù)。Oliver Winzenried 說(shuō)：“厘米卡(Cm –Cards)安全保護(hù)和許可證技術(shù)解決方案可很好的進(jìn)行附加。原因是有小形式的用于USB的厘米棒(Cm-Sticks)或作為厘米卡(Cm –Cards)的‘信任之錨’。例如，可采用一個(gè)附加的代碼表芯片(Code Meter-Chip)來(lái)取代一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)安全數(shù)位卡(Industrie – SD-Speicherkarte)。然后，可以通過不安全的通信途徑與厘米棒許可證中心(Code Meter License Central)為OPC UA展開可憑資格、也可通過安全授權(quán)和使用鑰匙的方式來(lái)提供安全的保護(hù)。

工業(yè)4.0 的挑戰(zhàn)

從安全的觀點(diǎn)出發(fā)，通往聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)的道路上并不只有一個(gè)挑戰(zhàn)。實(shí)施工業(yè)4.0的道路上存在著許多的未知數(shù)。例如，在一些問卷調(diào)查中，受訪人會(huì)提問哪些企業(yè)已經(jīng)集成了工業(yè)4.0。人們忘記了一點(diǎn)，工業(yè)4.0沒有一個(gè)定論性的定義。如果今天適合工業(yè)4.0 的所有東西都已經(jīng)實(shí)施，那么還要繼續(xù)前進(jìn)嗎?總是還有繼續(xù)向前邁進(jìn)的步驟。這是一個(gè)朝著一個(gè)方向逐步發(fā)展的創(chuàng)新：在各個(gè)領(lǐng)域里有更多的連通性、更多的智能技術(shù)解決方案，當(dāng)然也會(huì)由此產(chǎn)生新的商業(yè)模式。

Kuka 公司通過工業(yè)4.0 了解了很多的可能性。Martin Ruskowski 博士解釋說(shuō)：“進(jìn)一步發(fā)展的潛力非常大：如用實(shí)時(shí)信息交換標(biāo)準(zhǔn) TSN(Kasten)這樣的適合的信息交換和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可形成連貫的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、新型的制造流程、靈活的聯(lián)網(wǎng)以及激活的部件整合的‘互聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化’。這可能便是智能控制和制造技術(shù)解決方案的一個(gè)重大突破。”

令人印象深刻的是，Oliver Winzenried 告誡人們，在通往工業(yè)4.0的道路上，不能僅僅關(guān)注技術(shù)層面。 他說(shuō)：“重要的是人們需要對(duì)繼續(xù)教育投資， 并且要逐步推進(jìn)聯(lián)網(wǎng)。必須從一開始便將‘保密安全’集成進(jìn)來(lái)。一方面出自安全理念，也就是出自保護(hù)環(huán)境和人的安全理念，另一方面也要出自保密安全的理念，也就是為了防御網(wǎng)絡(luò)攻擊和控制，并且要排除錯(cuò)誤操作。 特別重要的是，人們?cè)陬^腦里一直要堅(jiān)持對(duì)用戶有利，通過提高能源效益和材料效益降低成本這樣的先后順序來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)的增值。”