工業4.0時代標準化的發展以及應對策略研究

馬振

棗莊市標準計量研究中心 山東棗莊 277800

在全球制造業競爭越來越激烈的時代，在2013年的德國漢諾威國際工業博覽會上，德國正式提出了工業4.0的概念，并相應推出了一系列實施建議，以此來保證德國制造業的傳統的優勢，并有助于強化德國工業的競爭能力。所謂工業4.0，也就是以智能制造為主導的第四次工業革命，在第四次工業革命之前發生的工業革命包括機械化革命、電氣化革命以及信息化革命這三次工業革命。此次工業4.0是建立在信息物理系統的基礎上的，它的比較典型的標志是數字化以及網絡化，通過信息技術進行驅動，并將機、電以及自動化進一步融合，達到智能化制造的目的[1]。工業4.0革命對全球制造業的生產加工方式產生一定程度的改變，并致使了產業的進一步變革，對工業的生產方式以及產業形態都帶來很大的影響。在工業4.0的提出以來，全球各個國家為了應對這種挑戰，都相應提出了發展自己國家制造業的戰略，美國提出了先進制造業國家戰略計劃，日本提出了產業結構調整戰略，中國提出了《中國制造2025》發展戰略。與此同時，中國制造業面對著非常多的挑戰。主要體現在：第一，全球的發達國家都在實施“再工業化”的戰略，中國的制造業面對著“雙向擠壓”的挑戰。第二，中國經濟的發展逐漸進入到新常態，從長期的發展來看，存在資源缺乏、環境惡劣、勞動力成本增加、發展效率降低等缺點，中國的制造業亟需轉型升級[2]。第三，中國的工業化水平與世界發達國家的工業化水平相比，競爭力有待進一步提高，中國的工業特點表現出大而不強，中國必須加強其制造業的發展，爭取在下一階段到達更高的點。

在工業4.0時代，標準化逐漸演化為一個重要的領域，標準化是推動工業4.0的核心力量。雖然，現階段工業4.0的標準化在初級階段，在初期，提出了標準化線路圖，以及建立了標準化的框架結構，中國需要進一步加強對工業4.0標準化的制定，用以搶占標準制定的更高點。中國制造業企業在工業4.0標準化的情形下，對于標準化的應用效果，在一定程度上影響工業4.0時代中國企業能夠順利實現轉型升級，是否能夠帶領行業的發展。現階段，中國對于工業4.0標準化的研究涉及得比較少，對于中國制造業在工業4.0時代標準化的應對策略的研究更少，所以，本文側重于工業4.0時代標準化的發展，并提出工業4.0標準化的應對策略，具有重大的意義。

1 工業4.0的相關概念

1.1 工業4.0的概念

工業4.0的基礎是信息物理系統，并且主要是以生產高度數字化、網絡化以及機器自動化為標志的第四次工業革命，通過移動互聯網、物聯網以及大數據等一系列的信息技術作為重要驅動，融合虛與實，進一步融合機、電、自動化、企業管理流程以及通信技術，從而達到向智能化制造轉型的目的。工業4.0的目標之一是構建個性化以及數字化的生產流程，將控制方式由原來的集中式向分散式轉變，并突破傳統的行業界限，對生產流程進行重組。其中，信息物理系統是工業4.0的一支重要力量，信息物理系統通過數據的分析以及交互，對那些獨立的設計、運營、生產和服務等職能進行一系列的整合，有助于提高工廠的管理和運作。

另外，計算機、網絡以及先進制造有助于提升工業4.0的發展，工業4.0通過這些智能化平臺，來實現設計、安裝、生產以及服務所有流程的個性化服務。從另一個角度來說，工業4.0有助于提高機器的可利用率、可適應性以及可靠性，提升了生產過程以及產品質量，產品的開發周期逐漸縮短。從以上分析可知，工業4.0是新時代的一種新的工業發展模式，它是將信息技術以及制造業結合到一起發展的產物。但是，工業4.0沒有引進新技術，只是將已有的計算機以及網絡資源進一步利用，工業4.0通過和物理設備進行融合，構建一種高度協調的互聯互通關系，這是一種通過智能制造為主的革命性生產方法。因此，從根本上來說，工業4.0就是把制造業向智能化轉型的過程，是一種基于信息物理系統來實現新的生產方式[3]。

1.2 工業4.0的內容

在《德國工業4.0戰略計劃實施建議》中，一共包括七部分的內容：也就是引言、愿景、雙重策略、需求研究、優先行動領域、德國如何與世界其他國家競爭以及展望等。

2 工業4.0時代標準化的發展分析

2.1 工業4.0對標準化的依賴分析

工業4.0的實現離不開標準化，工業4.0對標準化的依賴是其正常運轉的關鍵。現階段，實現工業4.0主要由三個方面的阻礙，這三個方面包括：標準化、工作的組織以及產品的實現，其中，標準化是第一重要的因素。工業4.0需要實現跨領域、跨層次以及跨全生命周期的系統的集成，但是，這些方面的實現只能運用標準化的術語以及概念來協調相關的方面，這樣有助于保證應用間的協調性以及一致性，有助于保障利益各方更加準確的理解信息資料，從而實現數據的更加深刻的交互以及存儲。工業4.0通過對標準化的依賴，能夠保證各方之間的協調以及配套，從而保證一種良好的接口關系。通過標準化，有助于明確產品標準以及服務標準，有助于保障產品質量以及服務質量，提升顧客的滿意度，提升產品的可塑性[4]。通過標準化，使用模塊化以及系列化的手段，有助于實現產品的智能生產，從而滿足顧客的個性化的需求。另外，工業4.0涉及到諸多方面，包括機器設備、網絡、計算機、信息數據以及人力等，這些諸多影響因素都是在標準的結構框架下成立的，有助于保證各方面的運行，從而得到好的標準化的效果。所以，標準化對于工業4.0的實現是不可缺少的一步。

2.2 工業4.0的標準化框架分析

標準化在工業4.0中的作用顯而易見，德國電工電子以及信息技術標準化委員會迅速發布了第一版德國工業4.0標準化路線圖，這一版圖是對德國工業4.0標準化的一項頂層的設計。這是一項工業4.0參考架構模型（RAMI4.0）,它是從產品生命周期、層級以及架構等級，從這三個不同的維度對工業4.0從多個角度進行描述，表明德國對工業4.0所進行的全局式的思考。可以看出，RAMI4.0是以一個三維模型顯示了工業4.0設計的諸多的重要因素，通過這一模型，有助于識別出現有標準在工業4.0中的地位，也能夠及時發現現有標準的缺點。

RAMI4.0模型的第一個維度，主要利用信息以及通信技術的通常的分層定義。其思考的思路類似于ISOOSI七層模型，各個層級之間實現比較獨立的功能，另外，下層給上層提供接口，且上層利用下層的服務。根據從下層到上層的分級，可以分為：資產層、集成層、通信層、信息層、功能層和業務層，通過各個層級不同的視角來達到工業4.0建模以及實施的目標。RAMI4.0模型的第二個維度，主要說明全生命周期和其相關價值鏈。這個維度主要從產品全生命周期的角度來看，說明了以零部件、工廠以及機器作為代表的工業要素從虛擬原型轉向實物的全過程。這個過程主要是指生產過程，一個完整的生命周期，包括規劃、設計、仿真、制造、銷售以及服務。RAMI4.0模型的第三個維度，說明了工業4.0在不同生產環境下的功能分類，并明確了企業控制系統和管理系統等各個層級的集成化標準。通過更多的分析得知，工業4.0偏向于關注協同，所以在底層添加了一層“產品層”，還在工廠頂層添加了“互聯世界層”，這些工作說明了工業4.0針對產品服務以及企業系統的需求。

2.3 工業4.0時代標準化的特點分析

標準化從產生到發展，已經經歷了一百多年的時間，一般來說，傳統的標準化模式屬于事后管理模式，只有在事物發展以及變化到了一定階段，并且處于比較成熟時才會重新制定標準。這種模式一般應用在技術變革緩慢、基礎技術參數積累比較多以及產品成熟期比較長的產業和產品中。可以看出，傳統標準化的過程以及方法比較簡單，其針對的標準化對象相對單一，比較看重單個標準效益，對于那些需要跨領域協調的問題缺乏關注。傳統標準化的特點之一是不斷積累標準，其對于標準的制定是孤立的，無法從整體上考慮問題，很難應對更加復雜的大型系統以及跨領域和多行業的綜合化的網絡[5]。

工業4.0時代下，標準化集中應對戰略性新興產業，其技術變革快速，并且技術難度較高。所以，工業4.0時代的標準化和傳統標準化對比，具有一些新特點，主要體現在：第一，工業4.0時代的標準化更加要求戰略性。和傳統標準化注重技術性相比，工業4.0時代的標準化更加注重戰略性。工業4.0是德國的制造業發展戰略，它的主要目的是保證德國制造業在世界的領導地位。與此對應的是，中國的《中國制造2025》也是為了使得中國制造業的發展而構建的國家戰略。第二，工業4.0時代的標準化更加注重國際性。在初級階段，工業4.0的運轉離不開世界各國的統籌規劃、協調以及發展。工業4.0的國際標準化中，不管是國家之間，還是技術各個領域之間，以及各個標準化組織之間，都要求彼此共同協作。只有通過這種緊密的協作，整合世界各國的各種生產要素，打開各種阻礙，有助于提升各國的互相合作，從而實現工業4.0的偉大愿景。第三，工業4.0時代的標準化的新特點表現在系統性以及綜合性。如今的標準化與傳統標準化相比，不再是簡單的結構，而是通過產品生命周期或者價值鏈、層架以及架構三個維度構成一個標準化的空間，其中的每一條標準都作為這個體系的一個組成元素而存在，各個標準之間都由比較強的協調性，能夠從整體上發揮效用，這都體現了系統性的特點。另外，跨領域、跨層次以及跨生命周期的集成，都需要在規定的時間內構建一整套標準，并通過這一整套標準來解決重要問題，達到整體效益更好的目的，這體現了綜合性的特點。

3 結語

在工業4.0時代，企業必須要根據自身的形勢，立足于自身的形勢，對工業4.0時代對未來制造業產生的影響有一定的認識，實現工業4.0，標準化的因素非常重要，因此企業在立足自身形勢的情況下，構建標準化的戰略，從整體規劃和全面布局出發，利用企業自身的技術條件以及行業地位，合理科學地構建出企業的標準化戰略。在工業4.0時代下的標準化，其特點主要包括系統性、動態性、協調性以及開放性等，由于傳統的標準化方法比較單一，難以應對比較復雜的形勢，這要求必須實施綜合標準化。也就是，使用系統分析方法，參考RAMI4.0模型，以系統的整體效益作為目標，通過頂層設計和全盤考慮，有組織、有計劃以及整體的構建標準綜合體。