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-1-2019年8月12日专刊2030年德国工业4.0愿景【译者按】2019年4月，德国联邦经济能源部发布《2019年进展报告：德国2030年工业4.0愿景》（以下简称《愿景》）。《愿景》从自主性、互通性、可持续性三个方面描述了全球数字生态应具备的要素，并阐述了实现愿景的重点任务，旨在为德国各相关方制定下一步计划提供方向。《愿景》认为，工业4.0将重塑全球网络化价值创造体系，并改变价值创造方式。德国应借助灵活的全球网络增值系统，加快数字化商业模式应用，进一步巩固全球工业4.0装备供应商的主导地位。赛迪工业和信息化研究院对该《愿景》进行了编译，期望对我国有关部门有所帮助。【关键词】德国工业4.0数字化愿景-2-一、前言八年前，“工业4.0”一词问世。八年来，人工智能、区块链、5G等技术扩展了工业4.0的功能，越来越多的全球工业企业将数字化生产、服务和商业模式付诸实践。重新审视工业4.0恰逢其时，全球数字价值创造体系是怎样的架构？应该是何种架构？过去一年间，工业4.0平台的专家共同设想了工业4.0未来模型。本报告展示了目前工业4.0在未来数字生态体系设计方面的成果及德国现有的设想。去年，德国强化了许多合作关系并建立了新的合作关系，表现出对外交流与合作的强烈意愿。国际合作表明，人类只有全面合作，才能共同应对工业4.0面临的挑战。同时，德国在应对信息技术安全、教育培训、商业模式和法律等重大挑战方面，获得了突破性进展；在标准化过程中，也见证了管理机制所取得的成功。下面将具体论述2030年德国工业4.0愿景。二、2030年愿景：概述自2011年提出最初设想以来，德国在实施工业4.0方面取得了重要的基础性进展。与此同时，工业4.0仍有巨大潜力尚待挖掘。数字化为德国奠定了坚实的国际竞争地位，并为德国经济和工业发展带来了巨大机遇。德国应进一步巩固全球工业4.0设备-3-供应商的主导地位，促进工业价值创造，以确保就业带来社会福祉。然而，要实现这一目标，德国必须不断巩固其现有优势（创造更多工业价值、良好的科学和研究能力、强大的中产阶级、较高的教育水平等）。为巩固国际竞争地位，应为欧洲设想一个多样化、开放和可持续的数字生态体系愿景，并将其作为工业4.0创新和应用不可或缺的一部分。这有利于大中型供应商和用户充分挖掘工业4.0的潜力。我们认为，工业4.0的核心由三个密不可分的战略行动领域构成：自主性，这是数字商业模式竞争力的有力保证。互通性，打造合作和开放的生态体系，兼顾多元化和灵活性。可持续性，实现现代工业价值创造，确保高品质的生活。《愿景》的上述行动领域拥有广泛的社会共识，并为商业、科学、政治和社会各参与方的下一步行动提供方向。《愿景》将德国的工业和商业视为其国际竞争力的主要支柱，并提供了一个交流平台，期望欧洲和全球合作伙伴就共同设计数字生态体系等问题进行公开对话。本报告首先强调了数字商业模式对全球网络增值系统的竞争力和可持续性具有不可替代的作用；然后，按照《愿景》的三个行动领域进行阐述，并介绍了相关工作组的成功-4-和贡献。最后，总结了中小企业向工业4.0转移的具体做法和国际合作经验。·技术开发·安全·数字基础设施自主性·监管框架·标准和整合·分布式系统和人工智能互通性·良好的工作和教育·气候保护和循环经济·社会参与可持续性图1：塑造全球数字生态体系三、数据经济的数字化商业模式价值链越来越多地呈现出全球网络化趋势，基于数据的服务已成为价值链中不可或缺的一部分。以“基于服务”的模式为例：轮胎不再通过销售，而是通过一定条款使用。对于客户而言，这不仅意味着降低使用成本，还意味着降低融资风险。制造商在负责相关维护工作的同时，可以记录和评估轮胎的使用数据，更好地了解客户需求，进而优化报价并相应地调整产品供应，从而获得更高的利润。增值元素越来越多地从生产转向基于数据的服务。在流程和业务合作中，平台的价值日益凸显。无论企业目前如何-5-成功，数据和服务在价值创造中的重要性呈指数级增长，迫使企业严格审视其传统商业模式，并研究这些传统商业模式在未来的可行性。为了将数据引入价值创造网络，不仅需要收集和共享数据，最重要的是，人们必须认识到数据的价值。（一）相关成就“工业4.0的数字化商业模式”工作组成立一年后，便在汉诺威工业博览会上发布报告，重点论述了数字化商业模式面临的机遇和挑战，并收集整理了来自德国工业的22个数字化商业模型实例。研究成果和建议包括：数字化商业模式是实现竞争差异化的基础。对数字化商业模式来说，仅靠一家企业将无法实现竞争力。巧妙协调价值创造网络，实现各合作伙伴的多赢合作是获得成功的关键因素。致力于打造智能产品使用服务。通过智能产品与在线服务的结合，即利用产品使用过程中生成的实时数据，形成新的价值创造模式。新的组织技能对实现技术适应能力和商业模式的实施至关重要。例如，多头盈利将成为企业的重要能力。自2018年3月成立以来，该工作组以各种形式推动了相关讨论，如会议论文、新闻文章、视频博客、推文、网站热帖等，并-6-发表了三篇颇有份量的论文：“数字化商业模式创新驱动因素”一文讨论了成功要素。成功的数字化商业模式应能利用技术突破将新的价值主张商业化。因此，公司必须“多头盈利”。在制定数字化战略时，应优化现有业务，并创建数字化愿景，将工作重心放在潜在客户的个性化需求上。在另一份论文中，由弗劳恩霍夫研究所IMW领导的专家研究了“企业传统商业模式数字化转型发展路径”。工作组与50多家国际工业企业合作，发现了企业在数字化转型过程可以遵循的五条发展途径：数字元素、连通性、将产品视为服务、具体应用和数字平台。在第三份论文中，该工作组分析了德国数字平台现状。在德国，许多工业企业正在扩充其B2B平台，但这些平台的规模仍需进一步扩大。（二）未来任务该工作组议程中有三个主题：一是专家需要确定成功实施数字化商业模式的基本要素。二是重点探讨数字化商业模式的融资和收入机制，需要收集具体示例加以进一步分析。三是研究数字化商业模式对领导、组织和合作的新要求。（三）“工业4.0商业模式”工作组-7-数据、平台、技术和客户新的预期，所有这些因素正在改变制造企业的价值创造模式。增值因素越来越多地从生产转向数据驱动的服务。新的数字化商业模式正在出现。这些商业模式的可持续性决定了企业的成功。数字化商业模式的发展面临哪些挑战？创新的动力是什么？企业的文化和组织如何变革？工作组对上述问题都进行了回答。工作组设定的目标是，了解数字化商业模式的架构和动态，并提出行动建议。四、2030年愿景：自主性作为指导原则的自主性强调市场中所有参与者享有自主、独立决策和公平竞争的自由，包括商业模式的定义和设计，以及工业4.0生态体系内个人的购买决策的自主性。（一）全球工业4.0生态体系中的自主性要素1、数字基础设施具有价值创造网络的动态配置，甚至跨越企业界限的强大自主性基础设施对价值创造网络起着关键作用。这种基础设施架构必须对所有参与者开放，并且不能有限制性条件。具备自主性的数字基础设施决定了对工业4.0生态体系的访问权，保证了市场主体的多元化。作为一项战略资产，具有弹性的基础设施可汇集跨境和跨行业获取、交换、分析和应用数据所需的所有交叉需求-8-和服务。2、安全数据保护、信息技术和信息安全是工业4.0的先决条件，也是全球数字生态体系的合作基础，对实现工业和社会价值具有重要意义。在所有相关的挑战中，安全性是工业4.0实现高度互信的基石。企业、员工和个人比以往任何时候都更需要保护数据，并且能够自信地决定他们数据的用途和确保其数据“被遗忘”的权利。3、技术开发在数字化工业体系的核心领域进行基于技术的研究、开发和创新，是实现工业4.0自主性的基本要求。除了技术开发外，在设计理念中必须融入数据保护和安全性，以及可持续性和互通性。同时，应确保价值创造生态体系中的所有参与者都能从技术发展中受益。（二）自主性领域工作组开展的相关工作和讨论1、全球安全数据交换下述设想颇为诱人：客户可以在在线配置器中自己设计跑鞋，包括颜色、大小、脚形等。当客户点击“购买”，即在生产者的数字平台上开始拍卖：鞋品牌将订单授予具有能力并出价最低的工厂。鞋品牌将相关生产数据（CAM数据）直接传输到工厂的-9-机器人和3D打印机。这就需要合作伙伴之间建立信任。“网络安全系统”工作组正致力于解决4个关键问题，旨在确保全球工业4.0生态体系中的信息技术安全：安全的生态体系：无论在哪个国家和地区，全球生态体系都需要为所有参与者提供全面的安全架构。这需要统一的安全策略和适用于所有相关方的监管框架。工作组致力于将设计安全作为首要原则，并与来自企业、计划和各国政府的国际合作伙伴通力合作，使技术、组织和监管要求具有互通性。安全通信：在行业、人力、机器和软件应用程序组成的网络中，可实现大规模交互和数据交换。但只有在技术交流机制确保所有参与者能够进行安全通信的情况下才能实现上述设想。工作组制定了安全通信的技术要求，并勾勒和评估了解决方案。安全身份：为了安全实现数据交换，必须清楚了解数据的发送者和接收者的真实身份，并了解他们有权发送和接收相关信息。该工作组概述了安全身份的基本要求，并从政府和行业获得了行动建议。可信赖性：数据交换和参与者互动的基本前提是建立互信。只有在可信赖的合作伙伴之间才能促成数据交换。在整个-10-价值链中，可信度成为企业活动的定性决策标准。工作组研究了如何证明或评估数据的可信度，以及系统和流程的正确性、不变性和完整性如何推动可信赖性等问题。工作组的专家研究了工业4.0中人工智能安全方面的问题。他们强调指出，人工智能有利于改善工业网络的安全性，但也讨论了人工智能带来的新的安全风险。最后，与会者为制造商、集成商和运营商以及政府决策者提出了行动建议。基于应用场景“状态监视和参数化”，人们开发了用于跨企业通信的OPC统一架构（OPCUA）的安全使用要求。平台专家及其合作伙伴提出并评估了潜在的解决方案。-11-生态体系国内通信身份可信赖性国际认证机构CA信任中心企业跨企业A国的跨企业网络B国的跨企业网络国家A.信息技术安全相关的法规国家B.信息技术安全相关的法规软件机器人工图2：国内和国际工业4.0生态体系中信息技术安全的四个核心领域2、未来任务在“参考架构、标准和标准化”工作组配合下，基于结构原理，需要创建用于管理层交互的应用程序编程接口（API）。另外，还应对必要的基础结构元素加以描述。到2020年，在日本的机器人革命计划（RRI）的验证计划中，将尝试在两大洲客户和供应商之间建立业务联系。在此之前，必-12-须确定自动签订合同和数据交换的条件，并讨论潜在的解决方案。在“基于价值的服务”的应用场景中，中国信息通信研究院制定了安全要求，以实现中国和德国在工业4.0方面的沟通与合作。3、“网络系统安全”工作组来自世界各地的生产商、供应商和客户在网络化生产中将进行大规模的数据交换。实现这一目标的核心前提是信任：只有建立互信的合作伙伴才有意愿交换数据。这使信息技术安全成为工业4.0的前提条件，也是企业重要的品质特征。拥有可验证的信息技术安全措施的企业才能成为数字生态体系中可信赖和受欢迎的合作伙伴。因此，决策者必须牢固树立信息技术安全意识，并按照国际标准将这一内容纳入员工考核。在开发和运行网络化生产方面，必须将信息技术的安全性作为重要的质量特征。为推动网络化生产流程的实施，工作组提出了相关解决方案、行动建议和具体应用示例。五、2030年愿景：互通性将不同参与者灵活地纳入到价值网络是工业4.0中数字化业务流程的核心内容。为设计这种复杂的、分布式价值网络，实现-13-所有参与者的互通性是关键。一方面，只有实现了高度的互通性，生态体系的所有合作伙伴才能充分参与，并确保实现跨企业和跨行业的直接运行和流程组网。另一方面，具有互通性的结构和接口使制造商和客户能够无障碍地参与数字增值网络，并最终催生新的商业模式。（一）全球工业4.0生态体系中的互通性要素1、标准和整合工业4.0中，为实现个人与系统解决方案的全球整合，很大程度上取决于人们能否全面而持