工业4.0时代标准化的发展以及应对策略研究

马振

枣庄市标准计量研究中心 山东枣庄 277800

在全球制造业竞争越来越激烈的时代，在2013年的德国汉诺威国际工业博览会上，德国正式提出了工业4.0的概念，并相应推出了一系列实施建议，以此来保证德国制造业的传统的优势，并有助于强化德国工业的竞争能力。所谓工业4.0，也就是以智能制造为主导的第四次工业革命，在第四次工业革命之前发生的工业革命包括机械化革命、电气化革命以及信息化革命这三次工业革命。此次工业4.0是建立在信息物理系统的基础上的，它的比较典型的标志是数字化以及网络化，通过信息技术进行驱动，并将机、电以及自动化进一步融合，达到智能化制造的目的[1]。工业4.0革命对全球制造业的生产加工方式产生一定程度的改变，并致使了产业的进一步变革，对工业的生产方式以及产业形态都带来很大的影响。在工业4.0的提出以来，全球各个国家为了应对这种挑战，都相应提出了发展自己国家制造业的战略，美国提出了先进制造业国家战略计划，日本提出了产业结构调整战略，中国提出了《中国制造2025》发展战略。与此同时，中国制造业面对着非常多的挑战。主要体现在：第一，全球的发达国家都在实施“再工业化”的战略，中国的制造业面对着“双向挤压”的挑战。第二，中国经济的发展逐渐进入到新常态，从长期的发展来看，存在资源缺乏、环境恶劣、劳动力成本增加、发展效率降低等缺点，中国的制造业亟需转型升级[2]。第三，中国的工业化水平与世界发达国家的工业化水平相比，竞争力有待进一步提高，中国的工业特点表现出大而不强，中国必须加强其制造业的发展，争取在下一阶段到达更高的点。

在工业4.0时代，标准化逐渐演化为一个重要的领域，标准化是推动工业4.0的核心力量。虽然，现阶段工业4.0的标准化在初级阶段，在初期，提出了标准化线路图，以及建立了标准化的框架结构，中国需要进一步加强对工业4.0标准化的制定，用以抢占标准制定的更高点。中国制造业企业在工业4.0标准化的情形下，对于标准化的应用效果，在一定程度上影响工业4.0时代中国企业能够顺利实现转型升级，是否能够带领行业的发展。现阶段，中国对于工业4.0标准化的研究涉及得比较少，对于中国制造业在工业4.0时代标准化的应对策略的研究更少，所以，本文侧重于工业4.0时代标准化的发展，并提出工业4.0标准化的应对策略，具有重大的意义。

1 工业4.0的相关概念

1.1 工业4.0的概念

工业4.0的基础是信息物理系统，并且主要是以生产高度数字化、网络化以及机器自动化为标志的第四次工业革命，通过移动互联网、物联网以及大数据等一系列的信息技术作为重要驱动，融合虚与实，进一步融合机、电、自动化、企业管理流程以及通信技术，从而达到向智能化制造转型的目的。工业4.0的目标之一是构建个性化以及数字化的生产流程，将控制方式由原来的集中式向分散式转变，并突破传统的行业界限，对生产流程进行重组。其中，信息物理系统是工业4.0的一支重要力量，信息物理系统通过数据的分析以及交互，对那些独立的设计、运营、生产和服务等职能进行一系列的整合，有助于提高工厂的管理和运作。

另外，计算机、网络以及先进制造有助于提升工业4.0的发展，工业4.0通过这些智能化平台，来实现设计、安装、生产以及服务所有流程的个性化服务。从另一个角度来说，工业4.0有助于提高机器的可利用率、可适应性以及可靠性，提升了生产过程以及产品质量，产品的开发周期逐渐缩短。从以上分析可知，工业4.0是新时代的一种新的工业发展模式，它是将信息技术以及制造业结合到一起发展的产物。但是，工业4.0没有引进新技术，只是将已有的计算机以及网络资源进一步利用，工业4.0通过和物理设备进行融合，构建一种高度协调的互联互通关系，这是一种通过智能制造为主的革命性生产方法。因此，从根本上来说，工业4.0就是把制造业向智能化转型的过程，是一种基于信息物理系统来实现新的生产方式[3]。

1.2 工业4.0的内容

在《德国工业4.0战略计划实施建议》中，一共包括七部分的内容：也就是引言、愿景、双重策略、需求研究、优先行动领域、德国如何与世界其他国家竞争以及展望等。

2 工业4.0时代标准化的发展分析

2.1 工业4.0对标准化的依赖分析

工业4.0的实现离不开标准化，工业4.0对标准化的依赖是其正常运转的关键。现阶段，实现工业4.0主要由三个方面的阻碍，这三个方面包括：标准化、工作的组织以及产品的实现，其中，标准化是第一重要的因素。工业4.0需要实现跨领域、跨层次以及跨全生命周期的系统的集成，但是，这些方面的实现只能运用标准化的术语以及概念来协调相关的方面，这样有助于保证应用间的协调性以及一致性，有助于保障利益各方更加准确的理解信息资料，从而实现数据的更加深刻的交互以及存储。工业4.0通过对标准化的依赖，能够保证各方之间的协调以及配套，从而保证一种良好的接口关系。通过标准化，有助于明确产品标准以及服务标准，有助于保障产品质量以及服务质量，提升顾客的满意度，提升产品的可塑性[4]。通过标准化，使用模块化以及系列化的手段，有助于实现产品的智能生产，从而满足顾客的个性化的需求。另外，工业4.0涉及到诸多方面，包括机器设备、网络、计算机、信息数据以及人力等，这些诸多影响因素都是在标准的结构框架下成立的，有助于保证各方面的运行，从而得到好的标准化的效果。所以，标准化对于工业4.0的实现是不可缺少的一步。

2.2 工业4.0的标准化框架分析

标准化在工业4.0中的作用显而易见，德国电工电子以及信息技术标准化委员会迅速发布了第一版德国工业4.0标准化路线图，这一版图是对德国工业4.0标准化的一项顶层的设计。这是一项工业4.0参考架构模型（RAMI4.0）,它是从产品生命周期、层级以及架构等级，从这三个不同的维度对工业4.0从多个角度进行描述，表明德国对工业4.0所进行的全局式的思考。可以看出，RAMI4.0是以一个三维模型显示了工业4.0设计的诸多的重要因素，通过这一模型，有助于识别出现有标准在工业4.0中的地位，也能够及时发现现有标准的缺点。

RAMI4.0模型的第一个维度，主要利用信息以及通信技术的通常的分层定义。其思考的思路类似于ISOOSI七层模型，各个层级之间实现比较独立的功能，另外，下层给上层提供接口，且上层利用下层的服务。根据从下层到上层的分级，可以分为：资产层、集成层、通信层、信息层、功能层和业务层，通过各个层级不同的视角来达到工业4.0建模以及实施的目标。RAMI4.0模型的第二个维度，主要说明全生命周期和其相关价值链。这个维度主要从产品全生命周期的角度来看，说明了以零部件、工厂以及机器作为代表的工业要素从虚拟原型转向实物的全过程。这个过程主要是指生产过程，一个完整的生命周期，包括规划、设计、仿真、制造、销售以及服务。RAMI4.0模型的第三个维度，说明了工业4.0在不同生产环境下的功能分类，并明确了企业控制系统和管理系统等各个层级的集成化标准。通过更多的分析得知，工业4.0偏向于关注协同，所以在底层添加了一层“产品层”，还在工厂顶层添加了“互联世界层”，这些工作说明了工业4.0针对产品服务以及企业系统的需求。

2.3 工业4.0时代标准化的特点分析

标准化从产生到发展，已经经历了一百多年的时间，一般来说，传统的标准化模式属于事后管理模式，只有在事物发展以及变化到了一定阶段，并且处于比较成熟时才会重新制定标准。这种模式一般应用在技术变革缓慢、基础技术参数积累比较多以及产品成熟期比较长的产业和产品中。可以看出，传统标准化的过程以及方法比较简单，其针对的标准化对象相对单一，比较看重单个标准效益，对于那些需要跨领域协调的问题缺乏关注。传统标准化的特点之一是不断积累标准，其对于标准的制定是孤立的，无法从整体上考虑问题，很难应对更加复杂的大型系统以及跨领域和多行业的综合化的网络[5]。

工业4.0时代下，标准化集中应对战略性新兴产业，其技术变革快速，并且技术难度较高。所以，工业4.0时代的标准化和传统标准化对比，具有一些新特点，主要体现在：第一，工业4.0时代的标准化更加要求战略性。和传统标准化注重技术性相比，工业4.0时代的标准化更加注重战略性。工业4.0是德国的制造业发展战略，它的主要目的是保证德国制造业在世界的领导地位。与此对应的是，中国的《中国制造2025》也是为了使得中国制造业的发展而构建的国家战略。第二，工业4.0时代的标准化更加注重国际性。在初级阶段，工业4.0的运转离不开世界各国的统筹规划、协调以及发展。工业4.0的国际标准化中，不管是国家之间，还是技术各个领域之间，以及各个标准化组织之间，都要求彼此共同协作。只有通过这种紧密的协作，整合世界各国的各种生产要素，打开各种阻碍，有助于提升各国的互相合作，从而实现工业4.0的伟大愿景。第三，工业4.0时代的标准化的新特点表现在系统性以及综合性。如今的标准化与传统标准化相比，不再是简单的结构，而是通过产品生命周期或者价值链、层架以及架构三个维度构成一个标准化的空间，其中的每一条标准都作为这个体系的一个组成元素而存在，各个标准之间都由比较强的协调性，能够从整体上发挥效用，这都体现了系统性的特点。另外，跨领域、跨层次以及跨生命周期的集成，都需要在规定的时间内构建一整套标准，并通过这一整套标准来解决重要问题，达到整体效益更好的目的，这体现了综合性的特点。

3 结语

在工业4.0时代，企业必须要根据自身的形势，立足于自身的形势，对工业4.0时代对未来制造业产生的影响有一定的认识，实现工业4.0，标准化的因素非常重要，因此企业在立足自身形势的情况下，构建标准化的战略，从整体规划和全面布局出发，利用企业自身的技术条件以及行业地位，合理科学地构建出企业的标准化战略。在工业4.0时代下的标准化，其特点主要包括系统性、动态性、协调性以及开放性等，由于传统的标准化方法比较单一，难以应对比较复杂的形势，这要求必须实施综合标准化。也就是，使用系统分析方法，参考RAMI4.0模型，以系统的整体效益作为目标，通过顶层设计和全盘考虑，有组织、有计划以及整体的构建标准综合体。