说到工业革命,舆论给出的解释通常是“由某项技术的发明而引起的工业变革”。与此相比,德国的版本更倾向于“因某些生产工具的普及,所形成的生产方式/分工体系变革”这一解释。
从实践角度讲,“生产工具普及”的说法更具说服力。以控制系统为例,该项技术早在工业3.0阶段之前(上世纪70年代以前),便已经被发明与使用;然而,由于受限于控制电路的开发效率,所以直到PLC的普及之后,控制系统才真正在工业中得到大规模推广。
与上述逻辑相同,只有智能制造中的技术被大范围使用时,工业4.0时代才算真正的来临。然而,由于涉及到各类工业软件的集成应用,以及由此带来的高昂成本,智能制造的普及也绝非易事。
集成难、集成贵的问题绝非一两家企业能够解决的问题,因此需要行业内的主要参与者坐在一起,并就标准与路线达成共识,而这也是工业4.0参考架构(RAMI 4.0)这一顶层行动纲领产生的大背景。
工业4.0参考架构由德国电工电子于信息技术标准委员会(DKE)主持与拟定,其内容可以由一个三维立方体进行概括;生命周期价值链和系统层级两个维度是对智能制造(或物理信息系统)应用场景的总结,其中生命周期价值链维度阐述了从产品研发、生产工艺研发、再到实际生产与产品的一整套流程;而系统层级则覆盖了从产品、感知、装备,到车间、工厂、企业各层级的数字化功能。
RAMI 4.0的前两个维度涵盖到了众多的环节,如果这些工业要素都处于彼此孤立的状态,智能制造的潜力将难以发挥;为此,RAMI 4.0将(标准)共性技术引入到“立方体”的第三个维度,并希望借此提高各工业要素的集成效率。同时,当把(第三维度中的)各项标准/技术组合为一个整体时,便又出现了一个新的概念-数字孪生。
如果从之前提到的语言角度出发,系统构成碎片化,实质上是数字模型“语言不统一”所带来的问题(可以理解为“方言”),而“通用语言”的推广,则有利于类模型统一到一个彼此相容的“数字虚拟空间”内。
实现数字化“语言”的一统,无论是从顶层设计层面,还是在想法落地阶段,都是一项庞大的系统工程。
首先,设计者需要将数字模型的通用特性进行系统梳理,其中涉及到数字模型的编排方式、信息组织结构、运行与通讯的机制、技术支撑体系等一系列问题;
其次,参与统一数字空间构建的各方,需要将本行业既有的知识、行业Know-How,“翻译”为标准的数字模型规范;
最后,技术开发者需要根据模型规范,开发相应的模型功能,并集成模型背后既有的技术(如算法、数据结构、通讯协议等)。
为了实现上述目标,工业4.0工作组于2015年开始着手准备,并于2018年推出了俗称德国版数字孪生的资产管理壳(Asset Administration Shell - AAS)标准体系;由于被视为支撑、构建工业4.0“数字空间”的统一标准,因此资产管理壳也被称为工业4.0语言(I4.0 Language)。