德国电工电子与信息技术标准化委员会(DKE)对德国的工业4.0标准化工作进行顶层设计，并公布了工业4.0参考架构模型，为工业4.0的进一步发展设立了标准。

关于德国工业4.0，越来越多的人在说，也有不少的人在写。但是对于大部分听众和读者来说，它依然是一个模糊的概念，对具体的方法论了解更是少之又少。德国电工电子与信息技术标准化委员会(DKE)对德国的工业4.0标准化工作进行顶层设计，并公布了工业4.0参考架构模型，为工业4.0的进一步发展设立了标准。

数字工厂工业4.0从数字工厂演变提升而来。国际上十几年前就开始了数字工厂的研究。最初思想是使用电子描述替代纸质文件，并在软件工具中使用它进行电子布线和安装，以便于集成并减少工程成本。随着信息技术和数据库技术的发展，数字工厂的概念和功能有了很大扩展。IEC(国际电工委员会)词汇库给出的定义是：数字工厂是数字模型、方法和工具的综合网络(包括仿真和3D虚拟现实可视化)，通过连续的没有中断的数据管理集成在一起。它是以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。

数字工厂的概念模型分为三个层次，底层是包含产品构件(如汽车车灯、发动机、轮胎等)和工厂生产资源(如传感器、控制器和执行器等)的实物层。第二层是虚拟层，对实物层的物理实体进行语义化描述，转化为可被计算机解析的“镜像”数据，同时建立数字产品资源库和数字工厂资源库的联系。第三层是涉及产品全生命周期过程的工具/应用层，包括设计、仿真、工程应用、资产管理、物流等各个环节。数字工厂概念的最大贡献是实现虚拟(设计与仿真)到现实(资源分配与生产)。通过连通产品组件与生产系统，将用户需求和产品设计通过语义描述输入资源库，再传递给生产要素资源库，制造信息也可以反馈给产品资源库，从而打通了产品设计和产品制造之间的“鸿沟”。更进一步，实现了全网络统筹优化生产过程的各项资源，在改进质量的同时减少设计时间，加速产品开发周期。

数字工厂概念的示意图数字工厂作为支撑工业4.0现有的最重要国际标准之一，是IEC/TC65(工业过程测量、控制和自动化)的重要议题。2011年6月，IEC/TC65成立WG16“数字工厂”工作组，西门子、施耐德电气、罗克韦尔自动化、横河等国际自动化企业，以及我国机械工业测量综合技术经济研究所等研究机构，都参与了IEC/TR 62794：2012数字工厂标准的制定。为更好地指导国内企业开展数字工厂建设，全国工业过程测量控制和自动化标准化委员会(SAC/TC124)组织国内相关单位，将该标准等同转化为我国国家标准GB/Z 32235-2015《工业过程测量、控制和自动化生产设施表示用参考模型(数字工厂)》(2015年12月发布)。3工业4.03.1工业4.0核心特征工业4.0的核心在于工业、产品和服务的全面交叉渗透，这种渗透借助于软件，通过在互联网和其他网络上实现产品及服务的网络化而实现。工业4.0重点关注两方面内容：产品开发与生产过程。德国工业4.0战略计划实施建议中，进一步提出工业4.0的三个核心特征：

●企业内部灵活可重组的网络化制造系统的纵向集成，将各种不同层面的自动化与IT系统集成在一起(如传感器和执行器、控制、生产管理、制造执行、企业计划等各种不同层面)，强调生产信息流的集成，包括订单、生产调度、程序代码、工作指令、工艺和控制参数等信息的下行传递，以及生产现场的工况、设备状态、测量参数等信息的上行传递；

●通过价值链及网络实现企业间的横向集成，将各种不同制造阶段和商业计划的IT系统集成在一起，强调产品的价值流(增值过程)集成，既包括一个公司内部的材料、能源和信息的配置(如原材料物流、生产过程、产品外出物流、市场营销等)，也包括不同公司间的配置(形成价值网络)；

●全生命周期管理及端到端系统工程，通过集成CAD/CAM/CAPP、PLM、ERP、SCM、CRM、MES等软件/系统，实现用户参与设计(个性化)，并通过虚拟设计、虚拟评估和虚拟制造，更好地把用户需求同生产制造完美地结合起来。并涉及产品直到维护服务的全生命周期，随时将用户意见反馈给前端的设计阶段，动态提升产品质量。

这三个集成实际上为我们指明了实现工业4.0的技术方向。3.2RAMI 4.0模型技术当道，标准化先行。德国电工电子与信息技术标准化委员会(DKE)于2014年发布了第一版德国工业4.0标准化路线图，对德国的工业4.0标准化工作进行顶层设计，并于2015年公布了工业4.0参考架构模型。

工业4.0参考架构模型(RAMI 4.0)RAMI 4.0以一个三维模型展示了工业4.0涉及的所有关键要素，借此模型可识别现有标准在工业4.0中的作用以及现有标准的缺口和不足。工业4.0集中于产品开发和生产全过程。RAMI 4.0模型的第一个维度(垂直轴)借用了信息和通信技术常用的分层概念。类似于著名的ISO OSI七层模型，各层实现相对独立的功能，同时下层为上层提供接口，上层使用下层的服务。从下到上各层代表的主要功能为：

●资产层+集成层：数字化(虚拟)表示现实世界的各种资产(物理部件/硬件/软件/文件等)；

●通信层：实现标准化的通信协议，以及数据和文件的传输；

●信息层：包含相关的数据；

●功能层：形式化定义必要的功能；

●业务层：映射相关的业务流程。

因而，可以各层次为不同视角来实现工业4.0的建模和实施。RAMI 4.0模型的第二个维度(左侧水平轴)描述全生命周期及其相关价值链。这一维度的参考标准是IEC 62890《工业过程测量控制和自动化系统和产品生命周期管理》。此处的过程是指生产过程，完整的生命周期从规划开始，到设计、仿真、制造，直至销售和服务。

RAMI 4.0模型进一步将生命周期划分为样机开发(type)和产品生产(instance)两个阶段，以强调不同阶段考虑的重点不同。Type阶段从初始设计至定型，还包括各种测试和验证。Instance阶段进行产品的规模化、工业化生产，每个产品是原型(type)的一个实例(instance)。工业4.0中，Type阶段与Instance阶段形成闭环，例如：在销售阶段将产品的改进信息反馈给制造商以改正原型样机，然后发布新的型号和生产新的产品。这为产品的升级改进带来巨大的好处。

另一方面，将采购、订单、装配、物流、维护、供应商以及客户等紧密关联，例如：在装配工序使用物流数据，根据未完成订单组织内部物流，采购部实时查看库存并在任意时刻了解零部件供货情况，客户知晓所订购产品的整个生产过程。这也将为改进提供巨大的潜能。因此，必须将生命周期与其所包含的增值过程一起考虑，不仅限于单个工厂内部而是扩展到涉及的所有工厂与合作伙伴，从工程设计，到零部件供应商直至最终客户。

RAMI 4.0模型的第三个维度(右侧水平轴)描述工业4.0不同生产环境下的功能分类，与IEC 62264《企业自动化集成》(即ISA S95)和IEC 61512《批控制》(即ISA S88)规定的层次一致。更进一步，由于工业4.0不仅关注生产产品的工厂、车间和机器，还关注产品本身以及工厂外部的跨企业协同关系，因此在底层增加了“产品”层，在工厂顶层增加了“互联世界”层。