真的有工业4.0的落地的具体路径吗？我们看到了大量的解决方案，却很少能够看到从底层构建的案例。智能制造的圈内人士对于德国工业4.0的架构RAMI4.0应该是耳熟能详的，但对工业4.0的基本组成单元“工业4.0基本单元”（I4.0 compennet），却是相对陌生。

用标准化的唯一标识符识别分类项和相关知识，已经有了国际标准进行指导。

图7 ：按ISO29002-5分类资产和相关知识

而要真正实现工业4.0，需要在全世界范围内（注意：不仅仅在德国范围内）组织开发数量极大、类型众多的、标准化数字化的基本单元库。

进行这项涉及面极广的组织工程，首先要保护工程领域的核心功能性（例如气动工程、焊接等）；其次要造就具有最大化的灵活性，同时又能保护每个公司的信息网络；再次是为了采购、系统集成工程、维护等需要，必须持续地提高可互操作性和客户的利益。不过面对的现实却是如何使各个公司的标准、不同的数据格式和产品性能数据的集合实施合理的开放；为建立工业4.0基本单元的知识库，在各个公司的利益和公众利益之间取得平衡，‘两厢情愿’地淡化公司标准和查找性质集合。好在国际工业标准化组织已经建立了这方面的国际标准IEC61360/ISO13584，只要严格遵循这个标准，就能够有组织有规则地进行。

图8示出许多标准作为管理壳的领域／子模型的样板。例如管理壳可遵照IEC TR 62794和IEC 62832 数字工厂；标识可参照ISO 29005 或 URI唯一ID；通信可遵照IEC61784工业通信规约第二章以太网；能效依据ISO/IEC 20140-5；信息安全参照IEC 62443 网络和系统的信息安全等。

图8 ：管理壳的领域／子模型的样板标准

图9是管理壳、子模型、性质、复杂数据和功能的示范内容。从可视的角度看，一个经标识的资产其管理壳也是经标识的，都是显性化的知识，即表征这个资产的性质。而其数据和功能都是可通过APIs被语义化存取的。资产的运行时数据都遵照严格而统一的格式表达性质的集合（图示中子模型1是能效，子模型2是安全，子模型3是钻孔）。而有关数据和功能的运行时的数据则按照不同的互补的数据格式。

图9：资产对应的管理壳的内容

真实场景的示范

下面给出一个简单的场景描述以市场为导向的资产数字化的交互过程（见图10）。图中示出3个工业4.0基本单元（生产工作站），它们之间通过符合工业4.0的通信连接，并且还与假定的MES生产调度执行系统项连接。这3个工作站都有相同的子模型，但有不同的标识符和不同的性质数据。

图10：简单场景的举例

这导致每个工作站有不同的行为，并在数字化资产的基础上进行讨论、意见交换，以获得共识来完成原型设计。

图11给出这个示范实验的识别。报头由两部分构成：管理壳标识部分和资产标识部分；而报文则包括MES连接子模型的识别符，能效子模型、钻孔子模型和文档子模型的识别符。

图11：简单场景实验的识别表

还可以进一步给出这个示范实验的性质数据表。由子模型描述简单数据。接下去各行描述仿真钻孔时间，钻头直径，钻头进给速度，钻孔深度和工件材质。而要得出这些性质定义和性质特性的具体办法是由领域专家开会议定的规范，导入标准化的子模型，这些子模型需要是领域公认的参照。

“工业4.0语言”横空出世

对于复杂的工业4.0基本单元，可以是由简单基本单元的叠加，并且允许进行分布式的工程设计。例如图12所描述的装配体资产（其管理壳标识为装配体123）是由轴X、轴Y、轴Z和装卡夹具4个简单工业4.0基本单元组成，通过符合工业4.0的通信连接。虚线框所标即是这个装配体资产的边界。

该装配体的管理壳包括装配体资产的标识、管理壳，P&ID图子模型，线路图子模型，机械CAD子模型和IEC的互连图子模型。

图12：复杂工业4.0基本单元由简单基本单元构成

复杂的工业4.0基本单元可能涉及到不同的工程专业，这是建立复杂基本单元首先要考虑的。由德国电气行业协会ZVEI组织支持开发的OpenAAS是第一个管理壳的参考实现（详见图13）。它是专为开发团组设立的开放型智能体项目，不仅仅开源，而且可以经由GitHub进行深度学习（DL）。第一个管理壳的参考实现是按照ICT规范（通用建模语言）、基于免费的OPC UA而发展出来。

图13：openAAS是管理壳的第一个参考实现

德国亚琛RWTH大学在此基础上，已经实现了在管理壳中形成不同模型的完整知识连接。

另外，德国工业4.0平台的本体工作组UAG正在创建“工业4.0的语言”。

这是用来实现工业4.0基本单元之间的互连互通，见图14。从图中可以看出，每个工业4.0基本单元的管理壳由互动管理程序、基本本体、基本单元管理程序和若干子模型构成。各个基本单元的互动管理程序之间执行通用的互动模式，进行基本单元所含子模型等的自描述、合同管理、对话、控制、基本单元控制等。

图14：本体工作组创建“工业4.0的语言”

小结

当我们在概念自身的含义上还在纠缠的时候，德国工业4.0已经在工厂资产的数字化进行了深入的探索。工业4.0的框架体系RAMI4.0发表之后，两年不到的时间，德国工业界已经完成工业4.0基本单元的示范开发，为各类实体资产的数字化从而映射至虚拟环境，并实现完整表达、通信、推理、决策加工等，打下了坚实的基础。这是德国工业4.0的明修栈道，功夫很细，动静很小，研究者也难免清苦，远比不上轰轰烈烈的示范工程，但这才是一个国家未来工业的地基，这才是企业互联制造的根本，这才我们当下最需要仔细打磨的地方。