當我們正忙著對智能制造進行各種“智能”意義的解讀時，德國除了在明火執(zhí)仗的工廠解決方案之外，在另外一條隱秘的小路上走的同樣深入——這個超出了我們熱情洋溢的視線。

在2015年4月，德國率先提出工業(yè)4.0的頂層架構RAMI模型，這個模型甚至先于美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟IIC提出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考框架IIRA。

圖1 2015年4月 1.0版本 ZVEI

這個RAMI模型給出了德國工業(yè)的整體框架體系的思考，而在微觀的基礎上，工業(yè)4.0 工作組同時提出了“工業(yè)4.0單組件”的概念，并且區(qū)分了“工業(yè)4.0組件”和“非工業(yè)4.0組件”。

圖2 非工業(yè)4.0組件，2015年4月

在很久一段時間，非工業(yè)4.0組件是我們所熟悉的“物”，包括設備，元器件，甚至是一個軟件程序。這是一個“黑暗的世界”，它通過既定的執(zhí)行機構或者特定的連接，實現(xiàn)對外的溝通。

CPS像是一個全新的火把，重新點燃了一切。德國工業(yè)4.0決定賦予“非工業(yè)4.0組件”以全新的意義。

而這一切，都通過一個叫做“管理殼”進行。

對每一個“物”增加了一個“管理殼”，工業(yè)4.0 組件就變得開始能夠對外進行有效地交流。“智能體”出現(xiàn)了，無論是一臺智能機床，或者是一個智能傳感器，它都封裝了自己的各種信息，是一個描述了賽博物理系統(tǒng)CPS詳細特性的模型。

管理殼的定義

在工業(yè)領域，人們習慣用模型化的方法來提出產(chǎn)品需求、描述產(chǎn)品功能/生產(chǎn)流程、描述和控制各種技術形式（軟、硬、網(wǎng)、機、電、磁、液、氣等）的生產(chǎn)工具。

然而，如何對既定的設備資產(chǎn)，進行更好的定義。本文作者試圖這里給“管理殼”下一個嘗試性的定義。

管理殼是一種遵循各種相關標準，對工業(yè)4.0組件的資產(chǎn)特性及技術功能，進行數(shù)字化描述的一種殼式管理軟件。有了可用軟件平臺來查詢、讀取的自我描述式的數(shù)字化“資產(chǎn)說明書”，資產(chǎn)由此而變得可管理、可操作。

圖3 管理殼，ZVEI，2016.11

管理殼基本構成為“清單+組件管理器”。清單”用來表示組件內容目錄，如功能、信息、通信等業(yè)務活動的層次范圍；“組件管理器”來管理組件范圍內的相關資產(chǎn)。管理殼清晰界定該組件所在的層次、價值流、級別，確認了所需的數(shù)據(jù)、功能與安全要求，規(guī)避了因為不按標準建設組件系統(tǒng)而在未來可能發(fā)生的信息失控問題。

可以把管理殼形象地理解為是一種給所有企業(yè)資產(chǎn)穿上了“數(shù)字化馬甲”，可讓那些原先不好管理、不能管理的資產(chǎn)，都有了唯一的標識。

以某個“數(shù)字化工廠（DF）”中的零部件——電機軸為例，如圖2所示，如果將電機軸的管理殼結構從左至右展開，可以看到在整個DF的視圖的“清單”中有總資產(chǎn)和管理殼的標識，通過API而映射為DF的“標頭（header）”，“標頭”中的特性列表保證了DF的有形資產(chǎn)與管理殼在各自工作環(huán)境中的識別與認證，保證了在恰當?shù)臅r間引用部分資產(chǎn)與視圖的能力。

圖4 管理殼的結構，德國ZVEI，2016年11月

管理殼“標頭”之下是“主體（body）”。“組件管理器”負責管理“主體”的各子模型。子模性包含了資產(chǎn)特性的層次、系統(tǒng)級別，可以針對不同的資產(chǎn)引用各種數(shù)據(jù)與功能（上圖中白色幾何元素）。這些被引用的數(shù)據(jù)主要運行在信息層。

通過管理殼的確定，所有的資產(chǎn)，所有的對應模型，都可在全生命周期中被管理平臺識別、交互、實施、驗證、維護，能夠實現(xiàn)數(shù)字化的虛擬產(chǎn)品開發(fā)和自動測試，以適應和響應現(xiàn)代制造系統(tǒng)內外部的高度的不確定性（部門協(xié)調、客戶需求、供應鏈變化等），優(yōu)化制造資源配置，力爭真正實現(xiàn)工業(yè)升級。

這意味著借助于管理殼，我們終于可以用數(shù)字模型和語言，來體現(xiàn)業(yè)務、功能、信息、交流綜合、資產(chǎn)的整體價值，包括這些內容來自哪里。這使得設備相連，可以真正實現(xiàn)整個時間線上的價值流的自由流動，成為實體世界與虛擬世界的無縫連接。

管理殼中的諸項內容都盡量做到遵從標準，為未來的系統(tǒng)擴展和萬物互聯(lián)打好基礎。圖3簡介了管理殼及子模塊的特性需要符合的標準與規(guī)范。

圖5 管理殼需要符合的標準

有了這些基本的規(guī)范與標準示例，管理殼之間，就可以開始進行數(shù)據(jù)與信息的交換。在圖4中，管理殼之間的“連線”，實際上就是某種形式上的數(shù)據(jù)總線（或“數(shù)字主線”），因為所有資產(chǎn)之間的數(shù)據(jù)檢索、查詢與交換所形成的數(shù)據(jù)流，都是跑在數(shù)據(jù)總線上的。

圖6 管理殼的互聯(lián)性，ZVEI，2016.11

當原有的那些物理實體的各種資產(chǎn)，都有了一個機器可讀、語義相通、適用于生產(chǎn)系統(tǒng)所有生命周期階段的管理殼，那么人、機、物萬物互聯(lián)網(wǎng)的時代就真正來到了。

遵從各種標準來構建管理殼及所屬的子模塊，對企業(yè)來說是非常必要的。只要堅持按照相應的標準、規(guī)范持續(xù)地做下去，那么任何一個企業(yè)的工業(yè)4.0系統(tǒng)的建設結果，未來都具有以下三大益處。

圖7 管理殼的價值

以高度模塊化的方式來構建和擴展自身的系統(tǒng)，所有的系統(tǒng)擴展都以類似于樂高積木的方式搭接而成；

基于標準的協(xié)議與接口與其他國內外合作伙伴順暢交換數(shù)據(jù)，而無需為此單獨開發(fā)特定的數(shù)據(jù)轉換工具；

所有的有管理殼的資產(chǎn)之間，都可以實現(xiàn)信息的互通、互操作。

如果為了簡單描述，不妨略帶武斷地說，CPS是工業(yè)4.0的使能技術，而管理殼則是CPS的一個標準化的界面。管理殼與CPS，二者是分工合作、完美協(xié)作，實現(xiàn)兩個最優(yōu)：

資產(chǎn)最優(yōu)管理：管理殼讓所有的系統(tǒng)組件之間、系統(tǒng)的系統(tǒng)（SoS）之間變得容易集成、容易打通。盡管管理殼的作用是以給系統(tǒng)和系統(tǒng)組件穿上具有唯一標識的“數(shù)字化馬甲”、促進互聯(lián)互通為主，并不負責深入到物理實體內部。

資源最優(yōu)配置：打通二者的界限與隔閡，把知識和算法嵌入軟件，軟件嵌入芯片，芯片嵌入到物理實體之中，由此而最終讓系統(tǒng)行為在賽博的作用下變得精確可控，讓企業(yè)資源得到最優(yōu)配置。

不固根基，難起高樓。德國工業(yè)4.0從RAMI和 CPS體系出發(fā)，穩(wěn)扎穩(wěn)打地來構建工業(yè)4.0基礎組件。而深入了解管理殼，則是理解工業(yè)4.0最為基礎的必修功課。

如果要實現(xiàn)CPS更為廣泛的應用，很難躲開對管理殼的深入研究和應用。

通過對工業(yè)4.0組件和管理殼的研究，我們看到了德國工業(yè)4.0相關的協(xié)會學會的穩(wěn)扎穩(wěn)打，跟工業(yè)4.0實踐一步一呼應，這給我們留下了深刻的印象。中國智能制造，需要這樣的更接地氣的理論模型和應更用研究的對接，這樣才能推進中國制造走向更穩(wěn)健的未來。（本文來源于知識自動化微信號；作者：趙敏，劉法旺。）