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物聯網將怎樣徹底變革工業生產
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-04-15
工業 4.0 目標的關鍵驅動力量就是物聯網（loT）。 在這個目標中，工廠所有的“物體”都會有一個唯一的IP地址，并且被整合到網絡里。 為這種物體創造的科技術語叫做“實體虛擬系統”（CPS）。
在全球化的壓力之下，我們行業將在很長時間內面臨來自全球各個市場的挑戰，這些挑戰包括更短的產品生命周期、高度個性化的產品和激烈的競爭。 這些挑戰在當今移動電話市場已是很明顯了。 雖然產品生命周期已經縮短到6至9個月，但是產品的功能和復雜性也在逐漸加深。
目前其它行業（比如汽車行業）也正在經歷類似的發展。 隨著產品變得越來越復雜，產品生命周期越來越短，計算機輔助技術（CAX）在產品持續優化和加速期中變得越來越重要。 在過去十年里，雖然計算機輔助技術逐漸發展，并在設計和計劃階段增強了產品的柔性，但是在實際制造階段，類似的突破仍然有待實現。 一個高質量產品的可變性要與縮短的產品生命周期保持一致，就需要有一個靈活易變的產品結構，能夠根據新產品需求而重新快速配置。 傳統自動化無法實現這種程度的靈活性。 相反，由那些屬于“物聯網”的“網絡物理系統”(CPS) 的智能設備組成的模塊式工廠結構，是設計出可以處理并克服當前挑戰的可行性產品方案的關鍵因素。
在過去十年里，信息和通訊技術(ICT)的出現和發展讓我們已經見證日常生活根本性的變革。 計算機變得如此之小，好像它們將在幾乎我們所有的技術設備里消失殆盡一般。 除此之外，信息得以在全世界網絡中進行交流： 互聯網。
當我們打算沿著這條途徑走向未來的時候，我們會發現，幾乎所有日常中的事物都會變成全球網絡中的智能節點。 這個現象叫做“物聯網”(IoT)；物聯網工業產品生產方式必定是大勢所趨。 偏好電子技術和多層等級的工廠自動化生產世界將過渡到智能工廠網絡，這類工廠日益受益于信息和通訊技術以及計算機科學技術的進步發展。 在德國，關于第四次工業革命，或者簡稱“工業4.0”的討論已經開始了。
自從 2011 年 4 月這個術語被Kagermann/Lukas/Wahlster引進以來，各界對于它的興趣也在持續增長。 在由科學和商業界專家組成的工作組的大力推動下，關于德國工業發展的愿景已被提出并以建議的形式提供給聯邦政府。 研究項目因此得以成立，預計在未來的幾年里將為其注入大約 2 億歐元的資金。 另外，德國工業協會的三個主要負責人（VDMA、ZVEI和 BitKom）已經共同努力創建了一個共享平臺以促成所有工業 4.0 活動的合作。
這些行動主要通過媒體報道，收獲了多方的廣泛評論。 當然，真正的興趣在于制造行業實現持續成功這一愿景。 德國是一個高科技國家，它的商品和產品設備制造業在國民生產總值（GDP）占據了很大比例。 下列部分介紹了預計在工業 4.0 愿景中可能出現的變革性挑戰和變化。
工業 4.0 愿景
新技術環境的一個典型特點是向機電系統過渡。 電子器件將會成為未來產品中的一個基礎組成部分，與此同時，硬件將會越來越標準化。 主要的功能特點將由軟件創造。 通過這種方式，傳統的機械原件轉變成了機電系統。 因此可以通過力學器件、電子器件或者軟件實現原來的機械功能。 因此，產品的設計、制造以及服務需要跨學科的團隊合作，這個團隊集合了由力學、電子學、軟件學到通用工程學富有競爭力的人才。
智能物體?
工業 4.0 目標的關鍵驅動力量就是物聯網（loT）。 在這個目標中，工廠所有的“物體”都會有一個唯一的IP地址，并且被整合到網絡里。 為這種物體創造的科技術語叫做“實體虛擬系統”（CPS）。 在未來的工廠里，傳統的產品層次將會被分散的自我組織所替代，而這種組織是由CPS實現的。 工廠部門和產品過程將會變得非常獨立和靈活，在產品快速轉換和諸多選擇的條件下，即使是最小訂購數量的產品也能被生產出來。
這種機器對機器的通信讓當個機器也能發出命令，比如說，運送原料或者使用特定制造服務的命令。 物體的語義存儲器動態地控制著它的制造過程，因此允許分散大規模的生產批量最小為“1”。
許多這種智能原件可以移動，并且通過無線網絡連接在一起，也就是說省去了許多極其重要的位置數據，它們在舊的硬連接系統下，只能通過“線路末端”傳遞給我們（表格 1 中有比較）。 這在工廠經營領域是極其重要的。 使用移動操作設備（比如說智能手機）的員工，再也不用總是固定待在一個特定的位置了。 使用者可以在某個商店里，也可能在咖啡館里。 這種應用必須把員工現在的位置考慮進去，以便于決定某種功能在當前時刻是否能被支持。 為了解決這個困境，不僅需要類似于GPS的室內定位系統，而且還必須盡快建立設計實時適應相關環境的人機界面的新規則和方法，以便保證當前使用的硬件和操作軟件可以分離。
圖 1： 智能物體 —— 移動化、模塊化和分散化。
新的通信架構
如今的工廠遵循著一套嚴格，多層等級的信息結構。 在上層，我們有比工廠控制系統（MES 和NC/PLC）等級更高的企業資源計劃（ERP）系統；在下層，則是工廠的傳感和致動器系統，也就是所謂的現場設備。 然而，近年來，這些層級都已漸漸地整合在一起；主要的系統集成已不在垂直方向，而在水平方向上產生了，CPS網絡將必定需要一個新的架構方法。 具有穩固橫向網絡和微弱縱向通信特征的常見錐形結構將會被一個面向領域的網絡結構所取代，理論上這個面向領域的網絡結構能夠讓任意數量路線穿過工廠的所有信息層。
建立在物聯網和網絡物理系統原則上的工廠系統將會使當今可編程邏輯控制系統 (PLC) 變得多余，因為即使單個終端設備處在不同的層級，它們也能和其它任何設備進行通信。 流程邏輯的規范（也叫編排）將在網絡中進行，而不是在專用控制部分中進行。
新的編程模型
現今，程序控制成為那些建立在有20年或者更久歷史的規則和標準基礎上的硬件結構中最重要的部分。 在自我組織網絡物理系統的未來世界里，硬件和控制邏輯必須完全分開。 一些模型已經在這一領域出現了。 例如，服務導向架構 (SoA) 或者多智能體架構 (MAS)。
這兩種方法都封裝，提取了硬件的實用功能，并包含自我組織系統機制。 此外，一系列允許控制邏輯規范或者編排的編程模型已經存在了。 然而，未受過此類專業知識培訓的工人上若要在車間實施這些方法會比較困難，因為這些方法需要高水平的計算機技術。 在這一方面，通過中層制造執行系統 (MES)，將已經部分部署在工廠上層的此類架構模型遷移是一種可觀的做法，但是這種做法也需要考慮參與人員的技術背景。
在當今產品計劃和控制過程中，因為控制系統設計依賴機械和電氣設計的效果，所以控制系統的設計往往安排在計劃階段的末尾。 邏輯控制編程要在控制終端被選中，且邏輯控制的連接方式已確定后才會開始。 類似于服務導向架構 (SoA) 這類抽象概念在解除與實施初期硬件的關系以及創造一個可重復使用的軟件組件方面有著重要幫助。
建立一個新的工程工作流，對于為硬件提供所需的獨立、功能性和自上而下的計劃方法是非常必要的。 傳統的計劃領域必須更為集成，尤其是在早期計劃階段，以便能在后期計劃過程中提供對中可能。 系統工程方法能在支持跨學科任務方面提供幫助，這已在航天技術部門得到了成功證明。
因此，由于計劃結果的復雜性以及相關領域之間的相互關系，創造透明的呈現方式將極具挑戰性。 這將需要設計出增量性、基于模型的工程策略的實用程序，同時也需要適當的模型語言、數據格式以及工具鏈。
未來智能工廠的目標是消除 CAX/PLM 環境和實際運作工廠之間的媒介障礙。 PLM工具需要有生成完整系統描述的能力，這種能力可以直接把對象轉化成為可執行的控制服務。 同時，編碼必須既能模擬虛擬工廠，又保證實際工廠的操作和設置。
標準
正如在基礎模型中描述一樣，只有在標準化的基礎上，硬件和功能嚴格分離才能取得成功。 至少就信息技術方面而言，CPS系統元件的設計風格應該近似于樂高積木。 也就是說，這種元件必須能在標準化基礎上，實現 ISO/OSI 7 層模型中所有層之間的數據交互。 至少1-4運輸層已經依靠許多既定標準（比如多種IEEE 802.xx標準和互聯網協議）；以應用為基礎的5-7層各自的標準只有在巨大的市場壓力下才會得以實現。 很明顯，對于把自己的產品做成可互換的“樂高積木”這樣的想法，制造商沒有任何興趣。 如今關于工業無線網絡領域（比如 ISA100）的標準流程或者設備規格描述語言（比如 FDT） 的討論反映了其中利益的對抗與沖突。 所幸的是在 5-6 層有一個帶 OPC UA 的可行性實施方案已被越來越多的生產商和用戶接受。
安全性
未來工廠控制系統一個顯著的特征是：在所有層使用基于IP的網絡。 這使得由設備領域數據向更高層次企業資源計劃 (ERP) 系統數據的導入得以順利實現。 然而，開放協議的使用也讓工廠處于遭受更強大網絡攻擊的危險。 超級工廠病毒和其他惡意軟件（流氓軟件）使得威脅確切存在。 只有當這種技術安全和信任的高標準來源于企業，一個以網絡物理系統為基礎的環境才能最終成功實現。 這不僅要求技術性的解決方案，可能更重要地是需要組織方法。 找到一個關于安全性問題的確切答案需要工業、科學研究和政府的提議，也將成為研發過程中主要話題。
即將來臨的未來會是什么樣呢？
預計大概在10到15年之內，工業4.0愿景將會出現在未來生產環境中。 就所有需要回答的問題和所有需要研究的工作而言，工業需要很長的時間才能普遍實施和接受這些全面的制造方案。
因此，適合愿景的第一要素和目標在它們運用到實際中之前，將歷經一段進化的過程。 豐富且隨時可用的信息和媒介障礙的縮小構成了足以創建多用途和透明生產環境的基礎。 早已可用的自動識別技術能追蹤數字世界的元素并把它們呈現出來。 像筆記本電腦、平板電腦或智能眼鏡這樣的移動設備可以提供來自商業和其他領域任意地方的企業知識庫的即時渠道。 因而，能以全面準確的信息和作用為基礎的決策和操作在智能輔助系統的支持下會進展得更快，圖 2 中展示的就是智能輔助系統。
圖 2： 近期產品中的移動設備和智能輔助系統。
作為獨立制造商存在的示范和研究平臺 —— SmartFactoryKL 技術項目 —— 通過發展和部署能有著靈活產品結構的解決方案，已經在工業4.0目標的實現上取得了巨大成功，其能很好地解決當前工業挑戰。 在30多個工業合作伙伴構建的網絡中，SmartFactoryKL 對創新信息和通訊技術以及它們在實際工業生產環境的應用進行了試驗、研發。 在最新的一個項目中，主要工業合作伙伴共同努力，開發了一條全新的生產線（見圖 3）。 這條生產線完全是模塊式，并允許對新制造模塊進行即插即用時的整合。 這個即插即用功能可以在由 SmartFactoryKL 和它的合作伙伴定義的一系列機械、電氣和信息技術的標準的基礎上得以實現。
圖 3：?在 SmartFactoryKL 進行未來生產的示范工廠。
前景
沒有一場技術革命是在倉促的情況下發動的。 通常多個技術領域的各自進步會推動每幾十年一次革命性的劇變（技術推動型），同時這也是由新的市場需求（市場拉動型）帶來的。 當前關于工業 4.0 的運動將很可能有一個持續幾十年的相似進化過程。 值得確信的一點是，工業 4.0 給制造商和終端用戶提供了一個他們都能成功適應的清晰愿景。 信息技術環境的科學見解和生產環境的需求緊密聯系。 這要求傳統意義上各自獨立部門或學科進行跨學科或跨部門合作。
當然，人類才是這個演變過程中最重要的因素。 如果我們現在分析下前三次大革命，我們會發現：人類需求和生活標準很明顯是這些變化最主要的推動力量。 當這些要求正好符合技術條件，它就會給多個領域帶來創新的變革。 自第三次工業革命（通常也叫數字革命）以來，許多創新技術和政治改革已經對人們的生活方式產生了影響。 這些典型的例子包括冷戰的結束、全球市場，特別是中國市場的開放，同時也包括技術的進步（例如，因特網和許多智能設備）。
人類不僅是技術進步重要的推動者，同時也是被推動的對象。 現代信息和通訊技術，以及全球化的背景使商業進程大幅加快。 給供應生產工廠和設備的報盤可以立刻發送到全世界，全球集團也可以立即成立，以便商討解決方案。 陸海空更高效和更全面的物流系統能夠在更短時間內把貨物傳送給顧客。 為了在全球競爭中取得成功，生產系統需要靈活快速轉換的功能。 信息與通訊技術的進步可以實現這個需求。 在這個新系統環境中，人們將需要更快地計劃、執行和操作。 只有那些能設法及時根據實際情況調整它們國民培訓和教育模式的國家才能在全球市場中取得成功。
歐洲在這方面處極具優勢。 歐洲在網絡嵌入系統、語義科技和復雜的網絡物理系統設計這些領域的研究處于領先地位。 因此，歐洲工業有實現技術上巨大飛躍和完美應對全球市場變化的絕佳機會。
目前其它行業（比如汽車行業）也正在經歷類似的發展。 隨著產品變得越來越復雜，產品生命周期越來越短，計算機輔助技術（CAX）在產品持續優化和加速期中變得越來越重要。 在過去十年里，雖然計算機輔助技術逐漸發展，并在設計和計劃階段增強了產品的柔性，但是在實際制造階段，類似的突破仍然有待實現。 一個高質量產品的可變性要與縮短的產品生命周期保持一致，就需要有一個靈活易變的產品結構，能夠根據新產品需求而重新快速配置。 傳統自動化無法實現這種程度的靈活性。 相反，由那些屬于“物聯網”的“網絡物理系統”(CPS) 的智能設備組成的模塊式工廠結構，是設計出可以處理并克服當前挑戰的可行性產品方案的關鍵因素。
在過去十年里，信息和通訊技術(ICT)的出現和發展讓我們已經見證日常生活根本性的變革。 計算機變得如此之小，好像它們將在幾乎我們所有的技術設備里消失殆盡一般。 除此之外，信息得以在全世界網絡中進行交流： 互聯網。
當我們打算沿著這條途徑走向未來的時候，我們會發現，幾乎所有日常中的事物都會變成全球網絡中的智能節點。 這個現象叫做“物聯網”(IoT)；物聯網工業產品生產方式必定是大勢所趨。 偏好電子技術和多層等級的工廠自動化生產世界將過渡到智能工廠網絡，這類工廠日益受益于信息和通訊技術以及計算機科學技術的進步發展。 在德國，關于第四次工業革命，或者簡稱“工業4.0”的討論已經開始了。
自從 2011 年 4 月這個術語被Kagermann/Lukas/Wahlster引進以來，各界對于它的興趣也在持續增長。 在由科學和商業界專家組成的工作組的大力推動下，關于德國工業發展的愿景已被提出并以建議的形式提供給聯邦政府。 研究項目因此得以成立，預計在未來的幾年里將為其注入大約 2 億歐元的資金。 另外，德國工業協會的三個主要負責人（VDMA、ZVEI和 BitKom）已經共同努力創建了一個共享平臺以促成所有工業 4.0 活動的合作。
這些行動主要通過媒體報道，收獲了多方的廣泛評論。 當然，真正的興趣在于制造行業實現持續成功這一愿景。 德國是一個高科技國家，它的商品和產品設備制造業在國民生產總值（GDP）占據了很大比例。 下列部分介紹了預計在工業 4.0 愿景中可能出現的變革性挑戰和變化。
工業 4.0 愿景
新技術環境的一個典型特點是向機電系統過渡。 電子器件將會成為未來產品中的一個基礎組成部分，與此同時，硬件將會越來越標準化。 主要的功能特點將由軟件創造。 通過這種方式，傳統的機械原件轉變成了機電系統。 因此可以通過力學器件、電子器件或者軟件實現原來的機械功能。 因此，產品的設計、制造以及服務需要跨學科的團隊合作，這個團隊集合了由力學、電子學、軟件學到通用工程學富有競爭力的人才。
智能物體?
工業 4.0 目標的關鍵驅動力量就是物聯網（loT）。 在這個目標中，工廠所有的“物體”都會有一個唯一的IP地址，并且被整合到網絡里。 為這種物體創造的科技術語叫做“實體虛擬系統”（CPS）。 在未來的工廠里，傳統的產品層次將會被分散的自我組織所替代，而這種組織是由CPS實現的。 工廠部門和產品過程將會變得非常獨立和靈活，在產品快速轉換和諸多選擇的條件下，即使是最小訂購數量的產品也能被生產出來。
這種機器對機器的通信讓當個機器也能發出命令，比如說，運送原料或者使用特定制造服務的命令。 物體的語義存儲器動態地控制著它的制造過程，因此允許分散大規模的生產批量最小為“1”。
許多這種智能原件可以移動，并且通過無線網絡連接在一起，也就是說省去了許多極其重要的位置數據，它們在舊的硬連接系統下，只能通過“線路末端”傳遞給我們（表格 1 中有比較）。 這在工廠經營領域是極其重要的。 使用移動操作設備（比如說智能手機）的員工，再也不用總是固定待在一個特定的位置了。 使用者可以在某個商店里，也可能在咖啡館里。 這種應用必須把員工現在的位置考慮進去，以便于決定某種功能在當前時刻是否能被支持。 為了解決這個困境，不僅需要類似于GPS的室內定位系統，而且還必須盡快建立設計實時適應相關環境的人機界面的新規則和方法，以便保證當前使用的硬件和操作軟件可以分離。
圖 1： 智能物體 —— 移動化、模塊化和分散化。
新的通信架構
如今的工廠遵循著一套嚴格，多層等級的信息結構。 在上層，我們有比工廠控制系統（MES 和NC/PLC）等級更高的企業資源計劃（ERP）系統；在下層，則是工廠的傳感和致動器系統，也就是所謂的現場設備。 然而，近年來，這些層級都已漸漸地整合在一起；主要的系統集成已不在垂直方向，而在水平方向上產生了，CPS網絡將必定需要一個新的架構方法。 具有穩固橫向網絡和微弱縱向通信特征的常見錐形結構將會被一個面向領域的網絡結構所取代，理論上這個面向領域的網絡結構能夠讓任意數量路線穿過工廠的所有信息層。
建立在物聯網和網絡物理系統原則上的工廠系統將會使當今可編程邏輯控制系統 (PLC) 變得多余，因為即使單個終端設備處在不同的層級，它們也能和其它任何設備進行通信。 流程邏輯的規范（也叫編排）將在網絡中進行，而不是在專用控制部分中進行。
新的編程模型
現今，程序控制成為那些建立在有20年或者更久歷史的規則和標準基礎上的硬件結構中最重要的部分。 在自我組織網絡物理系統的未來世界里，硬件和控制邏輯必須完全分開。 一些模型已經在這一領域出現了。 例如，服務導向架構 (SoA) 或者多智能體架構 (MAS)。
這兩種方法都封裝，提取了硬件的實用功能，并包含自我組織系統機制。 此外，一系列允許控制邏輯規范或者編排的編程模型已經存在了。 然而，未受過此類專業知識培訓的工人上若要在車間實施這些方法會比較困難，因為這些方法需要高水平的計算機技術。 在這一方面，通過中層制造執行系統 (MES)，將已經部分部署在工廠上層的此類架構模型遷移是一種可觀的做法，但是這種做法也需要考慮參與人員的技術背景。
在當今產品計劃和控制過程中，因為控制系統設計依賴機械和電氣設計的效果，所以控制系統的設計往往安排在計劃階段的末尾。 邏輯控制編程要在控制終端被選中，且邏輯控制的連接方式已確定后才會開始。 類似于服務導向架構 (SoA) 這類抽象概念在解除與實施初期硬件的關系以及創造一個可重復使用的軟件組件方面有著重要幫助。
建立一個新的工程工作流，對于為硬件提供所需的獨立、功能性和自上而下的計劃方法是非常必要的。 傳統的計劃領域必須更為集成，尤其是在早期計劃階段，以便能在后期計劃過程中提供對中可能。 系統工程方法能在支持跨學科任務方面提供幫助，這已在航天技術部門得到了成功證明。
因此，由于計劃結果的復雜性以及相關領域之間的相互關系，創造透明的呈現方式將極具挑戰性。 這將需要設計出增量性、基于模型的工程策略的實用程序，同時也需要適當的模型語言、數據格式以及工具鏈。
未來智能工廠的目標是消除 CAX/PLM 環境和實際運作工廠之間的媒介障礙。 PLM工具需要有生成完整系統描述的能力，這種能力可以直接把對象轉化成為可執行的控制服務。 同時，編碼必須既能模擬虛擬工廠，又保證實際工廠的操作和設置。
標準
正如在基礎模型中描述一樣，只有在標準化的基礎上，硬件和功能嚴格分離才能取得成功。 至少就信息技術方面而言，CPS系統元件的設計風格應該近似于樂高積木。 也就是說，這種元件必須能在標準化基礎上，實現 ISO/OSI 7 層模型中所有層之間的數據交互。 至少1-4運輸層已經依靠許多既定標準（比如多種IEEE 802.xx標準和互聯網協議）；以應用為基礎的5-7層各自的標準只有在巨大的市場壓力下才會得以實現。 很明顯，對于把自己的產品做成可互換的“樂高積木”這樣的想法，制造商沒有任何興趣。 如今關于工業無線網絡領域（比如 ISA100）的標準流程或者設備規格描述語言（比如 FDT） 的討論反映了其中利益的對抗與沖突。 所幸的是在 5-6 層有一個帶 OPC UA 的可行性實施方案已被越來越多的生產商和用戶接受。
安全性
未來工廠控制系統一個顯著的特征是：在所有層使用基于IP的網絡。 這使得由設備領域數據向更高層次企業資源計劃 (ERP) 系統數據的導入得以順利實現。 然而，開放協議的使用也讓工廠處于遭受更強大網絡攻擊的危險。 超級工廠病毒和其他惡意軟件（流氓軟件）使得威脅確切存在。 只有當這種技術安全和信任的高標準來源于企業，一個以網絡物理系統為基礎的環境才能最終成功實現。 這不僅要求技術性的解決方案，可能更重要地是需要組織方法。 找到一個關于安全性問題的確切答案需要工業、科學研究和政府的提議，也將成為研發過程中主要話題。
即將來臨的未來會是什么樣呢？
預計大概在10到15年之內，工業4.0愿景將會出現在未來生產環境中。 就所有需要回答的問題和所有需要研究的工作而言，工業需要很長的時間才能普遍實施和接受這些全面的制造方案。
因此，適合愿景的第一要素和目標在它們運用到實際中之前，將歷經一段進化的過程。 豐富且隨時可用的信息和媒介障礙的縮小構成了足以創建多用途和透明生產環境的基礎。 早已可用的自動識別技術能追蹤數字世界的元素并把它們呈現出來。 像筆記本電腦、平板電腦或智能眼鏡這樣的移動設備可以提供來自商業和其他領域任意地方的企業知識庫的即時渠道。 因而，能以全面準確的信息和作用為基礎的決策和操作在智能輔助系統的支持下會進展得更快，圖 2 中展示的就是智能輔助系統。
圖 2： 近期產品中的移動設備和智能輔助系統。
作為獨立制造商存在的示范和研究平臺 —— SmartFactoryKL 技術項目 —— 通過發展和部署能有著靈活產品結構的解決方案，已經在工業4.0目標的實現上取得了巨大成功，其能很好地解決當前工業挑戰。 在30多個工業合作伙伴構建的網絡中，SmartFactoryKL 對創新信息和通訊技術以及它們在實際工業生產環境的應用進行了試驗、研發。 在最新的一個項目中，主要工業合作伙伴共同努力，開發了一條全新的生產線（見圖 3）。 這條生產線完全是模塊式，并允許對新制造模塊進行即插即用時的整合。 這個即插即用功能可以在由 SmartFactoryKL 和它的合作伙伴定義的一系列機械、電氣和信息技術的標準的基礎上得以實現。
圖 3：?在 SmartFactoryKL 進行未來生產的示范工廠。
前景
沒有一場技術革命是在倉促的情況下發動的。 通常多個技術領域的各自進步會推動每幾十年一次革命性的劇變（技術推動型），同時這也是由新的市場需求（市場拉動型）帶來的。 當前關于工業 4.0 的運動將很可能有一個持續幾十年的相似進化過程。 值得確信的一點是，工業 4.0 給制造商和終端用戶提供了一個他們都能成功適應的清晰愿景。 信息技術環境的科學見解和生產環境的需求緊密聯系。 這要求傳統意義上各自獨立部門或學科進行跨學科或跨部門合作。
當然，人類才是這個演變過程中最重要的因素。 如果我們現在分析下前三次大革命，我們會發現：人類需求和生活標準很明顯是這些變化最主要的推動力量。 當這些要求正好符合技術條件，它就會給多個領域帶來創新的變革。 自第三次工業革命（通常也叫數字革命）以來，許多創新技術和政治改革已經對人們的生活方式產生了影響。 這些典型的例子包括冷戰的結束、全球市場，特別是中國市場的開放，同時也包括技術的進步（例如，因特網和許多智能設備）。
人類不僅是技術進步重要的推動者，同時也是被推動的對象。 現代信息和通訊技術，以及全球化的背景使商業進程大幅加快。 給供應生產工廠和設備的報盤可以立刻發送到全世界，全球集團也可以立即成立，以便商討解決方案。 陸海空更高效和更全面的物流系統能夠在更短時間內把貨物傳送給顧客。 為了在全球競爭中取得成功，生產系統需要靈活快速轉換的功能。 信息與通訊技術的進步可以實現這個需求。 在這個新系統環境中，人們將需要更快地計劃、執行和操作。 只有那些能設法及時根據實際情況調整它們國民培訓和教育模式的國家才能在全球市場中取得成功。
歐洲在這方面處極具優勢。 歐洲在網絡嵌入系統、語義科技和復雜的網絡物理系統設計這些領域的研究處于領先地位。 因此，歐洲工業有實現技術上巨大飛躍和完美應對全球市場變化的絕佳機會。