在過去的30年里，大多數制造業的國際標準已經高度成熟。然而，智能制造系統像長身體的孩子一樣迎風而起，使得原有一部分標準像是顯得過小的衣服，必須加以修訂。全新智能制造生態系統的若干領域，一經識別和描述，那么新的標準和舉措，都變成了一種不容等待的呼叫。
在這樣一個當口，我們首先需要識別的是，背后是什么在發生根本性的變化?
1、傳統的自動化層級被顛覆的
最引人注目的是，傳統自動化控制層級的變化。要想完整實現智能制造系統功能，必須替代傳統制造系統體系結構中，那種基于金字塔分層模型的控制范式。CPS賽博物理系統，給出了一個基于分布式的新制造服務范式，這也稱為賽博物理生產系統 (CPPS)。由于各種智能設備的引入，設備可以相互連接從而形成一個網絡服務。每一個層面，都擁有更多的嵌入式智能和響應式控制的預測分析;每一個層面，都可以使用虛擬化控制和工程功能的云計算技術。
有了這些能力，使用新的方法來控制跨層級的更廣泛的自動化操作就變為了可能。
圖1：分布式服務使得自動化層級被分解
新的面向服務范式最終將智能制造系統轉換成一個完全連接和集成的系統，如圖2所示。除了在車間級別上對時序和安全要求非常嚴格的一些制造功能外，所有在這三個維度和制造金字塔內部的制造功能都可以被虛擬化和被托管成服務。
圖2：基于服務的智能制造系統
這個全新制造式的改變，需要我們打破多年來形成的控制分層的思維模式，而向全連接、分布式的智能制造系統去靠攏。
2、智能制造的標準與
生態系統映射分析
現有的制造業標準遠遠不能滿足面向服務的智能制造生態系統。作為嗷嗷待哺的標準，包括：體系參考架構、網絡安全、工廠聯網、供應鏈集成，以及數據從工廠車間到企業級的無縫傳輸。具體地說，在這些領域新的或改進的標準，仍然是瞄準智能制造的四大目標，提高敏捷性(A)、質量(Q)、生產率(P)和可持續性(S)。借著美國國家標準院的這個提法，我們在此也需要謹慎地提醒讀者，新一代工業升級顯然是多目標的。有些認為工業4.0的目標就是大規模個性化定制生產，是過于偏頗的。在許多裝備制造業領域，定制生產并非第一選項。
圖3：智能制造的四大目標
那么，到底需要何種技術，來支持何種功能?下表給出了智能制造體系的映射表。第一列表示新標準的機會領域。第二列顯示出新標準如何影響智能制造生態系統包括產品生命周期、生產系統生命周期、商業周期和智能制造金字塔(SPP)。第三列顯示了新標準對智能制造的能力支撐。這個表并不是完整的，而只是作為探索和討論智能制造標準起點的基礎要素。
智能制造體系的映射表
以PLM/MES集成為例，產品生命周期數據如果能結合制造工藝數據，就可以對過程本身做一個更好的分析,在生產率、可持續性和質量方面促進過程改進。例如，分析產品性能有時可以揭示在生產中的質量問題。這是對CPS最為完美的闡述。
智能制造系統SMS的愿景之一就是，產品成為真正的生命體，本身可以包含歷史。每一個產品都有一個不間斷的自傳，如何、何時、何地被制造出來的。MTConnect研究所已經開始研究這一類標準活動，完善產品的可追溯性。而大數據和云制造技術，則提供更多類型的先進分析和服務，從而使它們更容易被制造商訪問。
這個全新制造式的改變，需要我們打破多年來形成的控制分層的思維模式，而向全連接、分布式的智能制造系統去靠攏。
這張圖表最引人注意的地方就是，美國標準院非常肯定地強調，智能制造系統所有環節中，都涉及到了工業參考體系(reference architecture)，包括功能模型和體系架構的定義——這也是筆者一直在呼吁的一個關鍵環節。只有有了高質量的工業參考體系，企業內部、外部包括供應鏈和用戶，才能真正將各種功能集成在一起。毫無疑問，“中國制造2025參考體系”是不能不看、不能不聽、不能不說的的攔路石。任何對參考體系的省略與忽視，都會讓我們在這次工業升級的起始元年(不妨定義在2015年)，在起跑線上留下了致命的伏筆。3工業升級的全球版本寫到這里，美國標準院NIST不無得意地聲稱，描述到的大多數標準領域已經被擴展到智能制造系統功能。當然，NIST也注意到了全球范圍內也出現了許多其他的戰略方向，但也只是略帶散漫地聲稱，“這些的技術變革趨勢，對上述標準和機遇也有各自的貢獻。”
每個機構都是只覺得自己的孩子最漂亮吧。NIST心不在焉地描述了別的工業方向和相關標準的發展。工業4.0?是的，工業4.0工作組建議以標準化和開放標準做為參考架構是實現工業4.0的首要任務。
每個機構都是只覺得自己的孩子最漂亮吧。NIST心不在焉地描述了別的工業方向和相關標準的發展。工業4.0?是的，工業4.0工作組建議以標準化和開放標準做為參考架構是實現工業4.0的首要任務。
物聯網?在物聯網IoT領域，歐盟(EU)成立了多個項目開發物聯網參考模型和參考架構。IoT@Work是歐盟另外一個項目，由西門子公司主導，致力于利用物聯網技術在工業和自動化環境的應用。而在美國成立了工業互聯網聯盟IIC。工業互聯網連接所有可連的設備，通過大數據分析來提高效率。
賽博物理系統CPS?物聯網關注唯一的、可識別的、可聯網的物理對象，而賽博物理系統更為關注信息與物理本質的結合和軟件控制系統“系統的系統”特征。美國標準院領導的公開工作小組正在為CPS的術語和參考體系結構工作。4智能制造系統的結語為了實現智能制造的愿景，基于分層控制模型經典的制造系統體系結構范式必須要被替換。一種基于分布式制造服務發展的新范式已然在進化和演變。這一演變帶來的智能設備作為一個可以獲取的網絡服務，各個級別的嵌入式智能，預測分析和云計算技術。而所有這些技術都將依賴于標準。
本份報告提供了一個對智能制造的檢驗標準。包括用于集成和跨越三個制造生命周期維度——產品生命周期、生產系統生命周期和商業(企業)生命周期。
三個維度
為了研究現有標準和他們如何可以應用于智能制造，美國標準院定義了智能制造生態系統對分析現有標準和建立未來的智能制造標準需求的一致的上下文分析環境。在這個報告中，智能制造生態系統作為基礎進行分類和評估現有的標準，并識別出能夠促進智能制造系統實現的新標準活動領域。
現有的制造業標準不足以完全啟用智能制造，特別是在網絡安全領域、基于云制造服務，供應鏈集成和數據分析領域。
美國標準院確定了以下領域作為重點需要發展的領域，這是標準的全新興盛之地，包括智能制造系統參考模型和參考體系架構、制造業物聯網(IOT)參考體系架構、制造服務模式、M2M機器通訊、PLM/ERP/MES/SCM/CRM集成、云制造、可持續性制造、制造網絡安全等。
后記 至此，我們完成了美國標準院對于智能制造的全部報告和解讀。它有一套完整的智能制造系統的思路，并且緊盯著標準，細致扎實。NIST認為，標準是智能制造發展的一個基本組成部分。有了標準，才會有系統的、可重復和高效的生產系統;從大型跨國公司到小型制造商，才能以網狀的方式廣泛參與，而無須考慮其大小和所在地點。
然而讀者恐怕很難想象，美國國家標準院不僅僅對工業4.0幾存忽略之心，連工業互聯網也不無粗魯地被塞進了物聯網的大籃子里。NIST甚至把GE領導的工業互聯網比喻成德國工業4.0的表親。當然中國制造2025，更不在其提及之列，想來NIST不知道如何解讀這個體系和組成要素。
這個時候，我們才能想起來一件事，工業互聯網不是國家戰略。根正苗紅的國家標準研究院NIST，才是真正代表美國國家戰略意圖。即使如此，我們也不得不為NIST的傲慢而心生詫異。然而，最根本的事實是，每個國家的工業升級，都要拿出體系、拿出標準、拿出生態模型，這是所有政府機構需要面對的現實。
