与工业4.0计划的横向集成和端到端集成不同，纵向集成是针对企业边界内的各种IT系统集成来讲的，企业可以自行通过各个层次的IT系统集成，实现企业内部的效率提升，从而实现竞争优势。一般来讲，我们可以把企业的IT系统按照从高到低分为管理系统、运营系统、制造系统、基础设施等，如果可以实现这些系统的纵向集成，自然可以提升企业效率，同时还可以提升企业生产的灵活性。

图例：纵向集成的技术体系架构示例

     目前大部分企业的管理系统难以跟制造系统集成，主要原因是制造系统的技术性偏强，相关数据需要经过管理人员筛选和优化才可以进入管理系统，这样管理人员才可以看得懂相关数据。例如，MES、ERP等系统的大部分数据，直接给管理人员是看不太懂的，或者难以明白工厂现场具体发生了什么事情。

     对于一个生产制造企业来讲，它有两个生命周期，一个是工厂的生命周期（Factory Lifecycle），另外一个就是常说的产品生命周期（Product Lifecycle），前者关系到投资、工程、流程以及服务等流程，而后者则是产品计划、开发、设计、生产和服务等流程，两者不是没有关系，只是在一般的经营管理中，似乎这两者难以紧密关联在一起，因此也难以实现最佳的企业效率。

     如果企业要实现企业内部的经营效率提升，应该通过纵向集成模式来推动相关工作。如果结合到企业生命周期和产品生命周期来理解，前者是从企业管理的角度来看的，而后者是从生产制造的角度来理解。在企业经营中，企业生命周期涉及的管理主要是常说的职能管理，产品生命周期涉及的管理主要发生在生产现场。

     如果考虑到工业4.0的研究主题是自动化、信息化和网络化，当企业分别在职能管理领域实现了较好的信息化，在生产现场也实现了较好的自动化，那么企业接下来就需要解决网络化的问题，如果可以实现生产相关的产品和设备信息跟管理层的经营系统连接，企业和产品生命周期的管理就会达到一个很高效率，这也就是纵向集成所想达到的最佳状态。

     工厂生命周期管理主要从投资开始的，并通过经营计划、生产以及服务等实现这些年流程。对于工厂经营者来讲，他们比较关心投资收益，有些工厂还是上市公司，他们更为从财务视角关注公司的经营。例如，笔者曾经服务的一个百年历史的制造公司，他们的核心部门是经济运行部，该部门加上财务部，就形成了工厂生命周期的核心部门，是公司决策层所关注的焦点。

     虽然工厂生命周期管理是企业经营者关注的重要方面，但对于制造企业来讲，从产品生命周期去实现生产制造工作，则显得更为重要，因为产品生命周期管理涉及到原材料采购、产业设计、产品生产、产品销售等多个跟生产制造息息相关的环节，这也是工厂创新的关键所在，但部分工厂正是通过产品研发获得了市场机会。我们很容易理解，苹果公司显然不是董事会决定了iPhone的出现，苹果的研发部门是iPhone出现的真正源头，它们不断吸纳新技术和工艺，最终才创造出iPhone这样的产品。

     按照纵向集成的定义，企业需要从企业、管理、运行、控制和现场多个层级来集成IT系统，从而达到最佳的运行状态。在工业4.0技术体系中，以CPS为基础的纵向集成将实现几个标准化，分别是数据标准化、流程标准化、工艺标准化等。纵向集成可以在这些标准推动下，实现企业较好的集中化管理，从而大大提升效率。

图例：信息物理融合系统的交互过程

     通常情况下，CPS是对嵌入式系统和物理过程的集成，因此，对CPS数据的分析需要考虑信息组件、物理组件，更重要的是信息与物理相互交互的过程。

     CPS的纯信息部分包括相互连接的信息组件，在它们之间交换承载供做出指令或响应的数据。CPS的纯物理部分包括相互连接的物理组件，它们可以执行或者控制实际的物理过程，例如，对于网络的基础设施通过特定位置和一些物理组件的组合而实现被控制的目的。这样，CPS的信息组件部分跟物理组件部分交互，形成了信息物理交互过程，在一定程度上，物理系统的连接拓扑结构限制了信息流。

     一般来讲，CPS是一个抽象的概念，在实际企业应用CPS的时候，可能没有任何一个系统被称为CPS系统或模块，大家所看到的系统大都是我们所熟悉的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统）、MES（Manufacturing Execution System，制造执行系统）、PLM等系统，在这个层级中，SCADA是操作级的系统，MES是管理级的，而PLM是企业级的，在操作级更低一些，应该是控制器及传感器，这都是现场级的器件或系统。

     我们很容易理解，如果上面提及这些系统不能很好的连接起来，那么它们之间的数据就无法共享，企业想要实现的纵向集成就不可能实现。在实现纵向集成模式的各个因素中，各个系统或设备（或器件）是否有标准化的接口，是非常关键的，这也是我们持续关注标准化的根本原因。

     在工业4.0架构体系中，德国工业4.0工作组非常强调利用CPS技术体系去规范未来的制造业标准，同时，工作组还积极利用国际标准组织去推动相关工作，例如IEC SG8就是专门针对工业4.0相关标准的国际组织，按照IEC官方介绍，IEC SG8需要解决未来制造业网络化的一系列标准，其中就有CPS相关的工作主题。

     本文是工业4.0研究院院长兼首席经济学家胡权新撰《第四次工业革命：高度网络化的新工业革命》一书的内容。版权所有，未经书面许可，不得转载。联系方式：innobase(#)qq.com