1.1.2　设计原则

通过对已有研究成果的调研，文献[1]针对工业4.0给出了以下四个设计原则。

1.互联（interconnection）

机器、设备、传感器和人通过物联网和人联网（Internet of People，IoP）互相连接，进而形成万物互联。基于万物互联可以实现信息共享和联合协作，万物互联中包含三类协作：人–人协作、人–机协作、机–机协作^[8]。对于来自不同制造商的不同机器，需要统一的通信标准来进行灵活的组合^[9]。智能工厂中的模块化理念能够很好地适应具有波动性的市场需求以及个性化的订单。随着万物互联中参与者的增加，经济和政治需求会增加针对工业4.0生产设施的恶意攻击，进而增加网络安全方面的需求。

2.信息透明（information transparency）

工业4.0中涉及的物理世界与虚拟世界的融合形成了信息透明的一种新形式^[10]。它通过将传感器数据与工厂中的数字化模型进行连接，来创建物理世界的虚拟拷贝。为了让万物互联中的参与者做出合适的决策，上下文信息是不可或缺的。上下文系统基于从物理世界和虚拟世界获得的信息来完成自身的任务。虚拟世界中的上下文信息包括电子文档、图纸、仿真模型等。物理世界中的上下文信息则包括设备的位置和状态^[11]。为了分析物理世界，智能工厂中广泛地部署了各类传感器，原始的传感器数据必须与上下文信息集成后才能具有较高的价值。对数据的分析结果嵌入技术协助系统中，万物互联的所有参与者都可以访问该系统，进而实现信息透明^[12]。

3.分布式决策（decentralized decision）

生产设施中不仅包含人员和设备，还存在大量的制造过程。对于不同的生产任务，制造过程的细节千差万别，在万物互联的协作前提下，基于本地信息与全局信息的分布式决策能够明显地提升整个智能工厂的生产力^[13]。通常，万物互联中的参与者都会尽最大可能以自治的（autonomous）方式来完成上述任务，当遇到异常、干扰和冲突时，需要向上层系统提交任务^[14]。从技术角度来看，分布式决策的实现是基于信息物理系统的，该系统中的嵌入式计算机、传感器和执行器等构件为物理世界的检测和控制提供了途径。

4.技术协助（technical assistance）

在智能工厂中，人员的主要角色从传统的操作员转变为策略性的决策者和灵活的问题解决者。信息物理系统中海量的信息与复杂的交互流程使得技术协助系统必不可少，当万物互联的某个参与者需要特定信息来辅助决策时，其向技术协助系统请求数据。