工业40落地战略：一个网络、两大主题、三项集成

《工业40落地战略：一个网络、两大主题、三项集成》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业40落地战略：一个网络、两大主题、三项集成（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、工业4.0落地战略：一个网络、两大主题、三项集成近期，随着“工业4.0”的在网络上越炒越热，我国也推出了“中国制造2025” 战略，在国家战略需求的驱动下，中国对于制造大国向制造强国的迈进之路也陡 然提速，这将对中国制造转型升级打通主动脉。就企业层面来说中国版工业4.0 如何落地将成为重点，如何通过信息技术和制造技术的深度融合，打通一切、联 通一切是企业信息化建设的目标。工业4.0是什么？每个人站在不同的角度会有不同的理解，是互联、集成 （纵向、横向、端到端）、数据、创新、服务、转型或是CPS、是智能工厂、是智 能制造亦或是国家战略、企业目标。工业4.0核心内容就是建一个网络、三项集 成、大数

2、据分析、八项计划和研究两个主题。建一个网络：信息物理网络系统（CPS）CPS是英文CyberPhysical System的缩写，就是讲物理设备连接到互联 网上，让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能，从 而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合，将网络空间的高级计算能力有效的 运用于现实世界中，从而在生产制造过程中，与设计、开发、生产有关的所有数 据将通过传感器采集并进行分析，形成可自律操作的智能生产系统。a）CPS可以将系统资源、信息、物体以及人紧密联系在一起，从而创造物联网及相关服务，并将生产工厂转变为一个智能环境 。b）CPS将提供全面、快捷、安全可靠的服务和应用业

3、务流程，c）支持移动终端设备和业务网络中的协同制造、服务、分析和预测流程在工业4.0蓝图中，连接一切的信息物理网络（CPS ）是实现智能工厂、智能生产的基础，工业4.0蓝图给了一个CPS网络的概念模型（如上图），在 这个模型中，我们看到了“服务”的概念，传感器服务、控制服务、通讯服务、 校验服务、信息服务等，所有的服务形成了一个服务库，每个服务完成不同的功 能，服务与服务之间相互连接，构成一个柔性的智能生产网络，每个服务来自不 同的系统，产品信息服务也许来自PDM系统、生产计划服务来自ERP、订单服 务来自DMS系统，生产装配指令服务来自MES、生产加工服务由设备完成， 因此，整个CPS网络系

4、统就是一个服务连接的网络，即是“务联网”的概念， 通过“服务”的抽象，屏蔽了各个信息系统及物理设备的差异性，在服务层面具 有共通性，因而容易建立起连接。服务的概念即是SOA的核心，SOA即是解决异构系统、设备、网络相互 连接的技术方法，通过SOA中的企业服务总线ESB建立起一个企业的“同声翻 译平台”，让企业中的异构系统、生产设备、人、客户相互联通，让这些生产要 素协同工作而又保持各自的个性化特征，各要素按照自己的方式工作，通过ESB 这个同声翻译平台接收信息、指令，同时将自己的状态、信息发送到ESB平台、传递给其它生产要素，从而实现智能的感知和协作。P面向噩务的工厂系统布局PwrtDrSff

5、l-vireFlvN LnyiTFSwxrie* Lihwy 闊芻库 聾二ERP EmmibmHvwtb 1碘杵兀关CPS网络模型是一个理想的参考架构，在CPS网络模型中并没有给出怎么解决异构系统及设备间的连通性问题的技术实现方法和路径，我们都知道，对 于具体的企业来说，要实现工业4.0 的蓝图目标，有很多实际的困难要解决，企 业的信息系统都是在不同的时期建立起来的，采用了不同的技术路线，由不同的 厂商提供，技术协议不同，不能直接联通，需要点对点的写接口程序才能联通。 对于生产设备，差异性就更大了，老式的设备没有通讯接口、仪表都是模拟的， 新式设备的通讯协议及接口也是五花八门的，有RS232，

6、485，以太网等，即使 有相同的接口形式，其数据格式和规则可能都不一样，如果要将这些设备连接起 来，一些老设备需要加装传感器、PLC控制器、RFID等，构建一个工业总线， 将这些新老设备通过各种接口接入到工业总线中，使其相互联通、采集设备的数 据，搞工业自动化系统的人都知道，工业自动化系统一般都遵循一个行业的标准 协议：OPC，是一个比较底层的协议，一般大家熟知的SCADA系统、DCS系 统都是这类性质的工业自动化网络，现在叫做“物联网”。工业自动化系统的运 行方式与管理信息网络的运行方式完全不一样，数据生成的频率要高的多，一般 以秒为单位生成数据，数据存储的方式也不一样，数据一般是以KEY/

7、VALUE的 方式收集和存储，俗称列存储方式，而管理信息系统，如ERP、PDM等系统的 组织存储方式是以行的形式存在的，数据交换的协议以 SQL、webservice、 HTTP 等更高级的协议通讯。所以要实现工业网络与管理信息网络的相互联通， 从底层网络协议上容易实现，但是要实现数据的交换还不是那么容易，所以工业4.0中才提出了 CPS网络的参考架构，力图实现“连接一切”的目标。F面我们参考一下SOA架构下的ESB企业服务总线架构模型，看看能不能满足CPS的要求。我认为，这就是一个CPS网络系统的模型，一个可以落地的参考架构。ESB企业服务总线是SOA架构的核心，完全满足CPS的要求，它通过

8、各种适配器与异构系统和生产设备相连，进行协议转换，数据交换通过消息的机制实现， 通过消息的异步传输达到数据交换的可靠性，可以实现数据的同步及异步交换， 在电信、银行、铁路、航空、电力调度中广泛应用，是一个非常成熟的数据交换平台解决方案。S0A架构是一个已经非常成熟的架构方法，实际应用已经很多年了，以前只是从纯粹的技术层面来推广，没有站在产业战略的高度来看这个问题，应该说SOA是工业4.0最佳的技术方案。三个集成工业 4.0 中的三项集成包括：横向集成、纵向集成与端对端的集成。工业4.0将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS 形成一个智能网络，使人与人、人与机器、机

9、器与机器以及服务与服务之间能够 互联，从而实现横向、纵向和端对端的高度集成，集成是实现工业4.0 的重点也 是难点。【纵向集成】纵向集成不是一个新话题，企业信息化发展经历了部门需求、单体应用到 协同应用的一个历程，伴随着信息技术与工业融合发展常讲常新，换句话说，企 业信息化在各个部门发展阶段的里程碑，就是企业内部信息流、资金流和物流的 集成，是在哪一个层次、哪一个环节、哪一个水平上的集成，是生产环节上的集 成（如研发设计内部信息集成），还是跨环节的集成（如研发设计与制造环节的 集成），还是产品全生命周期的（如产品研发、设计、计划、工艺到生产、服务 的全生命周期的信息集成）。简单点说，纵向集成就

10、是解决企业内部信息孤岛的 集成，工业4.0所要追求的就是在企业内部实现所有环节信息无缝链接，这是所 有智能化的基础。纵向集成主要解决企业内部的集成，即解决信息孤岛的问题，解决信息网 络与物理设备之间的联通问题。横向集成】 横向集成是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合，是为了实现各企业间的无缝合作，提供实时产品与服务。在市场竞争牵引和信息技 术创新驱动下，每一个企业都是在追求生产过中的信息流、资金流、物流无缝链 接与有机协同，在过去这一目标主要集中在企业内部，但现在远远不够了，企业 要实现新的目标：从企业内部的信息集成向产业链信息集成，从企业内部协同研 发体系到企业间的研发网络，

11、从企业内部的供应链管理与企业间的协同供应链管 理，从企业内部的价值链重构向企业间的价值链重构。横向集成是企业之间通过 价值链以及信息网络所实现的一种资源整合，为实现各企业间的无缝合作，提供 实时产品与服务，推动企业间研产供销、经营管理与生产控制、业务与财务全流 程的无缝衔接和综合集成，实现产品开发、生产制造、经营管理等在不同的企业 间的信息共享和业务协同。横向集成主要实现企业与企业之间、企业与售出产品之间（如车联网）的 协同，将企业内部的业务信息向企业以外的供应商、经销商、用户进行延伸，实 现人与人、人与系统、人与设备之间的集成，从而形成一个智能的虚拟企业网络。 制造业普遍存在的工程变更协同流

12、程就是这样一个典型的横向集成应用场景。【端到端的集成】端对端集成是指贯穿整个价值链的工程化数字集成，是在所有终端数字化 的前提下实现的基于价值链与不同公司之间的一种整合，这将最大限度地实现个 性化定制，从某种意义上来讲，端到端的集成是一个新理念，各界对于端到端集 成有不同的理解。什么是端到端？顾名思义，所谓端到端就是围绕产品全生命周期，流程从 一个端头（点）到另外一个端头（点），中间是连贯的，不会出现局部流程、片 段流程，没有断点。从企业层面来看,ERP系统、PDM系统、组织、设备、生 产线、供应商、经销商、用户、产品使用现场（汽车、工程机械使用现场）等围 绕整个产品生命周期的价值链上管理和服

13、务都是整个 CPS 信息物理网络需要连 接的端头（点）。端到端集成就是把所有该连接的端头（点）都集成互联起来，通过价值链 上不同企业资源的整合，实现从产品设计、生产制造、物流配送、使用维护的产 品全生命周期的管理和服务，它以产品价值链创造集成供应商（一级、二级、三 级）、制造商（研发、设计、加工、配送）、分销商（一级、二级、三级） 以及客户信息流、物流和资金流，在为客户提供更有价值的产品和服务同时，重 构产业链各环节的价值体系。由于整个产业生态圈中的每一个端头所讲的语言（通讯协议）都不一样， 数据采集格式、采集频率也不一样，要让这些异构的端头都连接起来，实现互联 互通、相互感知，因此就需要一个

14、能够做到“同声翻译”的平台，这个同声翻译 平台就是企业服务总线，在这样一个平台上实现书同文、车同轨。这样就解决的 集成的最大障碍，实现互联互通就容易了。端到端的集成即可以是内部的纵向集成内容，也可以是外部的企业与企业之间的横向集成内容，关注点在流程的整合上，比如提供用户订单的全程跟踪协 同流程，将用户、企业、第三方物流、售后服务等产品全生命周期服务的端到端 集成。横向、纵向、端到端三个集成的实现，不论技术层面还是业务层面在 SOA 信息集成都能找到相应的解决方案。什么是“智能工厂”和“智能生产”？“智能工厂”是未来智能基础设施的关键组成部分，重点研究智能化生产 系统及过程以及网络化分布生产设施

15、的实现。“智能生产”的侧重点在于将人机互动、智能物流管理、3D打印等先进 技术应用于整个工业生产过程，从而形成高度灵活、个性化、网络化的产业链。在工业 4.0 的战略蓝图中，把智能生产描绘成工厂可以为单件小批量的单 个客户提供个性化生产服务，而不是只能按照固定的生产流程生产。所谓“智能”， 我的理解是具备“智慧”的能力，智慧首先要具备足够的知识，对自己的了解， 对外界事物的了解，都可以称为知识。而将具备的知识进行关联和联想，能够形 成一个知识网络，对周边事物能够感知和关联，找出知识点之间的关联关系以及 事物之间的潜在联系，具备思考的能力，这即是“智慧”的概念。在工业4.0战 略中提到的连接万物

16、、感知环境中的人、机器设备、产品、用户、信息，是将生 产环境中的一切事物、物体、人的静态信息及动态信息进行融合和感知、传递交 换，从而达到协同工作的场景，实现智能生产、智能工厂的目标。在生产现场，要实现智能生产，还需要业务规则的驱动，如事件管理机制、 生产优化排程等都是属于业务规则类的系统，通过事件管理机制，可以实时的拾 取生产现场、用户使用现场等一些特别事件，这些事件如果不及时处理，有可能 演变为一个损失很大的事故，通过这些事件的预先定义，一旦发生，就可以通过 数据驱动对应的处理流程，协调各个部门、人员做相应的协同处理，防患于未然， 这才是真正的智能生产，让一切连接，让一切透明。所有的系统、设备都是按照 数据驱动的流程、规则协作运行，真正实现数据驱动流程、流程驱动业务、流程 驱动设备。而业务规则可以根据市场需要、用户订单