制造業(yè)信息化建設是落實工業(yè)4.0的基礎

0 前言

    當“工業(yè)4.0”遇上“中國制造”

    近期，隨著“工業(yè)4.0”的在網(wǎng)絡上越炒越熱，就企業(yè)層面來說工業(yè)4.0如何落地將成為重點，如何通過信息技術和制造技術的深度融合，打通一切、聯(lián)通一切是企業(yè)信息化建設的目標。

    工業(yè)4.0是什么？每個人站在不同的角度會有不同的理解，是制造業(yè)信息化、是智能工廠、是智能制造亦或是企業(yè)目標。但無論如何，對于制造業(yè)來說，工業(yè)4.0落地的基礎就是信息化建設，信息化建設包括信息物理網(wǎng)絡聯(lián)通和信息系統(tǒng)集成。

1 信息物理網(wǎng)絡聯(lián)通

    信息物理網(wǎng)絡就是講物理設備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡世界與現(xiàn)實物理世界的融合，將網(wǎng)絡空間的高級計算能力有效的運用于現(xiàn)實世界中，從而在生產(chǎn)制造過程中，與設計、開發(fā)、生產(chǎn)有關的所有數(shù)據(jù)將通過傳感器采集并進行分析，形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。

    ●信息物理網(wǎng)絡可以將系統(tǒng)資源、信息、物體以及人緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)及相關服務，并將生產(chǎn)工廠轉變?yōu)橐粋€智能環(huán)境。

    ●信息物理網(wǎng)絡將提供全面、快捷、安全可靠的服務和應用業(yè)務流程，

    ●支持移動終端設備和業(yè)務網(wǎng)絡中的協(xié)同制造、服務、分析和預測流程等。

    而信息物理網(wǎng)絡的聯(lián)通可以按照信息物理網(wǎng)絡的概念模型和SOA架構下的ESB企業(yè)服務總線架構模型來實現(xiàn)。

    1.1 信息物理網(wǎng)絡的概念模型

    在工業(yè)4.0藍圖中，連接一切的信息物理網(wǎng)絡是實現(xiàn)智能工廠、智能生產(chǎn)的基礎，工業(yè)4.0藍圖給了一個信息物理網(wǎng)絡的概念模型.

1.1.1 概念模型介紹

    在這個模型中，我們看到了“服務”的概念，傳感器服務、控制服務、通訊服務、校驗服務、信息服務等，所有的服務形成了一個服務庫，每個服務完成不同的功能，服務與服務之間相互連接，構成一個柔性的智能生產(chǎn)網(wǎng)絡，每個服務來自不同的系統(tǒng)，產(chǎn)品信息服務也許來自PLM系統(tǒng)、生產(chǎn)計劃服務來自ERP、訂單服務來自DMS系統(tǒng)，生產(chǎn)裝配指令服務來自MES、生產(chǎn)加工服務由設備完成，因此，整個信息物理網(wǎng)絡系統(tǒng)就是一個服務連接的網(wǎng)絡，即是“務聯(lián)網(wǎng)”的概念，通過“服務”的抽象，屏蔽了各個信息系統(tǒng)及物理設備的差異性，在服務層面具有共通性，因而容易建立起連接。

1.1.2 服務的概念即是SOA的核心

    SOA即是解決異構系統(tǒng)、設備、網(wǎng)絡相互連接的技術方法，通過SOA中的企業(yè)服務總線ESB建立起一個企業(yè)的“同聲翻譯平臺”，讓企業(yè)中的異構系統(tǒng)、生產(chǎn)設備、人、客戶相互聯(lián)通，讓這些生產(chǎn)要素協(xié)同工作而又保持各自的個性化特征，各要素按照自己的方式工作，通過ESB這個同聲翻譯平臺接收信息、指令，同時將自己的狀態(tài)、信息發(fā)送到ESB平臺、傳遞給其它生產(chǎn)要素，從而實現(xiàn)智能的感知和協(xié)作。

1.2 SOA架構下的ESB企業(yè)服務總線架構模型

    信息物理網(wǎng)絡模型是一個理想的參考架構，對于具體的企業(yè)來說，要實現(xiàn)工業(yè)4.0的藍圖目標，有很多實際的困難要解決，企業(yè)的信息系統(tǒng)都是在不同的時期建立起來的，采用了不同的技術路線，由不同的廠商提供，技術協(xié)議不同，不能直接聯(lián)通，需要點對點的寫接口程序才能聯(lián)通。對于生產(chǎn)設備，差異性就更大了，老式的設備沒有通訊接口、儀表都是模擬的，新式設備的通訊協(xié)議及接口也是五花八門的，有RS232，485，以太網(wǎng)等，即使有相同的接口形式，其數(shù)據(jù)格式和規(guī)則可能都不一樣，如果要將這些設備連接起來，一些老設備需要加裝傳感器、PLC控制器、RFID等，構建一個工業(yè)總線，將這些新老設備通過各種接口接入到工業(yè)總線中，使其相互聯(lián)通、采集設備的數(shù)據(jù)，搞工業(yè)自動化系統(tǒng)的人都知道，工業(yè)自動化系統(tǒng)一般都遵循一個行業(yè)的標準協(xié)議：OPC，是一個比較底層的協(xié)議，一般大家熟知的SCADA系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)都是這類性質(zhì)的工業(yè)自動化網(wǎng)絡，現(xiàn)在叫做“物聯(lián)網(wǎng)”。工業(yè)自動化系統(tǒng)的運行方式與管理信息網(wǎng)絡的運行方式完全不一樣，數(shù)據(jù)生成的頻率要高的多，一般以秒為單位生成數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲的方式也不一樣，數(shù)據(jù)一般是以KEY/VALUE的方式收集和存儲，俗稱列存儲方式，而管理信息系統(tǒng)，如ERP、PDM等系統(tǒng)的組織存儲方式是以行的形式存在的，數(shù)據(jù)交換的協(xié)議以SQL、webservice、FTP、MQ、HTTP等更高級的協(xié)議通訊。所以要實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡與管理信息網(wǎng)絡的相互聯(lián)通，從底層網(wǎng)絡協(xié)議上容易實現(xiàn)，但是要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換還不是那么容易，所以工業(yè)4.0中才提出了SOA架構下的ESB企業(yè)服務總線架構模型，力圖實現(xiàn)“連接一切”的目標。下面我們參考一下制造業(yè)信息化架構模型，看看能不能滿足工業(yè)4.0的要求。

　　我認為，這就是一個信息物理網(wǎng)絡的模型，一個可以落地的參考架構。ESB企業(yè)服務總線是SOA架構的核心，完全滿足信息物理網(wǎng)絡的要求，它通過各種適配器與異構系統(tǒng)和生產(chǎn)設備相連，進行協(xié)議轉換，數(shù)據(jù)交換通過消息的機制實現(xiàn)，通過消息的異步傳輸達到數(shù)據(jù)交換的可靠性，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步及異步交換，在電信、銀行、鐵路、航空、電力調(diào)度中廣泛應用，是一個非常成熟的數(shù)據(jù)交換平臺解決方案。S0A架構是一個已經(jīng)非常成熟的架構方法，實際應用已經(jīng)很多年了，以前只是從純粹的技術層面來推廣，沒有站在產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略的高度來看這個問題，應該說SOA是工業(yè)4.0最佳的技術方案。

2 端到端的信息系統(tǒng)集成

    工業(yè)4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設施通過信息物料網(wǎng)絡形成一個智能網(wǎng)絡，使人與人、人與機器、機器與機器以及服務與服務之間能夠互聯(lián)，從而實現(xiàn)信息系統(tǒng)集成，集成是實現(xiàn)工業(yè)4.0的重點也是難點。

2.1 信息系統(tǒng)端到端

2.1.1 什么是信息系統(tǒng)端到端

    顧名思義，所謂端到端就是圍繞產(chǎn)品全生命周期，流程從一個端頭（點）到另外一個端頭（點），中間是連貫的，不會出現(xiàn)局部流程、片段流程，沒有斷點。從企業(yè)層面來看，ERP系統(tǒng)、PDM系統(tǒng)、組織、設備、生產(chǎn)線、供應商、經(jīng)銷商、用戶、產(chǎn)品使用現(xiàn)場（汽車、工程機械使用現(xiàn)場）等圍繞整個產(chǎn)品生命周期的價值鏈上管理和服務信息系統(tǒng)都是整個信息物理網(wǎng)絡需要連接的端頭（點）。端到端集成就是把所有該連接的端頭（點）都集成互聯(lián)起來，通過價值鏈上不同企業(yè)資源的整合，實現(xiàn)從產(chǎn)品設計、生產(chǎn)制造、物流配送、使用維護的產(chǎn)品全生命周期的管理和服務，它以產(chǎn)品價值鏈創(chuàng)造集成供應商（一級、二級、三級…）、制造商（研發(fā)、設計、加工、配送）、分銷商（一級、二級、三級…）以及客戶信息流、物流和資金流，在為客戶提供更有價值的產(chǎn)品和服務同時，重構產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的價值體系。

2.1.2 端到端集成

    由于整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈中的每一個端頭所講的語言（通訊協(xié)議）都不一樣，數(shù)據(jù)采集格式、采集頻率也不一樣，要讓這些異構的端頭都連接起來，實現(xiàn)互聯(lián)互通、相互感知，因此就需要一個能夠做到“同聲翻譯”的平臺，這個同聲翻譯平臺就是數(shù)據(jù)交換平臺，在這樣一個平臺上實現(xiàn)書同文、車同軌。這樣就解決的集成的最大障礙，實現(xiàn)互聯(lián)互通就容易了。端到端的集成即可以是內(nèi)部集成內(nèi)容，也可以是外部的企業(yè)與企業(yè)之間的集成內(nèi)容，關注點在流程的整合上，比如提供用戶訂單的全程跟蹤協(xié)同流程，將用戶、企業(yè)、第三方物流、售后服務等產(chǎn)品全生命周期服務的端到端集成。

2.2 如何實現(xiàn)信息系統(tǒng)集成

    集成包含三個層面（界面、流程、數(shù)據(jù)）

2.2.1 第一層：門戶（界面）

    門戶是用戶接入的端口，解決信息訪問接入的問題，提供多種設備接入的協(xié)議，包括手機、IPAD、PC等終端設備，是信息集聚、人員集聚、流程集聚的協(xié)作平臺。門戶可以為工業(yè)4.0藍圖目標提供對內(nèi)對外的協(xié)作平臺。

2.2.2 第二層：BPM業(yè)務流程管理

    BPM業(yè)務流程管理實現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨部門、跨企業(yè)的端到端協(xié)同流程的驅動。BPM流程平臺可以為工業(yè)4.0藍圖中的三個集成提供縱向集成、橫向集成和端到端集成目標的流程驅動。

2.2.3 第三層：數(shù)據(jù)

    提供各種適配器連接系統(tǒng)及設備，進行通訊協(xié)議的轉換，提供數(shù)據(jù)交換服務，可以為工業(yè)4.0中的系統(tǒng)解決連通性的問題，從而構建一個可以連接一切的網(wǎng)絡。

2.2.4 集成圖解

    下圖是一個完整框架，從這個圖中，我們可以找到工業(yè)4.0智能生產(chǎn)網(wǎng)絡中的所有要素以及他們之間的關系。其中架構中的核心層門戶、BPM、ESB是實現(xiàn)工業(yè)4.0的集成目標的基礎支撐平臺，是服務組件的容器及承載體，有了這平臺的支撐，才能實現(xiàn)企業(yè)的信息系統(tǒng)集成，以及端到端的集成。

3 結論

    在當代，再先進的理論，沒有信息化的支撐都無法得到很好的實現(xiàn)，概莫能外，所以，制造業(yè)實施工業(yè)4.0必須依托制造信息化，只有在很好的實施了信息化的基礎上方能將工業(yè)4.0落地。