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工业4.0落地战略:一个网络、两大主题、三项集成

2015/7/21    来源:e-works    作者:佚名      
关键字:工业4.0  智能工厂  智能制造  大数据  
“工业4.0”不同的人从不同维度来解读,涉及到国家战略、产业战略、企业发展等不同的层面。就从企业的层面去研究,看看企业层面实现工业4.0该怎么做,怎么走,有没有路线图?
  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。
CPS信息物理系统
 
  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、分析和预测流程等。
 
  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。
 面向服务得工厂系统布局 
 
  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RS232,485,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/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、FTP、MQ、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。
 
  下面我们参考一下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。
SOA架构下的ESB企业服务总线架构模型
 
  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。

责任编辑:熊东旭
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