信息化建设是落实工业4.0的基础

0 前言

    当“工业4.0”遇上“中国制造”

    近期，随着“工业4.0”的在网络上越炒越热，就企业层面来说工业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，是制造业信息化、是智能工厂、是智能制造亦或是企业目标。但无论如何，对于制造业来说，工业4.0落地的基础就是信息化建设，信息化建设包括信息物理网络联通和信息系统集成。

1 信息物理网络联通

    信息物理网络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。

    ●信息物理网络可以将系统资源、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。

    ●信息物理网络将提供全面、快捷、安全可靠的服务和应用业务流程，

    ●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。

    而信息物理网络的联通可以按照信息物理网络的概念模型和SOA架构下的ESB企业服务总线架构模型来实现。

    1.1 信息物理网络的概念模型

    在工业4.0蓝图中，连接一切的信息物理网络是实现智能工厂、智能生产的基础，工业4.0蓝图给了一个信息物理网络的概念模型（如下图）。

图1 信息物理网络的概念模型

    1.1.1 概念模型介绍

    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PLM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，整个信息物理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。

    1.1.2 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。

    1.2 SOA架构下的ESB企业服务总线架构模型

    信息物理网络模型是一个理想的参考架构，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SOA架构下的ESB企业服务总线架构模型，力图实现“连接一切”的目标。下面我们参考一下制造业信息化架构模型，看看能不能满足工业4.0的要求。

图2 制造业信息化架构模型

    我认为，这就是一个信息物理网络的模型，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，完全满足信息物理网络的要求，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。