制造业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.

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。

　　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。

2 端到端的信息系统集成

    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、通信设施通过信息物料网络形成一个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够互联，从而实现信息系统集成，集成是实现工业4.0的重点也是难点。

2.1 信息系统端到端

2.1.1 什么是信息系统端到端

    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务信息系统都是整个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。

2.1.2 端到端集成

    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，因此就需要一个能够做到“同声翻译”的平台，这个同声翻译平台就是数据交换平台，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集成内容，也可以是外部的企业与企业之间的集成内容，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。

2.2 如何实现信息系统集成

    集成包含三个层面（界面、流程、数据）

2.2.1 第一层：门户（界面）

    门户是用户接入的端口，解决信息访问接入的问题，提供多种设备接入的协议，包括手机、IPAD、PC等终端设备，是信息集聚、人员集聚、流程集聚的协作平台。门户可以为工业4.0蓝图目标提供对内对外的协作平台。

2.2.2 第二层：BPM业务流程管理

    BPM业务流程管理实现跨系统、跨部门、跨企业的端到端协同流程的驱动。BPM流程平台可以为工业4.0蓝图中的三个集成提供纵向集成、横向集成和端到端集成目标的流程驱动。

2.2.3 第三层：数据

    提供各种适配器连接系统及设备，进行通讯协议的转换，提供数据交换服务，可以为工业4.0中的系统解决连通性的问题，从而构建一个可以连接一切的网络。

2.2.4 集成图解

    下图是一个完整框架，从这个图中，我们可以找到工业4.0智能生产网络中的所有要素以及他们之间的关系。其中架构中的核心层门户、BPM、ESB是实现工业4.0的集成目标的基础支撑平台，是服务组件的容器及承载体，有了这平台的支撑，才能实现企业的信息系统集成，以及端到端的集成。

3 结论

    在当代，再先进的理论，没有信息化的支撑都无法得到很好的实现，概莫能外，所以，制造业实施工业4.0必须依托制造信息化，只有在很好的实施了信息化的基础上方能将工业4.0落地。