0 前言

    當“工業4.0”遇上“中國制造”

    近期，隨著“工業4.0”的在網絡上越炒越熱，就企業層面來說工業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、聯通一切是企業信息化建設的目標。

    工業4.0是什么？每個人站在不同的角度會有不同的理解，是制造業信息化、是智能工廠、是智能制造亦或是企業目標。但無論如何，對于制造業來說，工業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絡聯通和信息系統集成。

1 信息物理網絡聯通

    信息物理網絡就是講物理設備連接到互聯網上，讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協調和自治等五大功能，從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的融合，將網絡空間的高級計算能力有效的運用于現實世界中，從而在生產制造過程中，與設計、開發、生產有關的所有數據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系統。

    ●信息物理網絡可以將系統資源、信息、物體以及人緊密聯系在一起，從而創造物聯網及相關服務，并將生產工廠轉變為一個智能環境。

    ●信息物理網絡將提供全面、快捷、安全可靠的服務和應用業務流程，

    ●支持移動終端設備和業務網絡中的協同制造、服務、分析和預測流程等。

    而信息物理網絡的聯通可以按照信息物理網絡的概念模型和SOA架構下的ESB企業服務總線架構模型來實現。

    1.1 信息物理網絡的概念模型

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

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網絡，每個服務來自不同的系統，產品信息服務也許來自PLM系統、生產計劃服務來自ERP、訂單服務來自DMS系統，生產裝配指令服務來自MES、生產加工服務由設備完成，因此，整個信息物理網絡系統就是一個服務連接的網絡，即是“務聯網”的概念，通過“服務”的抽象，屏蔽了各個信息系統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、設備、網絡相互連接的技術方法，通過SOA中的企業服務總線ESB建立起一個企業的“同聲翻譯平臺”，讓企業中的異構系統、生產設備、人、客戶相互聯通，讓這些生產要素協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、信息發送到ESB平臺、傳遞給其它生產要素，從而實現智能的感知和協作。

1.2 SOA架構下的ESB企業服務總線架構模型

    信息物理網絡模型是一個理想的參考架構，對于具體的企業來說，要實現工業4.0的藍圖目標，有很多實際的困難要解決，企業的信息系統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，技術協議不同，不能直接聯通，需要點對點的寫接口程序才能聯通。對于生產設備，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，新式設備的通訊協議及接口也是五花八門的，有RS232，485，以太網等，即使有相同的接口形式，其數據格式和規則可能都不一樣，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，構建一個工業總線，將這些新老設備通過各種接口接入到工業總線中，使其相互聯通、采集設備的數據，搞工業自動化系統的人都知道，工業自動化系統一般都遵循一個行業的標準協議：OPC，是一個比較底層的協議，一般大家熟知的SCADA系統、DCS系統都是這類性質的工業自動化網絡，現在叫做“物聯網”。工業自動化系統的運行方式與管理信息網絡的運行方式完全不一樣，數據生成的頻率要高的多，一般以秒為單位生成數據，數據存儲的方式也不一樣，數據一般是以KEY/VALUE的方式收集和存儲，俗稱列存儲方式，而管理信息系統，如ERP、PDM等系統的組織存儲方式是以行的形式存在的，數據交換的協議以SQL、webservice、FTP、MQ、HTTP等更高級的協議通訊。所以要實現工業網絡與管理信息網絡的相互聯通，從底層網絡協議上容易實現，但是要實現數據的交換還不是那么容易，所以工業4.0中才提出了SOA架構下的ESB企業服務總線架構模型，力圖實現“連接一切”的目標。下面我們參考一下制造業信息化架構模型，看看能不能滿足工業4.0的要求。

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

2 端到端的信息系統集成

    工業4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通信設施通過信息物料網絡形成一個智能網絡，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，從而實現信息系統集成，集成是實現工業4.0的重點也是難點。

2.1 信息系統端到端

2.1.1 什么是信息系統端到端

    顧名思義，所謂端到端就是圍繞產品全生命周期，流程從一個端頭（點）到另外一個端頭（點），中間是連貫的，不會出現局部流程、片段流程，沒有斷點。從企業層面來看，ERP系統、PDM系統、組織、設備、生產線、供應商、經銷商、用戶、產品使用現場（汽車、工程機械使用現場）等圍繞整個產品生命周期的價值鏈上管理和服務信息系統都是整個信息物理網絡需要連接的端頭（點）。端到端集成就是把所有該連接的端頭（點）都集成互聯起來，通過價值鏈上不同企業資源的整合，實現從產品設計、生產制造、物流配送、使用維護的產品全生命周期的管理和服務，它以產品價值鏈創造集成供應商（一級、二級、三級…）、制造商（研發、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品和服務同時，重構產業鏈各環節的價值體系。

2.1.2 端到端集成

    由于整個產業生態圈中的每一個端頭所講的語言（通訊協議）都不一樣，數據采集格式、采集頻率也不一樣，要讓這些異構的端頭都連接起來，實現互聯互通、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據交換平臺，在這樣一個平臺上實現書同文、車同軌。這樣就解決的集成的最大障礙，實現互聯互通就容易了。端到端的集成即可以是內部集成內容，也可以是外部的企業與企業之間的集成內容，關注點在流程的整合上，比如提供用戶訂單的全程跟蹤協同流程，將用戶、企業、第三方物流、售后服務等產品全生命周期服務的端到端集成。

2.2 如何實現信息系統集成

    集成包含三個層面（界面、流程、數據）

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、流程集聚的協作平臺。門戶可以為工業4.0藍圖目標提供對內對外的協作平臺。

2.2.2 第二層：BPM業務流程管理

    BPM業務流程管理實現跨系統、跨部門、跨企業的端到端協同流程的驅動。BPM流程平臺可以為工業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：數據

    提供各種適配器連接系統及設備，進行通訊協議的轉換，提供數據交換服務，可以為工業4.0中的系統解決連通性的問題，從而構建一個可以連接一切的網絡。

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4.0智能生產網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是實現工業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，才能實現企業的信息系統集成，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，概莫能外，所以，制造業實施工業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4.0落地。