文/gongkong史 虹 

       繼蒸汽時(shí)代、電氣時(shí)代、信息時(shí)代三大工業(yè)革命之后，全球化分工使生產(chǎn)要素加速流動(dòng)和配置，市場(chǎng)風(fēng)向變化和產(chǎn)品個(gè)性化的需求對(duì)企業(yè)反應(yīng)時(shí)間和柔性化能力提出前所未有的要求，全球進(jìn)入空前的創(chuàng)新密集和產(chǎn)業(yè)變革時(shí)代。基于此，以物聯(lián)網(wǎng)和智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命悄然來(lái)襲。

       早在2011年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，德國(guó)率先提出“工業(yè)4.0”的概念，之后美國(guó)也推出工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)企業(yè)等類似概念。無(wú)論工業(yè)4.0還是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，其主要特征都是智能和物聯(lián)，而主旨都在于將傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，從而提高資源利用率和生產(chǎn)靈活性、增強(qiáng)客戶與商業(yè)伙伴緊密度并提升工業(yè)生產(chǎn)的商業(yè)價(jià)值。

       “工業(yè)4.0”是一個(gè)宏大的愿景，但又是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念：把大量的有關(guān)人、IT系統(tǒng)、自動(dòng)化原件和機(jī)器的信息融入到虛擬網(wǎng)絡(luò)——實(shí)體物理系統(tǒng)（CPS）中，并利用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為企業(yè)服務(wù)，其本質(zhì)即為“融合”。在制造系統(tǒng)中，工廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳感和控制層的數(shù)據(jù)與企業(yè)信息系統(tǒng)融合，并傳到云端進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，形成決策并反過(guò)來(lái)指導(dǎo)、協(xié)同企業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)。

        通過(guò)工業(yè)4.0可以建立一種人——技術(shù)互動(dòng)的嶄新模式，即機(jī)器適應(yīng)人的需求。具有多通道用戶界面的智能工業(yè)輔助系統(tǒng)，能將數(shù)字和模擬環(huán)境直接搬到生產(chǎn)車間。而未來(lái)工廠也將從局部的機(jī)器智能（如機(jī)器人）發(fā)展到全廠智能。屆時(shí)，嵌入式制造系統(tǒng)在工廠和企業(yè)之間的業(yè)務(wù)流程上實(shí)現(xiàn)縱向網(wǎng)絡(luò)連接，在分散的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)橫向連接，并可進(jìn)行實(shí)時(shí)管理——從下訂單開始，直到外運(yùn)物流。這一理念將零散的信息、通訊、虛擬等技術(shù)整合，通過(guò)數(shù)據(jù)可視化和共享互聯(lián)，打通企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)與客戶管理、供應(yīng)鏈和能耗管理等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從底層控制級(jí)、中層產(chǎn)線級(jí)，到上層企業(yè)級(jí)的整體優(yōu)化，最終幫助制造業(yè)實(shí)現(xiàn)更短的上市時(shí)間、更高的生產(chǎn)靈活性和資產(chǎn)利用率、更低的擁有成本和更可控的企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

       工業(yè)4.0的基礎(chǔ)是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化。與此相應(yīng)的是，工業(yè)4.0時(shí)代的工業(yè)自動(dòng)化，將在原有自動(dòng)化技術(shù)和架構(gòu)下，實(shí)現(xiàn)集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，讓設(shè)備從傳感器到因特網(wǎng)的通訊能夠無(wú)縫對(duì)接，從而建立一個(gè)高度靈活的、個(gè)性化和數(shù)字化、融合了產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式下，生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)可通過(guò)自我診斷、自我修正和各種功能軟件讓設(shè)備更加智能，以更好地輔助工人完成生產(chǎn)。因此要求自動(dòng)化設(shè)備的通訊功能和集成能力更強(qiáng)，而自動(dòng)化軟件則需具備更強(qiáng)大的分析處理及與企業(yè)其他軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享能力。

       在自動(dòng)化層面，統(tǒng)一的控制平臺(tái)，順暢的通訊網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)。而要實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0，自動(dòng)化在四個(gè)層面上將進(jìn)一步拓展：

• 自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部的橫向連接。通過(guò)全集成自動(dòng)化、集成架構(gòu)等統(tǒng)一平臺(tái)將控制、驅(qū)動(dòng)、低壓配電等系統(tǒng)深度集成，在單一的編程環(huán)境中為可擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)和機(jī)器控制提供集成的平臺(tái)。這種集成可減少需要儲(chǔ)存的備件數(shù)量，而控制平臺(tái)的開放性則可確保與第三方組件輕松集成。此外，在每臺(tái)機(jī)器上使用的可視化及信息軟件需實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化處理方式。

• 與下層現(xiàn)場(chǎng)傳感和數(shù)據(jù)采集層及上層企業(yè)管理系統(tǒng)的縱向連接。從機(jī)器運(yùn)行和能源使用到變量處理和材料使用，在生產(chǎn)過(guò)程的每個(gè)環(huán)節(jié)中，控制器、傳感器及其它設(shè)備均會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。來(lái)自生產(chǎn)車間的數(shù)據(jù)在幾年之內(nèi)就會(huì)在數(shù)量上超過(guò)公司產(chǎn)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。即便是現(xiàn)在，也有大量的此類數(shù)據(jù)正在通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的PLC進(jìn)行分析。當(dāng)務(wù)之急乃是將所有來(lái)自各工廠運(yùn)行系統(tǒng)不斷劇增的數(shù)據(jù)與來(lái)自業(yè)務(wù)應(yīng)用的信息相結(jié)合，從而打造運(yùn)營(yíng)智能，尤其是遠(yuǎn)程維護(hù)解決方案和基于云技術(shù)的服務(wù)，以應(yīng)對(duì)持續(xù)增加的圍繞數(shù)據(jù)分析的服務(wù)需求。如遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以對(duì)個(gè)別部件的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析或?qū)φ麄€(gè)驅(qū)動(dòng)鏈實(shí)施在線連續(xù)監(jiān)測(cè)。

• 基于開放標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一協(xié)議的通訊網(wǎng)絡(luò)。若要充分利用智能化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，需要借助統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，來(lái)實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)所有設(shè)備（包括企業(yè)級(jí)設(shè)備）彼此之間的相互通信。未來(lái)，網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備將得到更廣泛的利用。獨(dú)立IP的應(yīng)用可以使產(chǎn)品和設(shè)備具備可識(shí)別的獨(dú)立身份、便于追蹤、定位和監(jiān)測(cè)。此外，標(biāo)準(zhǔn)通訊可使更多的數(shù)字設(shè)備融入生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)，如攝像機(jī)、RFID讀卡器、數(shù)字平板、安全磁卡等，以提高生產(chǎn)管理的精細(xì)化。

• 移動(dòng)技術(shù)和虛擬化。目前在平板電腦或智能手機(jī)上訪問(wèn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，信息和工廠員工已能夠?qū)崿F(xiàn)“移動(dòng)”并隨時(shí)隨地訪問(wèn)應(yīng)用程序。未來(lái)，很多情況下需要使用云技術(shù)處理和存儲(chǔ)來(lái)自各地的數(shù)據(jù)，又要在各地實(shí)時(shí)地使用這些數(shù)據(jù)。移動(dòng)技術(shù)讓人變得機(jī)動(dòng)靈活。人們可以隨時(shí)隨地與任何相關(guān)人事聯(lián)系，可以與全球同事交流分享經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、解決業(yè)務(wù)問(wèn)題。不管技術(shù)專家身在何處，呼叫中心代表都可以實(shí)時(shí)向其咨詢問(wèn)題，而專家本人也可以隨地訪問(wèn)世界上任意地點(diǎn)的設(shè)備服務(wù)歷史以及其它裝置的歷史，還能夠核對(duì)工廠更新和其它咨詢。例如，很多油井地處分散的偏遠(yuǎn)地區(qū)，過(guò)去，技術(shù)人員需要奔波于各個(gè)油井之間將數(shù)據(jù)下載到閃存卡中，而現(xiàn)在則可以直接從云端下載數(shù)據(jù)，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)備和過(guò)程。他們可以實(shí)時(shí)生成報(bào)告，而不是按天或者按周。

       虛擬化可以降低對(duì)物理服務(wù)器和其它硬件的依賴性，同時(shí)節(jié)約工廠的能源成本。虛擬化技術(shù)還可以改善機(jī)器的可靠性，打造低成本高可用性的備份解決方案，同時(shí)允許操作系統(tǒng)的多個(gè)實(shí)例在單一硬件上運(yùn)行。最新的DCS系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用虛擬化服務(wù)器實(shí)現(xiàn)更快的處理速度及降低生命周期成本。

       現(xiàn)階段，每一項(xiàng)自動(dòng)化技術(shù)都已投入使用，但大部分公司至今仍在單一地使用其中某一項(xiàng)技術(shù)。一旦公司理念趨于成熟，開始接受這些新技術(shù)，就能夠出現(xiàn)同時(shí)應(yīng)用所有這些技術(shù)的局面。目前，控制層面，最新的PLC、變頻等產(chǎn)品都有標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通訊接口，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)采集和聯(lián)網(wǎng)傳輸即可實(shí)現(xiàn)診斷等智能功能；信息層面，各種數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、制造運(yùn)行管理系統(tǒng)（MOM）、產(chǎn)品生命周期管理軟件（PLM）等，同企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）解決方案連接起來(lái)，則實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到信息的轉(zhuǎn)換、輔助商業(yè)決策；分析運(yùn)營(yíng)層面：現(xiàn)有的云平臺(tái)也具備了遠(yuǎn)程分析優(yōu)化的基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)；安全層面：業(yè)界主流廠商都已與信息安全企業(yè)合作推出了實(shí)際方案。而未來(lái)的挑戰(zhàn)主要在于需要在生產(chǎn)工程、機(jī)械工程、工藝工程、自動(dòng)化工程、IT和互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域建立起一個(gè)共同認(rèn)可的問(wèn)題處理方式和標(biāo)準(zhǔn)。