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论工业互联网与智能制造的发展方向及前景

信息化的三种优化角度

  其实,利用计算和通讯技术,优化生产操作和流程,如果从数字化控制开始算,也有了四、五十年的时间了,而对生产的业务管理的数字化,也有三十年左右的历史了。工业互联网可以看作制造业数字化或信息化发展过程的一个新的阶段。

  粗略地看,我们可以把目前通过信息化对制造业进行优化的过程分为三个方面:

  1、对制造流程数字化的完善和深化,主要的流程包括以企业资源计划 (ERP)为首的业务管理流程以及产品生命周期管理(PLM)这两个流程。

  2、利用工业互联网技术,实现或扩大对生产设备和产品的连接,无论是在生产过程,或是在物流过程,还是在产品的使用过程,收集数据,通过工业数据分析,进一步优化制造业的生产和运营。

  3、信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)的发展,把计算和通讯技术,在最小的单元组件中,与物理感应和效应深度地融合在一起,实现虚拟与物理空间交互映射,将计算、通信、和控制融为一体,为设备自动化控制提供了崭新的能力。

  这三个方面的发展是相互关联,并相互支持与推动的。

  智能制造中的信息物理系统(CPS)

  我们谈物理世界和数字世界的融合,就是要把通讯和计算技术深入地与物理实体融合,例如将马达、阀门这样一些基本的零件单元,与物理感应和效应有机地结合在一起,构成信息物理系统(CPS, Cyber-Physical System),为这些系统提供柔性化的能力,通过软件的迭代发展,不断地改善和增强功能和性能。(可参见工信部信软司指导发布的《CPS白皮书》)

  国工业4.0在这方面作了深入的工作 ,非常值得关注。工业4.0为这样一个信息物理系统单元,也就是工业4.0组件,制定了通用的架构和界面,也就是RAMI4.0所定义的管理壳(Administration Shell)。

  每个组件都有全球唯一的身份, 通过这个标准界面,可以唯一性地被辨认和访问。每个组件的属性不管是其功能和性能的规格,配置、控制和状态参数等都用一个统一的数据模型(manifest)表达。对每个组件的交互也通过一个统一的服务界面(component manager)进行。不管是一个CPS单元组件,还是一个装备、一条生产线,甚至一个工厂,都可以通过这样一个统一的界面来定义和交互。

  显然,一台大的设备可以由一系列CPS单元组件构成,这些组件通过物理和数字界面双面交互,协同完成整机的功能。