工业4.0如何走到中国

工业4.0是如何走到中国的在德国“工业4.0”的概念提出之后，德国将工业4.0视为生产重回欧洲的重大机遇，希望借助工业4.0，牢牢掌控对全球智能制造业的话语权。

目前在中国也炒的很热，各方面都在解读工业4.0的战略意图及内容，或者在谈和两化融合发展理念、路径、目标的一致性。

工业4.0战略的核心内容是什么？前段时间看到工业和信息化部电子信息司副司长安筱鹏的一篇文章“工业4.0——为什么？是什么？如何看？怎么干？”个人认为这篇文章非常全面的解释了工业4.0的内容。

当然，“工业4.0”不同的人从不同的维度来解读的话，会有不同的理解，它涉及到国家战略、产业战略、企业发展等不同的层面。

就从企业的层面去研究，我们看看企业层面实现工业4.0该怎么做，怎么走，有没有路线图？这里把工业4.0战略要点概括为：一个网络、两大主题、三项集成、八项计划以及大数据分析。

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，我国也推出了“中国制造2025”战略，在国家战略需求的驱动下，中国对于制造大国向制造强国的迈进之路也陡然提速，这将对中国制造转型升级打通主动脉。

就企业层面来说中国版工业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与SOA的关系？忽悠？质疑？——这可能会是大家看到这个题目的第一感觉，这两个风牛马不相及的名词怎么会有联系呢？本人从事制造业信息化建设工作二十多年，经历了制造业信息化的各个阶段，近几年研究实践SOA架构在制造企业信息化建设中的落地，有一定的经验和总结，同时，近期也随大潮解读了工业4.0战略内容，发现工业4.0战略目标中需要实现的CPS信息物理系统、三项集成与我们从事SOA实践的一些实际应用案例及思想有异曲同工之处，SOA不仅和工业4.0有关系，而且不失为工业4.0目标实现的一种最佳技术手段。

我们知道很多企业处在工业2.0、工业3.0、工业4.0并存的状态，有老式的非智能的生产设备，也有最先进的智能化设备在同时使用，我们不能一下子把老式的设备都淘汰掉，这样如何实现工业4.0提出的智能化工厂呢？我们需要在老设备进行技术改造，保留其基础加工能力，加装传感器、PLC控制器、RFID等，这样就能把老式设备改造成一个加工服务单元，集成到信息网络中，与智能的新设备一起提供一个组合式的服务，各种设备之间的服务相互连接和协作，并与管理信息网络互通，从而形成一个智能化的生产线、智能化的工厂，这就是SOA思想在工业4.0中的体现，这样两者之间就有关系了啊。

SOA是一个比较老的词了，出现了十几年，是面向服务的架构的简称，是一种技术方法，SOA思想的核心点就是：组件化、标准化、碎片化、服务化，以组件以及组件之间的组合提供细粒度及粗粒度的服务，从而灵活的满足各种应用需求，又不失原有的整体性。

工业4.0是什么？每个人站在不同的角度会有不同的理解，是互联、集成(纵向、横向、端到端)、数据、创新、服务、转型或是CPS、是智能工厂、是智能制造亦或是国家战略、企业目标。

工业4.0核心内容就是建一个网络、三项集成、大数据分析、八项计划和研究两个主题。

建一个网络：信息物理网络系统（CPS）CPS是英文CyberPhysical System的缩写，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。

a) CPS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。

b) CPS将提供全面、快捷、安全可靠的服务和应用业务流程，c) 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。

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

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。

CPS 网络模型是一个理想的参考架构，在CPS网络模型中并没有给出怎么解决异构系统及设备间的连通性问题的技术实现方法和路径，我们都知道，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CPS网络的参考架构，力图实现“连接一切”的目标。

下面我们参考一下SOA架构下的ESB企业服务总线架构模型，看看能不能满足CPS的要求。

我认为，这就是一个CPS网络系统的模型，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CPS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。

三个集成工业4.0中的三项集成包括：横向集成、纵向集成与端对端的集成。

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CPS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，从而实现横向、纵向和端对端的高度集成，集成是实现工业4.0的重点也是难点。

【纵向集成】纵向集成不是一个新话题，企业信息化发展经历了部门需求、单体应用到协同应用的一个历程，伴随着信息技术与工业融合发展常讲常新，换句话说，企业信息化在各个部门发展阶段的里程碑，就是企业内部信息流、资金流和物流的集成，是在哪一个层次、哪一个环节、哪一个水平上的集成，是生产环节上的集成（如研发设计内部信息集成），还是跨环节的集成（如研发设计与制造环节的集成），还是产品全生命周期的（如产品研发、设计、计划、工艺到生产、服务的全生命周期的信息集成）。

简单点说，纵向集成就是解决企业内部信息孤岛的集成，工业4.0所要追求的就是在企业内部实现所有环节信息无缝链接，这是所有智能化的基础。

纵向集成主要解决企业内部的集成，即解决信息孤岛的问题，解决信息网络与物理设备之间的联通问题。

【横向集成】横向集成是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合，是为了实现各企业间的无缝合作，提供实时产品与服务。

在市场竞争牵引和信息技术创新驱动下，每一个企业都是在追求生产过中的信息流、资金流、物流无缝链接与有机协同，在过去这一目标主要集中在企业内部，但现在远远不够了，企业要实现新的目标：从企业内部的信息集成向产业链信息集成，从企业内部协同研发体系到企业间的研发网络，从企业内部的供应链管理与企业间的协同供应链管理，从企业内部的价值链重构向企业间的价值链重构。

横向集成是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合，为实现各企业间的无缝合作，提供实时产品与服务，推动企业间研产供销、经营管理与生产控制、业务与财务全流程的无缝衔接和综合集成，实现产品开发、生产制造、经营管理等在不同的企业间的信息共享和业务协同。

横向集成主要实现企业与企业之间、企业与售出产品之间（如车联网）的协同，将企业内部的业务信息向企业以外的供应商、经销商、用户进行延伸，实现人与人、人与系统、人与设备之间的集成，从而形成一个智能的虚拟企业网络。

制造业普遍存在的工程变更协同流程就是这样一个典型的横向集成应用场景。

【端到端的集成】端对端集成是指贯穿整个价值链的工程化数字集成，是在所有终端数字化的前提下实现的基于价值链与不同公司之间的一种整合，这将最大限度地实现个性化定制，从某种意义上来讲，端到端的集成是一个新理念，各界对于端到端集成有不同的理解。

什么是端到端？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都是整个CPS信息物理网络需要连接的端头（点）。