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赛迪智库:构建智能制造系统参考架构的几点思考

当前,世界主要发达工业化国家已将智能制造作为抢占新一轮竞争制高点的焦点,相继确立了各自的智能制造系统参考架构,命名略有不同,如美国正在起草的工业互联网通用参考架构,德国提出的工业 4.0 系统参考架构。
发布时间:2015-07-07 10:32        来源:中国经济时报        作者:王松

【赛迪网讯】当前,世界主要发达工业化国家已将智能制造作为抢占新一轮竞争制高点的焦点,相继确立了各自的智能制造系统参考架构,命名略有不同,如美国正在起草的工业互联网通用参考架构,德国提出的工业 4.0 系统参考架构。目前,我国还没有明确提出相关架构,但智能制造已经被确立为推进两化深度融合的主攻方向,在这一趋势下,建立智能制造系统参考架构,尽早确定系统内要素间的关系,对于科学、有序地推进智能制造尤为重要。

一、构建智能制造系统参考架构是大势所趋

构建参考架构是发展智能制造的基础。智能制造系统参考架构是对智能制造内的要素及要素间关系的一种映射,是智能制造的抽象模式。该架构作为基础标准用于指导智能制造单元、智能化生产线、车间、工厂的总体架构设计。从美国和德国的实践来看,智能制造系统参考架构另一项重要功用是可作为智能制造相关标准的需求分析依据,推进智能制造综合标准化工作,加速智能制造综合标准体系的建设。

发达国家正有序推进参考架构的建设。智能制造最早由美国于20世纪80年代末提出,系统参考架构的建设也同期开展,目前尚未形成全球公认的参考架构。就建设情况来看,美国、德国较为领先。美国智能制造参考架构——工业互联网参考架构。

2014年3月,通用电气、IBM、思科、英特尔和 AT&T 五家企业发起成立了工业互联网联盟(IIC),现有成员企业 140余家,联盟下设指导委员会和工作委员会,指导委员会负责日常管理,工作委员会共有 18个,聚焦在技术、安全、试验平台、市场营销、会员和法律领域,职责是协调降低应用工业互联网的障碍,加速工业互联网技术的应用。联盟已开始起草工业互联网参考架构,定义工业物联网的功能区域、技术以及标准,用于指导工业互联网相关标准的制订,以打破技术壁垒,实现不同厂商设备之间的数据共享,实现云计算系统、计算机、网络、仪表、传感器等不同类型的物理实体互联,加快物理世界和数字世界的融合,提升工业产业链的效率。德国智能制造系统参考架构——工业4.0系统参考架构。 2013年9月,由德国机械设备制造业联合会、德国电气和电子工业联合会、德国信息通信与新媒体协会、以及西门子、 SAP等企业共同建立的工业 4.0平台,发布了《实施“工业 4.0”攻略的建议》,提出为工业 4.0 相关技术系统的构建、开发、集成和运行提供一个框架,给出侧重点为横向集成价值网络的CPS平台参考架构;并提出标准化机构要根据该架构对相关技术进行说明或规定,形成统一的标准并实施,以克服信息技术和制造技术因原理、接口和数据结构等不同而产生的融合困难。2013年 12月,德国电气电子和信息技术协会参考《实施“工业4.0”攻略的建议》制订了《德国“工业4.0”标准化路线图》,提出的首要目标是制订全局性的工业4.0系统参考架构,该架构包括前述的CPS平台参考架构,为工业 4.0 的标准化工作提供基础,推动将工业4.0背景下出现的新概念纳入到国际标准中。

我国急需制订智能制造系统参考架构。2014年12月,工业和信息化部成立了智能制造综合标准化工作组,着手构建智能制造综合标准体系,其中的一项基础工作是建设智能制造系统参考架构,目前相关工作正在稳步推进中。

二、构建智能制造系统参考架构的关键点

要基于制造企业功能层次模型进行构建。 智能制造要建成智能化的制造网络,该网络上的关键节点是智能化的制造企业,制订智能制造系统参考架构时,要充分体现制造企业的层次功能。国际标准化组织(ISO)和国际电工协会(IEC)联合制订的IEC62264《企业控制系统集成》标准提出了制造企业功能层次模型,该标准将制造企业的功能分为 5 个层次:第0 层是物理加工层;第 1 层是生产过程感知和操控层;第 2层是生产过程的监测和控制层;第 3层是制造执行控制层;第 4层是业务计划和物流管理层。智能制造系统参考架构应以该功能层次模型为基础,结合智能制造发展的趋势与需求进行设计,以产品全生命周期管理为主线,使不同的企业间实现互联和集成,建立智能化的制造业价值网络,形成具有高度灵活性和持续演进优化特征的智能制造体系。

需要核心企业的积极参与。 核心企业的积极参与可以带动产业链上各环节企业,是保证参考架构具有引领性和全面协调性的基础,美国工业互联网参考架构和德国工业 4.0参考架构的制订均有自动化、软件、互联网等领域知名企业的参与。一般是前期在核心企业的积极推动下成立相应的联盟、平台,建立专业工作组,启动参考架构的制订工作,制订工作具有开放性的特点,通过核心企业的带动,相关领域的企业可以申请加入联盟或平台,参与专业工作组架构的制订,开放性的工作机制为参考架构的全面性和市场性提供了保障。

三、我国构建智能制造系统参考架构的几点思考

参考架构适宜分层结构进行构建。制造业的智能制造系统是由不同企业共同构成的制造网络,企业通过网络和云应用实现相互链接和深度协同。单个企业的智能制造系统构成是由企业计算与数据中心、企业管控与支撑系统、实现产品全生命周期管理集成的各类工具共同构成。结合 IEC62264《企业控制系统集成》标准,我国可以将智能制造系统分为六层,第 0层是生产基础自动化系统层,第1层是生产执行系统层,第2层是产品全生命周期管理系统层,第3层是企业管控与支撑系统层,第4层是企业计算与数据中心(私有云)层,第5层是由网络和云应用为基础构成的整个制造业的制造网络层。

鼓励核心企业积极参与参考架构的制订和开展智能制造试点示范。在智能制造综合标准化工作组的框架下,可以成立智能制造系统参考架构制订项目组,启动参考架构的制订工作,并引导装备制造、软件、互联网等行业相关核心企业参与。加快推进智能制造试点示范专项行动,可以在流程制造、离散制造领域选择核心企业,实施智能企业(工厂)试点示范,总结试点示范的经验,实现对参考架构的及时修正,为智能制造提供更加适用的开发、集成和运行的框架,同时,为标准体系建设提供进一步细化的标准需求依据。

加强国际交流与合作。优先在中德标准化合作委员会的框架下,开展中德双方的参考架构制订、相关标准制订的信息交流和经验交流,加强两国在国际标准化组织中制订智能制造相关标准的合作。就智能制造系统参考架构的搭建,智能制造综合标准化工作组也要加强与美国工业互联网联盟等组织的交流合作。

(作者单位:工业和信息化部赛迪智库)

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