5.1 标准化和开放标准的一个参考体系

猿小六 发布于 2020年07月26日 58点热度 0人点赞 0条评论

如果工业 4.0 是为了通过价值网络(见第 3 章),使公司间联网和集成,需要制定相应的标准。标准化工作将需要把重点放在规定的合作机制和信息交换。完整的技术说明和这些规定的执行,被称为参考体系。

因此,参考体系是一个通用模型,适用于所有合作伙伴公司的产品和服务。它提供了工业 4.0 相关的技术系统的构建、开发、集成和运行的一个框架。它构建了软件的应用程序和服务架构(参见图 9)。

由于工业 4.0 的价值网络包括几个非常不同的业务模型的公司,参考体系的作用是将这些不同的方法统一到到一个单一的、共同的方法。这将需要合作伙伴们基本结构原理、接口和数据等方面达成一致意见。

图 9 互联网服务与物联网连接的参考体系

图 10 工业 4.0 参考体系中不同视角的示例

制造业系统的示例中提出了一些不同的方面,需要被集成到一个参考体系中(参照图 10):

  • 从制过程中的加工和运输功能的角度来看
  • 从制造系统中特定的网络设备(智能)的角度来看,如自动化设备、现场设备、现场总线、可编程逻辑控制器、操作装置、移动设备、服务器、工作站、网络接入设备等
  • 从制造环境中软件应用的角度看,如数据采集传感器、顺序控制、连续控制、环环相扣、运行数据、机床数据、处理数据、归档、趋势分析、规划和优化功能等;
  • 由一个或多个企业使用的软件应用程序,如业务规划和管理、公司间的物流或配套价值网络,包括与制造业环境相关的接口和集成。
  • 制造系统的工程视角(产品生命周期管理/ PLM)。例如,这可能涉及使用数据衍生制造过程中所需的资源(诸如机械和人力资源)。随后,它将有可能在机械、电气和自动化技术性能方面优化机器,面向制造系统设置和联机的需要,同时也考虑到操作和维护。

挑战

第一个挑战是使得在下列领域中,把目前业已存在的处理问题的不同方式集中起来,并建立起一个共同认可的方式。

  • 生产工程、机械工程、工艺工程
  • 自动化工程
  • IT 和互联网

由于工业 4.0 将需要公司之间在机械和设备制造、自动化工程和软件业之间进行合作,第一步是要在共同基本术语上达成一致。

尽管一些既定的标准已经在各种技术学科、专业协会和工作组中使用,但是缺乏对于这些标准的协调。因此,有必要将现有标准,如在自动化领域(工业通信、工程、建模、IT 安全、设备集成、数字化工厂等)纳入一个新的全球参考体系。

参考体系不能以自上而下的方式发展,因为它需要整合几个不同的视角,而自上而下的方法通常会花费太长的时间。因此, 从不同的出发点推动参考体系渐进性地发展更合乎情理。在这方面,这将是必要的策略,将目前经常发生在地区情况基础上的特定项目,逐步转换成在一个国际标准下加以实施。重要的是这样做,能确保接口保持技术稳定,使用多年,以保持安装基础的价值。

在互联网上,标准化的方法是基于目前机械和设备制造业常态下的不同范式,例如

  • 开放的作业系统:例如 Linux 公司,一个由 100 多个国家的超过 2000 名的企业、研究机构和个人创业组合到一起的企业, 发展和维护成世界上最成功的操作系统之一。
  • 开放式开发工具:一个包括超过 1500 名开发人员和以百万计的用户参与软件开发的行业,为要求苛刻的应用程序建模。
  • 开放式通信基础设施:“征求意见稿”是由成立于 1969 年 7月 4 日的互联网协会出版的技术和组织文件。它们被广泛接受和使用,从而被转化为事实上的标准。著名的例子包括因特网协议和电子邮件协议。

这些范例使标准化工作进展更为迅速。

最后,对参考体系建立信任是很重要的。特别重要的是知道如何保护(见第 5.7 章)。确保参考体系的预定用户以适当方式全方位地参与早期的设计,也很关键。

建议采取的行动

工业 4.0 工作组建议在工业 4.0 平台下成立一个工作组,专门处理标准化和参考体系的问题。工作小组的职权范围将包括以下任务:

  • 建立对目标、利益、潜力和风险、可能的内容和实施策略的共同理解,以便建立互信,从而支持联合执行措施。专业协会应带头实施建立互信措施。
  • 瞄准关键术语和后续生产制定通用的“工业 4.0词汇表”。此外,应该对以下方面与工业 4.0 具体内容有关的问题给予详细关注。
  • 模型共性 (底层的核心模型,参考模型,架构设计)
  • 工业 4.0服务架构标准
  • 一个超自动化水平的程序和功能的描述标准
  • 术语标准和使用本体
  • 对自治和自组织系统的了解,包括它们的策划、运作和安全
  • 特性维护和系统结构描述
  • 改变现有的架构方法
  • 制定自下而上的地图,概述目前存在的标准化机构。现存的“自动化参考架构”方法和实例,将标示在地图上。在当前工业 4.0 和识别集群主题尚未覆盖的背景下,这可以作为评估不同的主题进一步发展和迁移的基础。
  • 考虑到成本效益和时间的限制,开始生产工作依据自上而下的路线图。应该采取一种全面的方法,在标准化和个性化之间实现合理的平衡。结构应该公开和透明,所有的利益相关者应该参与到标准的开发和应用。许可模式也应得到解决。
  • “工业 0 社区”发展的成员来自几个不同的公司,对参考体系的技术实施负有责任,能使其运行起来,并保持长期维护。这将需要选择一个合适的许可模式和合适的社区进程。
  • 由其它任务组成的工作组,任务包括协调、建议、评估、沟通和激励。

工作组还建议建立适当的旗舰项目,以展示成功开发和部署的参考体系。图 11 提供了一个可能的参考架构,专注于横向集成价值网络。

参考体系的其他主题包括终端到终端工程产品及其相关的制造系统或管理和控制制造工艺的高动态技术的实时进程通信。