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3.2　工業(yè)4.0時(shí)代信息化集成系統(tǒng)應(yīng)用需求

工業(yè)信息化集成系統(tǒng)應(yīng)用需求相關(guān)問題，實(shí)質(zhì)上主要解決用戶需求規(guī)格書（URS），和軟件需求規(guī)格書（SRS）的編制。隨著新工業(yè)革命的深入發(fā)展，工業(yè)4.0時(shí)代信息化集成系統(tǒng)應(yīng)用需求會隨著技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，會出現(xiàn)前所未有的新要求。

3.2.1　關(guān)于信息化集成系統(tǒng)的規(guī)劃

工業(yè)企業(yè)構(gòu)建信息化集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩化融合，走工業(yè)4.0道路，對于大型企業(yè)而言首先要做企業(yè)信息化規(guī)劃（在新的背景下應(yīng)該是做企業(yè)信息化集成的規(guī)劃。）國內(nèi)目前的做法是找國際大企業(yè)咨詢管理公司做信息化規(guī)劃，其中存在諸多問題，擇其一二加以剖析。

（1）信息化系統(tǒng)是以本地管理經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，還是由信息化公司進(jìn)行流程再造而做成？一般企業(yè)咨詢管理公司做信息化規(guī)劃都提出要求，要企業(yè)進(jìn)行所謂管理流程再造，只有按照他們要求的管理流程來管理他們的目標(biāo)企業(yè)，才可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化的目標(biāo)。但是，往往企業(yè)在本土經(jīng)營了數(shù)年甚至數(shù)十年，已經(jīng)形成了一整套成功的管理經(jīng)驗(yàn)，按照這些經(jīng)驗(yàn)，企業(yè)取得了卓有成效的業(yè)績。在做信息化規(guī)劃時(shí)，應(yīng)以這些成功的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，引入咨詢公司的現(xiàn)代管理理念做出規(guī)劃。不應(yīng)采用“天上掉下來”的某方案，或是規(guī)劃師“頭腦里固有”的某方案為基礎(chǔ)。有些信息化咨詢公司的一些初出茅廬的規(guī)劃師，初到一個(gè)企業(yè)就大講流程再造，不能深入企業(yè)的業(yè)務(wù)流程中調(diào)查研究，進(jìn)行科學(xué)的應(yīng)用需求分析，這樣的工作方式是搞不好信息化規(guī)劃的。正確的流程優(yōu)化是從哪里來的？是從生產(chǎn)實(shí)踐中，對已有成功經(jīng)驗(yàn)的分析、繼承和發(fā)揚(yáng)中得出；是從別人先進(jìn)的、成功的經(jīng)驗(yàn)中汲取那些適合本地情況的內(nèi)涵得到的。

（2）信息化規(guī)劃必須對制造控制系統(tǒng)改造做出適應(yīng)工業(yè)4.0要求的規(guī)劃

工業(yè)信息化集成系統(tǒng)的規(guī)劃必須正確地確定所構(gòu)建的信息化系統(tǒng)在企業(yè)經(jīng)營管理活動中的位置。信息化系統(tǒng)是企業(yè)系統(tǒng)，是頂層設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)智能化的核心，規(guī)劃應(yīng)將此作為重點(diǎn)。但是，在規(guī)劃中，也要將底層的制造控制系統(tǒng)的規(guī)劃做好。特別普遍的是企業(yè)的控制系統(tǒng)已經(jīng)建成，信息化規(guī)劃對基礎(chǔ)制造系統(tǒng)的改造也是重要方面。當(dāng)下，工業(yè)企業(yè)信息化規(guī)劃應(yīng)對企業(yè)的控制（制造）系統(tǒng)向智能制造、智能生產(chǎn)線、智能工廠和智能產(chǎn)品目標(biāo)發(fā)展做出規(guī)劃。顯然這對管理咨詢公司包括那些國際大公司都是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。信息化集成系統(tǒng)的規(guī)劃涉及到了更多的底層系統(tǒng)的改造，涉及到控制系統(tǒng)向更高的智能化要求進(jìn)步，這部分內(nèi)容將成為規(guī)劃所不可或缺的重要內(nèi)容。

（3）信息化集成系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)要注意如何為各底層單元實(shí)體服務(wù)

傳統(tǒng)的信息化規(guī)劃存在較大問題是信息化層對底層實(shí)體單元響應(yīng)的要求較弱。信息化系統(tǒng)在上層是如何響應(yīng)一個(gè)底層的報(bào)警？許多信息化規(guī)劃中缺少對這樣一個(gè)基本問題的設(shè)計(jì)。工程實(shí)踐中，底層報(bào)警可以觸發(fā)一個(gè)模式控制或預(yù)案執(zhí)行。

信息化規(guī)劃也往往缺少對各級管理終端的明晰的功能要求。信息化集成系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)加強(qiáng)信息化層對自動化控制層的鏈接。應(yīng)有更多的關(guān)于底層系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化，實(shí)現(xiàn)更多的智能功能的規(guī)劃。

3.2.2　企業(yè)信息化和制造自動化智能化的用戶需求

工業(yè)信息化集成系統(tǒng)的用戶需求規(guī)范（URS）要反映企業(yè)信息化和制造自動化智能化的用戶需求，用戶需求根本上要反映用戶發(fā)展戰(zhàn)略和機(jī)構(gòu)運(yùn)行策略所必需的現(xiàn)實(shí)和潛在的期望。

在工業(yè)4.0時(shí)代，信息化集成系統(tǒng)用戶需求必須加強(qiáng)對自動化制造系統(tǒng)的需求分析并增加自動化系統(tǒng)的用戶新需求。必須清楚：多數(shù)工業(yè)自動化應(yīng)用一般由若干類型的執(zhí)行各種不同功能的互連的設(shè)備組成。這些互連的設(shè)備作為主要關(guān)節(jié)點(diǎn)，完成在控制系統(tǒng)與過程裝置、物料、人員及環(huán)境之間的數(shù)據(jù)采集和傳輸。一個(gè)工業(yè)自動化應(yīng)用系統(tǒng)可以看作是由若干工業(yè)自動化子系統(tǒng)和其他應(yīng)用子系統(tǒng)包括過程裝置、機(jī)床、配電、物流等組成的。當(dāng)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)被完全詳細(xì)描述后，該體系結(jié)構(gòu)的各組成部分可以用一組通用于同一工業(yè)或幾個(gè)工業(yè)的供應(yīng)鏈中各種不同應(yīng)用的子系統(tǒng)類型來進(jìn)行形式化描述。這種對底層系統(tǒng)的描述成為用戶需求分析的基礎(chǔ)。在智能工廠里，控制系統(tǒng)與過程裝置、物料、人員及環(huán)境之間的信息交互是前所未有的。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)，各類實(shí)用的APP會使用戶產(chǎn)生一系列的對系統(tǒng)的要求，這些應(yīng)用需求將對系統(tǒng)建設(shè)產(chǎn)生極大的影響。

工業(yè)4.0時(shí)代，由于采用了縱向集成和網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)）化制造以及跨越工業(yè)企業(yè)整個(gè)價(jià)值鏈的工程過程的各階段（設(shè)計(jì)和開發(fā)、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)工程、產(chǎn)品和服務(wù)）的端到端的數(shù)字信息集成。對用戶需求的分析提出了高要求：

（1）工業(yè)4.0定制化生產(chǎn)與個(gè)性化生產(chǎn)的生產(chǎn)總目標(biāo)使得信息化集成系統(tǒng)的用戶要求和系統(tǒng)要求發(fā)生了較大變化。通過系統(tǒng)集成構(gòu)建起來的信息化集成系統(tǒng)只有滿足動態(tài)配置生產(chǎn)方式對生產(chǎn)過程產(chǎn)生的要求，才能實(shí)現(xiàn)定制化與個(gè)性化生產(chǎn)。

（2）新工業(yè)革命中，四個(gè)智能化產(chǎn)生了一系列新的用戶要求和系統(tǒng)要求，應(yīng)該從工業(yè)4.0的示范企業(yè)的實(shí)踐中總結(jié)這方面的經(jīng)驗(yàn)與方法。這是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)從工業(yè)3.0向工業(yè)4.0過度要解決的首要問題。四個(gè)智能化將使信息化集成系統(tǒng)的URS徹底變化，急待對此深入研究，從對示范企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)分析中，從國外成功經(jīng)驗(yàn)分析中建立起URS開發(fā)方法來。

（3）工業(yè)4.0時(shí)代，要實(shí)現(xiàn)好而不廉價(jià)（Better not cheap）的商業(yè)模式要求。由于工業(yè)產(chǎn)品成為智能產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量空前提高，產(chǎn)品所攜帶的它自身生產(chǎn)過程的全部信息增加了它的內(nèi)在價(jià)值。智能產(chǎn)品將會對用戶需求產(chǎn)生重大影響，直接要求制定詳細(xì)的需求規(guī)范。同時(shí)，用戶需求也直接影響到產(chǎn)品動態(tài)生產(chǎn)的路徑。

（4）工業(yè)4.0時(shí)代，用戶的個(gè)性化需求直接進(jìn)入智能制造過程，URS中關(guān)于產(chǎn)品品質(zhì)、性能、質(zhì)量度量和數(shù)量等要求通過接口可能直接進(jìn)入應(yīng)用程序。所以，在新工業(yè)革命中，URS處于更為關(guān)鍵的位置。也就是當(dāng)下的URS的一些要求會直接進(jìn)入智能生產(chǎn)線的某些設(shè)定值入口從而支持動態(tài)配置生產(chǎn)模式。這種情況下，URS會用諸如XML文檔來表達(dá)。

3.2.3　企業(yè)信息化集成系統(tǒng)軟件工程需求

工業(yè)4.0時(shí)代，軟件需求應(yīng)有新的變化與要求。首先，工業(yè)4.0的核心技術(shù)是CPS系統(tǒng)。工業(yè)4.0的CPS中，無論是Cyber，還是Physical都發(fā)揮到了極致。工業(yè)4.0的Cyber主要是網(wǎng)絡(luò)與軟件，其中軟件搭載到網(wǎng)絡(luò)之上特別是在互聯(lián)網(wǎng)之上，它以開放性、通用性和模塊化為主要特點(diǎn)，它的COTS水平應(yīng)非常高，互聯(lián)網(wǎng)的APP應(yīng)用也極為廣泛，由此，那些為智能化制造服務(wù)的軟件成為龐大的系列產(chǎn)品，成為標(biāo)準(zhǔn)化系列產(chǎn)品。此時(shí)，除了專門化軟件模塊的開發(fā)需求有其獨(dú)特之處外，信息化集成系統(tǒng)的軟件應(yīng)用需求主要表現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)軟件模塊的應(yīng)用方面，表現(xiàn)在具體應(yīng)用軟件對軟件模塊的集成方面。

第二，因?yàn)楣I(yè)4.0強(qiáng)調(diào)了以人為本，智能系統(tǒng)中的工作人員，智能系統(tǒng)的用戶對軟件應(yīng)用需求有了更多的發(fā)言權(quán)。工業(yè)4.0時(shí)代，更強(qiáng)調(diào)了非軟件開發(fā)人員對軟件分析的重要作用。軟件需求不是軟件團(tuán)隊(duì)單方面的事情，必須要所有的風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者（stakeholder）在需求分析階段密切配合，協(xié)同開發(fā)。

第三，信息安全在工業(yè)4.0的軟件應(yīng)用需求有更為特殊的意義。基于CPS的工業(yè)4.0的制造系統(tǒng)涉及高度網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，涉及大量的有關(guān)人、IT系統(tǒng)、自動化元件和機(jī)器信息。其中信息交換的特點(diǎn)是：高容量且時(shí)間苛刻要求（Time-critical)的信息。整個(gè)價(jià)值鏈涉及了眾多的參與者。在基于 CPS 的生產(chǎn)系統(tǒng)中，在以后的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上簡單地將安全功能注入到系統(tǒng)是不夠的。在涉及到安全問題的所有方面，必須從一開始就被設(shè)計(jì)到系統(tǒng)中。同時(shí)，需要保護(hù)數(shù)字化過程中的訣竅、知識產(chǎn)權(quán)和數(shù)據(jù)。

工業(yè)4.0中信息安全要求保護(hù)數(shù)據(jù)和服務(wù)（數(shù)字）系統(tǒng)，以防止誤用，例如未經(jīng)授權(quán)的訪問、修改或銷毀。安全措施的目標(biāo)是提高保密性（特定機(jī)器/人用戶的數(shù)據(jù)和服務(wù)的訪問限制），完整性（數(shù)據(jù)的精度/完整以及服務(wù)的正確操作）和可用性（測量系統(tǒng)在特定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行功能的能力）。信息安全提供了信息隱私性的基礎(chǔ)，例如保護(hù)個(gè)人，防止其數(shù)據(jù)被侵犯的權(quán)利。它還能夠保護(hù)技術(shù)訣竅，例如保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)。安全的信息交換是工業(yè) 4.0 成功的關(guān)鍵。以上這些要求要貫徹到軟件工程需求中去。工業(yè)4.0強(qiáng)調(diào)了將信息安全預(yù)先設(shè)計(jì)到軟件中而不是后加到軟件之外。要求軟件開發(fā)時(shí)直接考慮信息安全，將它變?yōu)橄到y(tǒng)的“基因”，而不是在系統(tǒng)中不得不外加信息安全模塊給系統(tǒng)帶來新問題。

第四，端到端的數(shù)字信息集成工程過程聯(lián)網(wǎng)的各終端實(shí)時(shí)透明的要求，為軟件需求提出了不同尋常的新要求。實(shí)時(shí)透明要求終端運(yùn)行的軟件模塊有良好的響應(yīng)性、可靠性和易用性，要求模塊與應(yīng)用程序間的協(xié)同性，這也是智能制造條件下，軟件通用模塊應(yīng)用需求的特點(diǎn)。

信息化集成系統(tǒng)應(yīng)用需求包含了極為豐富的內(nèi)容，有待在新工業(yè)革命的實(shí)踐中逐步完善。

作者簡介：

魏曉東，1967年畢業(yè)于天津大學(xué)精儀系。1984~1991年任安徽工業(yè)大學(xué)自動化系副教授。1991年出版《分散型控制系統(tǒng)》（ 上海科技文獻(xiàn)出版社） 。2000~2012年任北京和利時(shí)系統(tǒng)工程公司副總工、事業(yè)部總設(shè)計(jì)師，北京地鐵13號線、深圳地鐵一期工程、廣州地鐵3號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)總負(fù)責(zé)人。2006、2010年出版《城市軌道交通自動化系統(tǒng)與技術(shù)》初版與第二版（電自工業(yè)出版社）；2010年主編國家標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50636-2010）《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB/T50732-2011）；2010年主編關(guān)于兩化融合的國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)規(guī)范》（GB/T26335-2010）。2013年至今任清華同方數(shù)字城市工程中心技術(shù)專家，住建部城市軌道交通標(biāo)注技術(shù)網(wǎng)Eu委員會委員，全國自動化系統(tǒng)與集成標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會委員。

摘自《自動化博覽》2017年4月刊