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3.2　工業4.0時代信息化集成系統應用需求

工業信息化集成系統應用需求相關問題，實質上主要解決用戶需求規格書（URS），和軟件需求規格書（SRS）的編制。隨著新工業革命的深入發展，工業4.0時代信息化集成系統應用需求會隨著技術的發展而發展，會出現前所未有的新要求。

3.2.1　關于信息化集成系統的規劃

工業企業構建信息化集成系統，實現兩化融合，走工業4.0道路，對于大型企業而言首先要做企業信息化規劃（在新的背景下應該是做企業信息化集成的規劃。）國內目前的做法是找國際大企業咨詢管理公司做信息化規劃，其中存在諸多問題，擇其一二加以剖析。

（1）信息化系統是以本地管理經驗為基礎，還是由信息化公司進行流程再造而做成？一般企業咨詢管理公司做信息化規劃都提出要求，要企業進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企業，才可以實現企業信息化的目標。但是，往往企業在本土經營了數年甚至數十年，已經形成了一整套成功的管理經驗，按照這些經驗，企業取得了卓有成效的業績。在做信息化規劃時，應以這些成功的經驗為基礎，引入咨詢公司的現代管理理念做出規劃。不應采用“天上掉下來”的某方案，或是規劃師“頭腦里固有”的某方案為基礎。有些信息化咨詢公司的一些初出茅廬的規劃師，初到一個企業就大講流程再造，不能深入企業的業務流程中調查研究，進行科學的應用需求分析，這樣的工作方式是搞不好信息化規劃的。正確的流程優化是從哪里來的？是從生產實踐中，對已有成功經驗的分析、繼承和發揚中得出；是從別人先進的、成功的經驗中汲取那些適合本地情況的內涵得到的。

（2）信息化規劃必須對制造控制系統改造做出適應工業4.0要求的規劃

工業信息化集成系統的規劃必須正確地確定所構建的信息化系統在企業經營管理活動中的位置。信息化系統是企業系統，是頂層設計，是實現工業企業智能化的核心，規劃應將此作為重點。但是，在規劃中，也要將底層的制造控制系統的規劃做好。特別普遍的是企業的控制系統已經建成，信息化規劃對基礎制造系統的改造也是重要方面。當下，工業企業信息化規劃應對企業的控制（制造）系統向智能制造、智能生產線、智能工廠和智能產品目標發展做出規劃。顯然這對管理咨詢公司包括那些國際大公司都是嚴峻的考驗。信息化集成系統的規劃涉及到了更多的底層系統的改造，涉及到控制系統向更高的智能化要求進步，這部分內容將成為規劃所不可或缺的重要內容。

（3）信息化集成系統規劃時要注意如何為各底層單元實體服務

傳統的信息化規劃存在較大問題是信息化層對底層實體單元響應的要求較弱。信息化系統在上層是如何響應一個底層的報警？許多信息化規劃中缺少對這樣一個基本問題的設計。工程實踐中，底層報警可以觸發一個模式控制或預案執行。

信息化規劃也往往缺少對各級管理終端的明晰的功能要求。信息化集成系統規劃應加強信息化層對自動化控制層的鏈接。應有更多的關于底層系統實現智能化，實現更多的智能功能的規劃。

3.2.2　企業信息化和制造自動化智能化的用戶需求

工業信息化集成系統的用戶需求規范（URS）要反映企業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展戰略和機構運行策略所必需的現實和潛在的期望。

在工業4.0時代，信息化集成系統用戶需求必須加強對自動化制造系統的需求分析并增加自動化系統的用戶新需求。必須清楚：多數工業自動化應用一般由若干類型的執行各種不同功能的互連的設備組成。這些互連的設備作為主要關節點，完成在控制系統與過程裝置、物料、人員及環境之間的數據采集和傳輸。一個工業自動化應用系統可以看作是由若干工業自動化子系統和其他應用子系統包括過程裝置、機床、配電、物流等組成的。當一個應用系統的體系結構被完全詳細描述后，該體系結構的各組成部分可以用一組通用于同一工業或幾個工業的供應鏈中各種不同應用的子系統類型來進行形式化描述。這種對底層系統的描述成為用戶需求分析的基礎。在智能工廠里，控制系統與過程裝置、物料、人員及環境之間的信息交互是前所未有的。云計算、大數據，各類實用的APP會使用戶產生一系列的對系統的要求，這些應用需求將對系統建設產生極大的影響。

工業4.0時代，由于采用了縱向集成和網絡（互聯網）化制造以及跨越工業企業整個價值鏈的工程過程的各階段（設計和開發、生產計劃、生產工程、產品和服務）的端到端的數字信息集成。對用戶需求的分析提出了高要求：

（1）工業4.0定制化生產與個性化生產的生產總目標使得信息化集成系統的用戶要求和系統要求發生了較大變化。通過系統集成構建起來的信息化集成系統只有滿足動態配置生產方式對生產過程產生的要求，才能實現定制化與個性化生產。

（2）新工業革命中，四個智能化產生了一系列新的用戶要求和系統要求，應該從工業4.0的示范企業的實踐中總結這方面的經驗與方法。這是當前實現從工業3.0向工業4.0過度要解決的首要問題。四個智能化將使信息化集成系統的URS徹底變化，急待對此深入研究，從對示范企業的經驗分析中，從國外成功經驗分析中建立起URS開發方法來。

（3）工業4.0時代，要實現好而不廉價（Better not cheap）的商業模式要求。由于工業產品成為智能產品，產品質量空前提高，產品所攜帶的它自身生產過程的全部信息增加了它的內在價值。智能產品將會對用戶需求產生重大影響，直接要求制定詳細的需求規范。同時，用戶需求也直接影響到產品動態生產的路徑。

（4）工業4.0時代，用戶的個性化需求直接進入智能制造過程，URS中關于產品品質、性能、質量度量和數量等要求通過接口可能直接進入應用程序。所以，在新工業革命中，URS處于更為關鍵的位置。也就是當下的URS的一些要求會直接進入智能生產線的某些設定值入口從而支持動態配置生產模式。這種情況下，URS會用諸如XML文檔來表達。

3.2.3　企業信息化集成系統軟件工程需求

工業4.0時代，軟件需求應有新的變化與要求。首先，工業4.0的核心技術是CPS系統。工業4.0的CPS中，無論是Cyber，還是Physical都發揮到了極致。工業4.0的Cyber主要是網絡與軟件，其中軟件搭載到網絡之上特別是在互聯網之上，它以開放性、通用性和模塊化為主要特點，它的COTS水平應非常高，互聯網的APP應用也極為廣泛，由此，那些為智能化制造服務的軟件成為龐大的系列產品，成為標準化系列產品。此時，除了專門化軟件模塊的開發需求有其獨特之處外，信息化集成系統的軟件應用需求主要表現在標準軟件模塊的應用方面，表現在具體應用軟件對軟件模塊的集成方面。

第二，因為工業4.0強調了以人為本，智能系統中的工作人員，智能系統的用戶對軟件應用需求有了更多的發言權。工業4.0時代，更強調了非軟件開發人員對軟件分析的重要作用。軟件需求不是軟件團隊單方面的事情，必須要所有的風險承擔者（stakeholder）在需求分析階段密切配合，協同開發。

第三，信息安全在工業4.0的軟件應用需求有更為特殊的意義。基于CPS的工業4.0的制造系統涉及高度網絡化系統結構，涉及大量的有關人、IT系統、自動化元件和機器信息。其中信息交換的特點是：高容量且時間苛刻要求（Time-critical)的信息。整個價值鏈涉及了眾多的參與者。在基于 CPS 的生產系統中，在以后的某個時間點上簡單地將安全功能注入到系統是不夠的。在涉及到安全問題的所有方面，必須從一開始就被設計到系統中。同時，需要保護數字化過程中的訣竅、知識產權和數據。

工業4.0中信息安全要求保護數據和服務（數字）系統，以防止誤用，例如未經授權的訪問、修改或銷毀。安全措施的目標是提高保密性（特定機器/人用戶的數據和服務的訪問限制），完整性（數據的精度/完整以及服務的正確操作）和可用性（測量系統在特定時間內執行功能的能力）。信息安全提供了信息隱私性的基礎，例如保護個人，防止其數據被侵犯的權利。它還能夠保護技術訣竅，例如保護知識產權。安全的信息交換是工業 4.0 成功的關鍵。以上這些要求要貫徹到軟件工程需求中去。工業4.0強調了將信息安全預先設計到軟件中而不是后加到軟件之外。要求軟件開發時直接考慮信息安全，將它變為系統的“基因”，而不是在系統中不得不外加信息安全模塊給系統帶來新問題。

第四，端到端的數字信息集成工程過程聯網的各終端實時透明的要求，為軟件需求提出了不同尋常的新要求。實時透明要求終端運行的軟件模塊有良好的響應性、可靠性和易用性，要求模塊與應用程序間的協同性，這也是智能制造條件下，軟件通用模塊應用需求的特點。

信息化集成系統應用需求包含了極為豐富的內容，有待在新工業革命的實踐中逐步完善。

作者簡介：

魏曉東，1967年畢業于天津大學精儀系。1984~1991年任安徽工業大學自動化系副教授。1991年出版《分散型控制系統》（ 上海科技文獻出版社） 。2000~2012年任北京和利時系統工程公司副總工、事業部總設計師，北京地鐵13號線、深圳地鐵一期工程、廣州地鐵3號線綜合監控系統工程技術總負責人。2006、2010年出版《城市軌道交通自動化系統與技術》初版與第二版（電自工業出版社）；2010年主編國家標準《城市軌道交通綜合監控系統工程設計規范》（GB50636-2010）《城市軌道交通綜合監控系統施工與質量驗收規范》（GB/T50732-2011）；2010年主編關于兩化融合的國家標準《工業企業信息化集成系統規范》（GB/T26335-2010）。2013年至今任清華同方數字城市工程中心技術專家，住建部城市軌道交通標注技術網Eu委員會委員，全國自動化系統與集成標準技術委員會委員。

摘自《自動化博覽》2017年4月刊