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3.2　工業(yè)4.0時代信息化集成系統(tǒng)應用需求

工業(yè)信息化集成系統(tǒng)應用需求相關問題，實質(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時代信息化集成系統(tǒng)應用需求會隨著技術的發(fā)展而發(fā)展，會出現(xiàn)前所未有的新要求。

3.2.1　關于信息化集成系統(tǒng)的規(guī)劃

工業(yè)企業(yè)構建信息化集成系統(tǒng)，實現(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)驗為基礎，還是由信息化公司進行流程再造而做成？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(yè)，才可以實現(xiàn)企業(yè)信息化的目標。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，按照這些經(jīng)驗，企業(yè)取得了卓有成效的業(yè)績。在做信息化規(guī)劃時，應以這些成功的經(jīng)驗為基礎，引入咨詢公司的現(xiàn)代管理理念做出規(guī)劃。不應采用“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。有些信息化咨詢公司的一些初出茅廬的規(guī)劃師，初到一個企業(yè)就大講流程再造，不能深入企業(yè)的業(yè)務流程中調(diào)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(guī)劃的。正確的流程優(yōu)化是從哪里來的？是從生產(chǎn)實踐中，對已有成功經(jīng)驗的分析、繼承和發(fā)揚中得出；是從別人先進的、成功的經(jīng)驗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)，是頂層設計，是實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)智能化的核心，規(guī)劃應將此作為重點。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)劃對基礎制造系統(tǒng)的改造也是重要方面。當下，工業(yè)企業(yè)信息化規(guī)劃應對企業(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峻的考驗。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)劃時要注意如何為各底層單元實體服務

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體單元響應的要求較弱。信息化系統(tǒng)在上層是如何響應一個底層的報警？許多信息化規(guī)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(fā)一個模式控制或預案執(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(tǒng)實現(xiàn)智能化，實現(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)略和機構運行策略所必需的現(xiàn)實和潛在的期望。

在工業(yè)4.0時代，信息化集成系統(tǒng)用戶需求必須加強對自動化制造系統(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)自動化應用一般由若干類型的執(zhí)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(jié)點，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。一個工業(yè)自動化應用系統(tǒng)可以看作是由若干工業(yè)自動化子系統(tǒng)和其他應用子系統(tǒng)包括過程裝置、機床、配電、物流等組成的。當一個應用系統(tǒng)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(yè)或幾個工業(yè)的供應鏈中各種不同應用的子系統(tǒng)類型來進行形式化描述。這種對底層系統(tǒng)的描述成為用戶需求分析的基礎。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。云計算、大數(shù)據(jù)，各類實用的APP會使用戶產(chǎn)生一系列的對系統(tǒng)的要求，這些應用需求將對系統(tǒng)建設產(chǎn)生極大的影響。

工業(yè)4.0時代，由于采用了縱向集成和網(wǎng)絡（互聯(lián)網(wǎng)）化制造以及跨越工業(yè)企業(yè)整個價值鏈的工程過程的各階段（設計和開發(fā)、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)工程、產(chǎn)品和服務）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)與個性化生產(chǎn)的生產(chǎn)總目標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，才能實現(xiàn)定制化與個性化生產(chǎn)。

（2）新工業(yè)革命中，四個智能化產(chǎn)生了一系列新的用戶要求和系統(tǒng)要求，應該從工業(yè)4.0的示范企業(yè)的實踐中總結這方面的經(jīng)驗與方法。這是當前實現(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)驗分析中，從國外成功經(jīng)驗分析中建立起URS開發(fā)方法來。

（3）工業(yè)4.0時代，要實現(xiàn)好而不廉價（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，直接要求制定詳細的需求規(guī)范。同時，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時代，用戶的個性化需求直接進入智能制造過程，URS中關于產(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入應用程序。所以，在新工業(yè)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(chǎn)線的某些設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。

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時代，軟件需求應有新的變化與要求。首先，工業(yè)4.0的核心技術是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)絡與軟件，其中軟件搭載到網(wǎng)絡之上特別是在互聯(lián)網(wǎng)之上，它以開放性、通用性和模塊化為主要特點，它的COTS水平應非常高，互聯(lián)網(wǎng)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(chǎn)品，成為標準化系列產(chǎn)品。此時，除了專門化軟件模塊的開發(fā)需求有其獨特之處外，信息化集成系統(tǒng)的軟件應用需求主要表現(xiàn)在標準軟件模塊的應用方面，表現(xiàn)在具體應用軟件對軟件模塊的集成方面。

第二，因為工業(yè)4.0強調(diào)了以人為本，智能系統(tǒng)中的工作人員，智能系統(tǒng)的用戶對軟件應用需求有了更多的發(fā)言權。工業(yè)4.0時代，更強調(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(xié)同開發(fā)。

第三，信息安全在工業(yè)4.0的軟件應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)絡化系統(tǒng)結構，涉及大量的有關人、IT系統(tǒng)、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(chǎn)系統(tǒng)中，在以后的某個時間點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計到系統(tǒng)中。同時，需要保護數(shù)字化過程中的訣竅、知識產(chǎn)權和數(shù)據(jù)。

工業(yè)4.0中信息安全要求保護數(shù)據(jù)和服務（數(shù)字）系統(tǒng)，以防止誤用，例如未經(jīng)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(shù)據(jù)和服務的訪問限制），完整性（數(shù)據(jù)的精度/完整以及服務的正確操作）和可用性（測量系統(tǒng)在特定時間內(nèi)執(zhí)行功能的能力）。信息安全提供了信息隱私性的基礎，例如保護個人，防止其數(shù)據(jù)被侵犯的權利。它還能夠保護技術訣竅，例如保護知識產(chǎn)權。安全的信息交換是工業(yè) 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(yè)4.0強調(diào)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(fā)時直接考慮信息安全，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(xié)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(tǒng)應用需求包含了極為豐富的內(nèi)容，有待在新工業(yè)革命的實踐中逐步完善。

作者簡介：

魏曉東，1967年畢業(yè)于天津大學精儀系。1984~1991年任安徽工業(yè)大學自動化系副教授。1991年出版《分散型控制系統(tǒng)》（ 上海科技文獻出版社） 。2000~2012年任北京和利時系統(tǒng)工程公司副總工、事業(yè)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(jiān)控系統(tǒng)工程技術總負責人。2006、2010年出版《城市軌道交通自動化系統(tǒng)與技術》初版與第二版（電自工業(yè)出版社）；2010年主編國家標準《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設計規(guī)范》（GB50636-2010）《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB/T50732-2011）；2010年主編關于兩化融合的國家標準《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專家，住建部城市軌道交通標注技術網(wǎng)Eu委員會委員，全國自動化系統(tǒng)與集成標準技術委員會委員。

摘自《自動化博覽》2017年4月刊