為何說信息板型是工業(yè)數(shù)碼化轉(zhuǎn)型的一個關(guān)鍵基礎(chǔ)？又為何在國內(nèi)商議工業(yè)數(shù)碼化轉(zhuǎn)型很少有人提及信息板型呢？這是本文著意研究討論的兩個問題。

　　信息板型的基本概念

　　為了弄清信息板型的概念、涵義和應(yīng)用，上網(wǎng)搜索了多時，也沒有發(fā)覺真正把信息板型的概念論述得明白的資料，倒是上海工業(yè)半自動化儀表研討院的原總工范鎧，在十積年前為中國半自動化學(xué)會儀表裝置專委會舉行的一次學(xué)術(shù)會展寫的論文《公司半自動化信息板型》中，用了一定篇幅商議了信息板型的概念，我以為是把問題講清楚了。令人惋惜這篇論文一直沒有正式在專業(yè)電視臺上刊發(fā)過。在寫這篇文章中我認為合適而使用了他的見地和基本描寫。

　　曾有人對板型下過一個意義廣泛的定義：板型是為一定目標對局部事實世界而做的抽象簡化描寫。用算術(shù)方程描寫的是算術(shù)板型，用一組抽象信息描寫事情就是信息板型。這處，事情涵蓋事實世界的客觀對象，也涵蓋對客觀主體的行徑樹立信息板型。例如樂譜、拳譜都是客觀主體的行徑，也可以視為信息板型，由此可見信息板型自古就存在，只是如今顯得更為關(guān)緊了，由于信息板型為信息的交換和數(shù)值的交換供給了管用率的基礎(chǔ)。為此需求一個更嚴緊的定義。

　　并非對事情的恣意描寫都可以是信息板型。鑒于板型包括規(guī)范、典范的意思，所以定義：信息板型是用一組簡化的信息，按一決定則對事情所做的抽象描寫。這個定義有三個要領(lǐng)，即1）描寫的形式是“信息”；2）按一決定則施行描寫；3）所做的描寫務(wù)必是“抽象”的。對同一個事情可以有多種不一樣的形式或規(guī)則樹立信息板型，也就是說樹立信息板型的辦法存在一定的恣意性，但我們尋求的是用存在廣泛接納的辦法，也就是合格的辦法來樹立信息板型，否則達不到經(jīng)過樹立信息板型來管用交換信息和數(shù)值、成功實現(xiàn)可互操作的目的。同時我們還應(yīng)當(dāng)注意到，用于描寫事情的信息量越大，這個事情便會被描寫得越精細周密越真實；但認為合適而使用了不合適信息，還是信息過多卻未被利用，那末這些個無用信息只能被視為“噪聲”。

　　在半自動化領(lǐng)域中樹立的板型至少要滿意能觀性和能控性。從能觀性講，建模規(guī)則所牽涉到到的屬性務(wù)必是可以取得的；從能控性講，建模所用到的規(guī)則、屬性務(wù)必是有限的，與應(yīng)用水準相當(dāng)。因為信息的搜集、貯存、傳道輸送和處置都要占用資源，超過限量的信息將會造成資源的耗費，甚至于造成系統(tǒng)的敗績。普通而言按一決定則來描寫信息板型，意味著信息板型是面向某種聚齊、某種分類法的，例如OPCUA的信息板型和它的組成一套信息板型，流程半自動化設(shè)施的信息板型PA-DIM，等等。

　　信息板型之所以變成半自動化領(lǐng)域的研討重點，是由于離去了信息板型和算術(shù)板型，計算機沒有辦法對信息板型所表現(xiàn)的對象施行處置，網(wǎng)絡(luò)也難于管用的施展效用。尤其是2015年德國提出工業(yè)4.0的遠景計劃以及近些年來顯露出來的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大熱往后，一點在前十幾年研發(fā)的相關(guān)半自動化信息板型的標準著手有了用武之地。以往積年來積累了很多成熟的經(jīng)濟的技術(shù)和產(chǎn)品，例如很多的半自動化儀表、伺服電機及其驅(qū)動系統(tǒng)、PLC及其內(nèi)裝的應(yīng)用手續(xù)等等，都可能在更大更廣泛的系統(tǒng)中作為一個器件（基本單元）來處置。假如我們期望隨著信息技術(shù)的進展能夠充分利用他們與IT領(lǐng)域交互，能夠讓由信息、物理實體合成一體構(gòu)成的CPS真正施展效用，就務(wù)必為全部工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品樹立信息板型，否則談啥子數(shù)碼化轉(zhuǎn)型、數(shù)碼雙生體完全就是空談，根本沒有辦法落到地上扎根。

　　因為制作過程的復(fù)雜性，一統(tǒng)的信息板型還難于成功實現(xiàn)，因為這個制作過程的信息板型是分層級的。第1層是制作對象、制作工具的描寫板型，例如：機械制圖、電路圖、以及半自動扮裝備的描寫語言EDDL、FDT、FDI、OPC UA等。還有ISO、IEC正在構(gòu)建的LoPs（ Lists of properties ）。針對不一樣領(lǐng)域有很多LoPs標準，在過程半自動化領(lǐng)域是IEC 61987。第二層是制作機器或過程的操作描寫語言，例如：IEC 61804 FB、IEC 61499 FB、IEC 61131-3，以及各種操算數(shù)兒字控制機床、機器人等專用板型工具。第三層是制作廠房流程的管理和調(diào)度板型。例如：各種出產(chǎn)線、AGV車操作和調(diào)度，以及各局部同步協(xié)調(diào)的板型和語言。

　　額外，信息板型不止只是對出產(chǎn)對象的描寫，更關(guān)鍵的是要在工程化的實行中改換為可執(zhí)行的行徑。從這個角度看，信息板型是對系統(tǒng)施行工程化組態(tài)的關(guān)鍵，端由在于：信息板型的數(shù)值述說方式可用圖形化加以表現(xiàn)和配備布置，譬如PLC/Matlab的功能塊，SCADA/PLC的組態(tài)界面；并且信息板型的數(shù)值款式可被PLC Runtime里的軟件加載并解析，因此將用戶的工程配備布置，轉(zhuǎn)化為具體的機器指令。

　　從工業(yè)4.0基本單元資產(chǎn)管理殼的視角看信息板型

　　工業(yè)4.0基本單元（Industry4.0 Components）是描寫信息物理系統(tǒng)CPS周密特別的性質(zhì)的板型。CPS是一種在出產(chǎn)背景中的真實物理對象，經(jīng)過與其虛擬對象和過程施行聯(lián)網(wǎng)通信的系統(tǒng)。在出產(chǎn)背景中，從出產(chǎn)系統(tǒng)和機械裝備到裝備中的各類板塊，只要滿意了上面所說的這些個特別的性質(zhì)，無論是硬件基本單元仍然軟件基本單元，無論是具備智能特別的性質(zhì)的仍然沒有智能特別的性質(zhì)，都具有和合乎工業(yè)4.0要求的有經(jīng)驗。

　　變成工業(yè)4.0基本單元有2個先決條件：1）它務(wù)必在整個兒性命周期內(nèi)搜集全部有關(guān)數(shù)值，儲存安放在有該基本單元所承載的具備信息安全的電子器皿內(nèi)，并由它把這些個數(shù)值提提供公司參加價值鏈的過程。在工業(yè)4.0基本單元的板型中，這個電子器皿稱之為“資產(chǎn)管理殼”，略稱管理殼。2）基本單元的物理對象務(wù)必具備通信有經(jīng)驗，以及相應(yīng)的數(shù)值和功能。這么，在出產(chǎn)背景中的硬件單元和軟件單元之間都能施行合乎工業(yè)4.0要求的通信。

　　資產(chǎn)構(gòu)成工業(yè)4.0基本單元（物理的/非物理的）的實體局部，管理殼構(gòu)成工業(yè)4.0基本單元的虛擬局部，工業(yè)4.0的通信將各種基本單元加以連署。其實管理殼是連署工業(yè)4.0與資產(chǎn)的接口，是儲存安放資產(chǎn)的全部數(shù)值與信息的貯存器，它同時仍然作為工業(yè)4.0標準化的通信網(wǎng)絡(luò)的接口，它具備把無源的資產(chǎn)（如軟件、文檔）集成到工業(yè)4.0的網(wǎng)絡(luò)的有經(jīng)驗，它還能夠用來把現(xiàn)存的設(shè)施升班搬遷至工業(yè)4.0的大背景中。

　　對資產(chǎn)管理殼結(jié)構(gòu)的要求是：1）務(wù)必滿意全部的工業(yè)類型：制作工業(yè)、流程工業(yè)和混合（同時存在制作和流程）出產(chǎn)；2）價值鏈包括物流、采集購買、出產(chǎn)、產(chǎn)品回收處置和服務(wù)；3）升值網(wǎng)絡(luò)涵蓋合作火伴和應(yīng)有盡有的參加者；4）信息安全（按可信性、完整性、可用性要求）；5）在RAMI4.0 Layer維度服務(wù)于各個層次；6）在RAMI4.0的IEC2890維度使用于要求、概念、預(yù)設(shè)、調(diào)整、運行、升班；7）在RAMI4.0的Hierarchy Layers維度服務(wù)于所定義的層次跨度。

　　資產(chǎn)管理殼其實是按一決定則構(gòu)成的元信息板型（見圖1）。它由標識局部、多少子板型（信息板型）構(gòu)成。而子板型又涵蓋其標識、技術(shù)數(shù)值、運行數(shù)值日文檔等局部。例如“能效”子板型就有節(jié)能板型、總計的節(jié)能數(shù)目、潛伏的節(jié)能百分率等。為了將資產(chǎn)完整地融入IT的領(lǐng)域，工業(yè)4.0的解決方案要求構(gòu)成資產(chǎn)的各個方面都要加以連署，那里面涵蓋機械設(shè)施及其器件，所供應(yīng)的材料、零件配件和產(chǎn)品，各種技術(shù)文檔如圖紙、接線圖，合約，訂單等。

　　之所以在頂層預(yù)設(shè)中要專門嚴緊預(yù)設(shè)資產(chǎn)管理殼作為關(guān)鍵的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，基于以下因素：資產(chǎn)管理殼是工業(yè)4.0對應(yīng)其物理實體的數(shù)碼雙生體的成功實現(xiàn)；它給予OT設(shè)施具備跨企業(yè)的互操作性；無論是智能產(chǎn)品仍然非智能產(chǎn)品，都可以利用資產(chǎn)管理殼；它遮蓋了產(chǎn)品、設(shè)施、機械裝置及其組成一套設(shè)施的全性命周期；它還給予價值鏈集成的有經(jīng)驗；同時仍然自主系統(tǒng)和人工智能AI的數(shù)碼基礎(chǔ)。

　　圖1  資產(chǎn)管理殼元信息板型的結(jié)構(gòu)

　　為了推廣信息板型的應(yīng)用，德國已經(jīng)在開始研發(fā)信息板型使用服務(wù)的軟件包，例如菲尼克斯企業(yè)下屬的軟件企業(yè)（即以原來以基于IEC 61131-3的PLC工程平臺MultiProg稱著的KW企業(yè)為主要班底），就正在研發(fā)測試起名稱為“資產(chǎn)管理殼軟件包的考求者”AASX Package Explorer。

　　圖2是說話時的這一年德國工業(yè)4.0路線圖宣布的一張系統(tǒng)圖，論述具備資產(chǎn)管理殼的工業(yè)4.0基本單元（I4.0-Component with AAS）是成功實現(xiàn)跨企業(yè)OT設(shè)施的互操作性基礎(chǔ)。由不一樣的企業(yè)制作的OT設(shè)施，只要相應(yīng)樹立一個合乎工業(yè)4.0要求的資產(chǎn)管理殼，將在其全性命周期的各個階段都可以經(jīng)過基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)（IaaS）、平臺架構(gòu)服務(wù)（PaaS）和軟件服務(wù)（SaaS）形成跨企業(yè)設(shè)施的互操作性有經(jīng)驗。

　　圖2  工業(yè)4.0成功實現(xiàn)跨企業(yè)OT設(shè)施互操作性的辦法

　　綜上所述可見，資產(chǎn)管理殼是能夠各個方面包括出產(chǎn)系統(tǒng)、機械裝備、構(gòu)成出產(chǎn)系統(tǒng)和機械裝備到的各類器件和板塊的的信息器皿，這些個信息需求反映從預(yù)設(shè)、制作、運行等各個階段的技術(shù)數(shù)值和狀況，還需求經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)化的手眼與系統(tǒng)中的其他管理殼形成互操作。這么一種復(fù)雜的跨時間、跨地域、跨行業(yè)、跨專業(yè)的綜合板型，除開認為合適而使用由多個子信息板型構(gòu)成的元信息板型，到現(xiàn)在為止沒有其他更加合宜的建模辦法。

　　從OPC UA的視角看信息板型

　　OPC UA的架構(gòu)由三局部組成（見圖3）：底層是相關(guān)通信的局部，具體認為合適而使用哪種通信協(xié)議不受限止，每一種具體用例都是所選用通信協(xié)議的照射，可以是有線的，也可以是無線的；到現(xiàn)在為止用的最多的是以太網(wǎng)。半中腰局部是OPC UA的元信息板型和對此信息板型的存取。最上局部是供應(yīng)商專用的擴展，也就是組成一套的信息板型，如機器人組成一套信息板型、CNC數(shù)字控制機床的組成一套信息板型、風(fēng)電機械的組成一套信息板型，等等。 

　　圖3  OPC UA的架構(gòu)

　　OPC UA是一個為成功實現(xiàn)工業(yè)互操作性的框架，其數(shù)值板型基于供給具備句法定義的信息，況且可以以恣意的通信辦法（涵蓋各種現(xiàn)代的工業(yè)協(xié)議、以太網(wǎng)、移動通信和無線通信）施行通信。設(shè)施和機械制作商用面向?qū)ο蟮男畔⒚鑼懰鼈兊南到y(tǒng)，也定義與IT安全地集成的存取權(quán)。像機械制作廠商這么的數(shù)值供給者可以持有對其數(shù)值的扼制，并以有目的和可控的形式來分發(fā)數(shù)值。它們不不過大數(shù)值的參加者，并且還可以經(jīng)過對它們數(shù)值的剖析達到增長速率和性能的目標，因此萌生更大的制作和出產(chǎn)好處。OPC UA的目的是經(jīng)過樹立一種可在整個兒半自動化系統(tǒng)中運用的公共的信息板型的建模辦法，達到無縫互操作性的成功實現(xiàn)。數(shù)碼化的的實際關(guān)鍵在于數(shù)值的涵義和描寫，OPC UA為信息板型的樹立供給一種框架和標準。如今的實際事情狀況是每個設(shè)施和機械的制作商其實也都供給信息板型，數(shù)值和接口也是可以運用的。不過假如不一樣的制作商出產(chǎn)相同的產(chǎn)品，因為沒有遵照標準，這些個接口和數(shù)值就沒可能有互操作性。反過來，假如它們在協(xié)商完全一樣的基礎(chǔ)上制定標準信息板型，那末就能供給一樣的數(shù)值和服務(wù)。將這些個設(shè)施集成起來不止更便捷，甚至于可以做到即插即用的解決方案。

　　這就是OPC基金會及其火伴一塊兒來聯(lián)手開創(chuàng)標準的信息板型（組成一套的規(guī)范）的目的。表1是多少組成一套信息板型規(guī)范的一覽表。

　　第1個全世界OPC UA機器視物感覺組成一套規(guī)范AutoID的研發(fā)，最早是由VDME提出，近年來進展變成由多國相關(guān)機器視物感覺標準的機構(gòu)施行國際緊急協(xié)作的產(chǎn)物，這些個機構(gòu)涵蓋美國的半自動化成像協(xié)會AIA、中國機器視物感覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟CMVU、歐羅巴洲的機器視物感覺協(xié)會EMVA和德國的機械設(shè)施制作商聯(lián)手會VDME，以及東洋的工業(yè)成像協(xié)會JIIA。像這么一種聯(lián)手研發(fā)OPC UA組成一套規(guī)范的辦法可以大大減損在機器視物感覺信息板型的層疊，在國際上形成協(xié)調(diào)完全一樣的組成一套規(guī)范，因此達到在世界范圍內(nèi)大大減低成功實現(xiàn)真正互操作性的壁壘，使最后用戶和供應(yīng)商都能從其中取得好處。

　　可以肯定地說智能設(shè)施和裝置應(yīng)當(dāng)同時支持多個組成一套的信息板型，例如智能型注塑機除開支持專門的注塑機的功能性信息板型，還要支持能量物質(zhì)數(shù)值的信息板型，支持與MES系統(tǒng)接口的信息板型。假如PLC中服載了某種機械裝置能充分了解的信息板型，同時用標準化的數(shù)值和經(jīng)過標準化的軟件接口直接而迅速地與外界（HMI、MES等等）溝通，這將大大減損工程量。可以預(yù)見，從今以后大致相似這些個行業(yè)專用的信息板型和多種行業(yè)都可通用的信息板型都能研發(fā)出來，其關(guān)緊性和可用性將會迅疾提高。這對于智能制作和成功實現(xiàn)工業(yè)4.0都具備重大意義。

　　還有一個跨領(lǐng)域的信息板型問題。有的細分行業(yè)例如半自動辨別AutoID行業(yè)，其產(chǎn)品的應(yīng)用面包括非常大的范圍，從燃料天然煤氣行業(yè)、流程工業(yè)到失散制作業(yè)，機器人等都會用到半自動辨別的產(chǎn)品，于是AutoID行業(yè)所樹立的信息板型是不是都能夠在其他行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，就衍變變成怎么樣樹立跨領(lǐng)域的信息板型。還有像資產(chǎn)管理、能量物質(zhì)管理、固件升班等等都是跨行業(yè)跨領(lǐng)域的應(yīng)用。為理解決這一類跨領(lǐng)域的信息板型的復(fù)雜建模，在OPC基金會內(nèi)里樹立了一個跨領(lǐng)域協(xié)調(diào)組。有可能采取的辦法是為了成功實現(xiàn)互操作性，先檢查核對各有關(guān)規(guī)范之間存在的的相仿點，以盡有可能地使層疊的局部最小化。而后思索問題將牽涉到整個的局面：胸懷～的數(shù)值轉(zhuǎn)移到較高層次的可供一般使用的數(shù)值庫房。這么的目標是避免每一個組成一套信息板型辦公組自行定義具備相同應(yīng)用的數(shù)值類型。這個跨領(lǐng)域協(xié)調(diào)組的辦公正在開展，能否發(fā)生效力仍然一個挑戰(zhàn)，要等待于在未來的實踐中檢查驗看。

　　在一個工業(yè)信息物理系統(tǒng)CPS中，物理過程和信息過程互相對應(yīng)又互動。這兩類事情自然產(chǎn)生的具備異構(gòu)特別的性質(zhì)，為了你我整合就需求一個合宜的半中腰環(huán)節(jié)，挑選信息板型作為這個環(huán)節(jié)成功實現(xiàn)互操作性，既合乎思維規(guī)律推理，又有實際證明支持。同時，信息板型有眾多子領(lǐng)域分支，譬如PLCOpen實際上是一種主要用于描寫扼制思維規(guī)律編程的領(lǐng)域板型；AutomationML用于描寫制作工藝流程布局、幾何結(jié)構(gòu)、機械運動學(xué)和運動計劃，也就是對出產(chǎn)系統(tǒng)描寫建模的領(lǐng)域板型；FDI用于描寫在場總線協(xié)議解析有關(guān)的板型。這些個子領(lǐng)域板型你我割裂，需求有一種能將他們集成，并拼接在一塊兒的板型，這也是使用OPC UA的信息板型辦法，認為合適而使用分層級的手眼，解決為復(fù)雜對象樹立信息板型的一種管用路徑。

　　表1  多少OPC UA組成一套信息板型規(guī)范一覽表

　　信息板型是工業(yè)公司成功實現(xiàn)數(shù)碼化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)

　　在網(wǎng)絡(luò)化的出產(chǎn)中全部的出產(chǎn)環(huán)節(jié)和參加者，從預(yù)設(shè)、制作、集成到運用運營各個階段，一直居于一種動態(tài)的開放生活習(xí)性系統(tǒng)當(dāng)中，這種在散布式結(jié)構(gòu)中施行大規(guī)模復(fù)雜的協(xié)同，其基礎(chǔ)就是需求成功實現(xiàn)互相之間無縫地交換信息和知識，還是說只有結(jié)果功實現(xiàn)互操作能力達到高速率地交換信息和知識。在現(xiàn)代的出產(chǎn)制作大背景中，構(gòu)建大規(guī)模的分工和協(xié)同整體體系其必須具備的條件是產(chǎn)品的板塊化和標準化，保證各出產(chǎn)環(huán)節(jié)的順利通暢運轉(zhuǎn)是表現(xiàn)出來產(chǎn)品板塊化和標準化的屬性——互操作性。而真正成功實現(xiàn)互操作性的前提是按標準化的形式樹立各有關(guān)環(huán)節(jié)合格的信息板型。

　　由此我們可以得出以下判斷：隨著工業(yè)公司數(shù)碼化轉(zhuǎn)型的開始工作和開展，應(yīng)當(dāng)充分意識信息板型是工業(yè)公司成功實現(xiàn)數(shù)碼化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，給與足夠的看得起。

　　然而，假如對國內(nèi)的有關(guān)事情狀況施行理解和剖析，你會發(fā)如今熱議數(shù)碼雙生的時刻許多人只談機理板型和數(shù)值板型，不管是學(xué)術(shù)界仍然工業(yè)界對信息板型是何物，有啥子用法，更別說何在用，仿佛好象沒有提到每日安排上來，使人感受在工業(yè)發(fā)達國度商議并積極研發(fā)信息板型這個工業(yè)數(shù)碼化轉(zhuǎn)型的熱點，在國內(nèi)卻被打入冷宮，棄之無須或棄之不提。國內(nèi)主導(dǎo)建模的學(xué)術(shù)界主要關(guān)心注視機理建模和數(shù)值建模，不關(guān)心注視信息板型的樹立；而公司建模以解決具體問題為主，基本不會對事關(guān)公司出產(chǎn)系統(tǒng)的一攬子建模解決方案的頂層預(yù)設(shè)投入精神力。實際上，在機理建模和數(shù)值建模以外，還有功能性/組合建模（functional/compositional modeling），信息板型就歸屬這一類建模。實際上，從一定的意義上講，機理板型和數(shù)值板型的取得和部署都依靠于信息板型，信息板型借助“量綱”的效用，假如數(shù)值沒有量綱，這些個數(shù)值的運用范圍遭受非常大限止。

　　顯然，個別的信息板型沒有應(yīng)用價值，而系統(tǒng)的、事關(guān)整個的局面：胸懷～的信息板型的頂層預(yù)設(shè)和實行需求政府主管部門指導(dǎo)，行業(yè)協(xié)會、標準化團體樹立規(guī)則和規(guī)范，不過這些個仿佛好象并沒有引動足夠的看得起，更不必論及提到它們的商討公事每日安排。由此可見，國內(nèi)到現(xiàn)在為止好似還沒有研發(fā)信息板型的生土和動因，還處于懵懵然的狀況。與德國、美國對信息板型所投入的精神力和所獲得的發(fā)展對比，就曉得人煙徹底體現(xiàn)工業(yè)數(shù)碼化轉(zhuǎn)型是以實就實，盡管要真正取得廣泛應(yīng)用或許還要很多年往后，不過事關(guān)長遠之計至少是幾十年大計的問題，就務(wù)必從如今做起，有賴積累和逐漸進展方可得到。

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