3.2　工業(yè)4.0時(shí)代信息化集成系統應用需求

工業(yè)信息化集成系統應用需求相關(guān)問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上主要解決用戶(hù)需求規格書(shū)（URS），和軟件需求規格書(shū)（SRS）的編制。隨著(zhù)新工業(yè)革命的深入發(fā)展，工業(yè)4.0時(shí)代信息化集成系統應用需求會(huì )隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，會(huì )出現前所未有的新要求。

3.2.1　關(guān)于信息化集成系統的規劃

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

（1）信息化系統是以本地管理經(jīng)驗為基礎，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(xún)管理公司做信息化規劃都提出要求，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(lái)管理他們的目標企業(yè)，才可以實(shí)現企業(yè)信息化的目標。但是，往往企業(yè)在本土經(jīng)營(yíng)了數年甚至數十年，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(jì)。在做信息化規劃時(shí)，應以這些成功的經(jīng)驗為基礎，引入咨詢(xún)公司的現代管理理念做出規劃。不應采用“天上掉下來(lái)”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(xún)公司的一些初出茅廬的規劃師，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)流程中調查研究，進(jìn)行科學(xué)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(yōu)化是從哪里來(lái)的？是從生產(chǎn)實(shí)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(jìn)的、成功的經(jīng)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(yè)4.0要求的規劃

工業(yè)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(yè)經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)中的位置。信息化系統是企業(yè)系統，是頂層設計，是實(shí)現工業(yè)企業(yè)智能化的核心，規劃應將此作為重點(diǎn)。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(yè)的控制系統已經(jīng)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(yè)企業(yè)信息化規劃應對企業(yè)的控制（制造）系統向智能制造、智能生產(chǎn)線(xiàn)、智能工廠(chǎng)和智能產(chǎn)品目標發(fā)展做出規劃。顯然這對管理咨詢(xún)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(jìn)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(shí)要注意如何為各底層單元實(shí)體服務(wù)

傳統的信息化規劃存在較大問(wèn)題是信息化層對底層實(shí)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(gè)底層的報警？許多信息化規劃中缺少對這樣一個(gè)基本問(wèn)題的設計。工程實(shí)踐中，底層報警可以觸發(fā)一個(gè)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(dòng)化控制層的鏈接。應有更多的關(guān)于底層系統實(shí)現智能化，實(shí)現更多的智能功能的規劃。

3.2.2　企業(yè)信息化和制造自動(dòng)化智能化的用戶(hù)需求

工業(yè)信息化集成系統的用戶(hù)需求規范（URS）要反映企業(yè)信息化和制造自動(dòng)化智能化的用戶(hù)需求，用戶(hù)需求根本上要反映用戶(hù)發(fā)展戰略和機構運行策略所必需的現實(shí)和潛在的期望。

在工業(yè)4.0時(shí)代，信息化集成系統用戶(hù)需求必須加強對自動(dòng)化制造系統的需求分析并增加自動(dòng)化系統的用戶(hù)新需求。必須清楚：多數工業(yè)自動(dòng)化應用一般由若干類(lèi)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(guān)節點(diǎn)，完成在控制系統與過(guò)程裝置、物料、人員及環(huán)境之間的數據采集和傳輸。一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化應用系統可以看作是由若干工業(yè)自動(dòng)化子系統和其他應用子系統包括過(guò)程裝置、機床、配電、物流等組成的。當一個(gè)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(yè)或幾個(gè)工業(yè)的供應鏈中各種不同應用的子系統類(lèi)型來(lái)進(jìn)行形式化描述。這種對底層系統的描述成為用戶(hù)需求分析的基礎。在智能工廠(chǎng)里，控制系統與過(guò)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、大數據，各類(lèi)實(shí)用的APP會(huì )使用戶(hù)產(chǎn)生一系列的對系統的要求，這些應用需求將對系統建設產(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(guò)程的各階段（設計和開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)工程、產(chǎn)品和服務(wù)）的端到端的數字信息集成。對用戶(hù)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)總目標使得信息化集成系統的用戶(hù)要求和系統要求發(fā)生了較大變化。通過(guò)系統集成構建起來(lái)的信息化集成系統只有滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)配置生產(chǎn)方式對生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的要求，才能實(shí)現定制化與個(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(hù)要求和系統要求，應該從工業(yè)4.0的示范企業(yè)的實(shí)踐中總結這方面的經(jīng)驗與方法。這是當前實(shí)現從工業(yè)3.0向工業(yè)4.0過(guò)度要解決的首要問(wèn)題。四個(gè)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(yè)的經(jīng)驗分析中，從國外成功經(jīng)驗分析中建立起URS開(kāi)發(fā)方法來(lái)。

（3）工業(yè)4.0時(shí)代，要實(shí)現好而不廉價(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(guò)程的全部信息增加了它的內在價(jià)值。智能產(chǎn)品將會(huì )對用戶(hù)需求產(chǎn)生重大影響，直接要求制定詳細的需求規范。同時(shí)，用戶(hù)需求也直接影響到產(chǎn)品動(dòng)態(tài)生產(chǎn)的路徑。

（4）工業(yè)4.0時(shí)代，用戶(hù)的個(gè)性化需求直接進(jìn)入智能制造過(guò)程，URS中關(guān)于產(chǎn)品品質(zhì)、性能、質(zhì)量度量和數量等要求通過(guò)接口可能直接進(jìn)入應用程序。所以，在新工業(yè)革命中，URS處于更為關(guān)鍵的位置。也就是當下的URS的一些要求會(huì )直接進(jìn)入智能生產(chǎn)線(xiàn)的某些設定值入口從而支持動(dòng)態(tài)配置生產(chǎn)模式。這種情況下，URS會(huì )用諸如XML文檔來(lái)表達。

3.2.3　企業(yè)信息化集成系統軟件工程需求

工業(yè)4.0時(shí)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(shù)是CPS系統。工業(yè)4.0的CPS中，無(wú)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(kāi)放性、通用性和模塊化為主要特點(diǎn)，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(wù)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(shí)，除了專(zhuān)門(mén)化軟件模塊的開(kāi)發(fā)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(yè)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(hù)對軟件應用需求有了更多的發(fā)言權。工業(yè)4.0時(shí)代，更強調了非軟件開(kāi)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(fēng)險承擔者（stakeholder）在需求分析階段密切配合，協(xié)同開(kāi)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?；贑PS的工業(yè)4.0的制造系統涉及高度網(wǎng)絡(luò )化系統結構，涉及大量的有關(guān)人、IT系統、自動(dòng)化元件和機器信息。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)系統中，在以后的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上簡(jiǎn)單地將安全功能注入到系統是不夠的。在涉及到安全問(wèn)題的所有方面，必須從一開(kāi)始就被設計到系統中。同時(shí)，需要保護數字化過(guò)程中的訣竅、知識產(chǎn)權和數據。

工業(yè)4.0中信息安全要求保護數據和服務(wù)（數字）系統，以防止誤用，例如未經(jīng)授權的訪(fǎng)問(wèn)、修改或銷(xiāo)毀。安全措施的目標是提高保密性（特定機器/人用戶(hù)的數據和服務(wù)的訪(fǎng)問(wèn)限制），完整性（數據的精度/完整以及服務(wù)的正確操作）和可用性（測量系統在特定時(shí)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(gè)人，防止其數據被侵犯的權利。它還能夠保護技術(shù)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(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(kāi)發(fā)時(shí)直接考慮信息安全，將它變?yōu)橄到y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(lái)新問(wèn)題。

第四，端到端的數字信息集成工程過(guò)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(diǎn)。

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(yè)革命的實(shí)踐中逐步完善。

作者簡(jiǎn)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(dòng)化系副教授。1991年出版《分散型控制系統》（ 上?？萍嘉墨I出版社） 。2000~2012年任北京和利時(shí)系統工程公司副總工、事業(yè)部總設計師，北京地鐵13號線(xiàn)、深圳地鐵一期工程、廣州地鐵3號線(xiàn)綜合監控系統工程技術(shù)總負責人。2006、2010年出版《城市軌道交通自動(dòng)化系統與技術(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(zhì)量驗收規范》（GB/T50732-2011）；2010年主編關(guān)于兩化融合的國家標準《工業(yè)企業(yè)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(shù)專(zhuān)家，住建部城市軌道交通標注技術(shù)網(wǎng)Eu委員會(huì )委員，全國自動(dòng)化系統與集成標準技術(shù)委員會(huì )委員。

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年4月刊