德國從工業4.0視角看工業互聯網

本文由公眾號「工業自動化」授權轉載

德國工業4.0平台，仍然在孜孜不倦地深耕技術細節。一段時間以來，在工業4.0的大背景下，人們漸漸意識到，要實現製造業數字化，除了技術驅動的自下而上的方法外，還必須通過自上而下的驅動方式。這種自上而下方法的起點是業務場景，從而衍生出很多的技術應用實例。而這些實例是獲得新產品、解決方案和服務以及標準化的基礎。

德國工業4.0平台構建了一個「基於價值服務VBS（value-based Service）」的工業4.0子體系，已經完全向工業互聯網靠攏，進行了嚴格的技術對標，而且重點是從業務場景層面出發。因為對於技術用戶而言，這些業務場景本身已經存在而且具體化了。

技術層面的實例如何描述

如何在技術層面上，以實例的形式描述參與者與技術系統的相互作用？德國工業4.0平台之一的目標是，按照以下的一個簡單原則的邊界條件，找到合適的抽象實例描述的標準。

☆ 作者團隊以外的人員可以理解；

☆ 應用場景保證完整性（規定的80％）；

☆ 頁數不要太多（每個應用場景不超過20頁）。

這樣讀者就可以更好地理解企業與技術視角之間差異的用戶，以簡化製造業數字化背景下的各種討論。

基於價值服務的應用場景

通常情況下，產品供應商向客戶交付產品，但不會從客戶對產品的使用中獲得任何反饋（參見工業百條「產品孤兒」）。基於價值的服務應用場景是基於一個創新的假設，即未來交付的產品將連接到一個服務平台，客戶使用產品的反饋數據將提供給服務平台，基於使用數據，服務提供商可以向客戶提供（數據驅動的）增值服務。圖1表示了其中的利益相關者，底層價值網路以及從客戶到服務平台的新信息流，這些便是新的數據驅動服務的基礎。

圖1 基於價值的服務應用場景價值網路

從商業視角而言，圖2說明了如何應用如圖1所示的基於價值的服務的應用場景。在此考慮的產品是一台機器設備。為便於區分，這裡用兩種不同顏色表示兩個不同的業務利益相關者：設備供應商（綠色）Supplier of machines和設備使用者（橙色）Operator of machines。

圖2 從產品孤兒到產品服務系統

應用場景引入了兩個額外的業務角色：服務平台的運營商和數據驅動型服務的供應商。要討論未來誰將完成這些額外的業務角色。現有的商業利益相關者，即機器的供應商或機器的操作者，可能會完成這些角色，但其他業務利益相關者也可能會這樣做。

工業互聯網的系統邏輯與角色

對於一個在規劃的系統，即IIoT系統中，具有如圖3所示的通用邏輯結構。

邏輯結構的中心是一個服務平台，分為三層：設備連接層、基礎設施層和應用層。在應用層中，包含各種應用。這些應用程序往往不需要特別的編程技術，可以通過配置庫中提供的功能模塊來創建應用程序，而不必反覆編輯。

圖3 基於價值服務的工業物聯網系統

對基於價值的服務應用場景，需要9種角色，可以分為三個類別。

圖4 角色分工

第一組角色，與資產的使用有關。這些角色與今天的典型設置非常相似，尤其是在製造業中，機器被認為是非常典型的資產。

☆ 設備使用者（Operator of an asset）：設備使用者通常指的是機器或整個工廠；

☆ 生產經理（製造公司）(Production manager)：管理整個製造過程（生產的計劃和調度）；

☆ 設備供應商（Supplier of an asset）：有形資產的供應商；

☆ 設備集成商（Asset integrator）：通過服務平台的連接層和設備本身提供的功能，將設備連接到服務平台。

第二組角色，與服務平台的基礎設施層以及服務平台的整體使用有關：

☆ 功能模塊的開發人員：通過服務平台的基礎設施層提供的開發功能；

☆ 服務平台運營商（Operator of the service）：管理和運營服務平台提供的所有功能。包括支持和諮詢活動，以便不同層級服務平台的使用；

☆ 計算資源（Computing resource）：雲計算或者本地計算能力。

第三個集群，包含與基於功能模塊配置的應用程序相關的角色：

☆ 設備使用顧問(Asset user advisor)：一個專家角色，將連接設備使用數據的技術分析的見解轉換為建議，作為一種向設備使用者提供的服務。

值得注意的是，這些角色有可能是同一個人擔任。

業務活動與具體實例

業務活動可以分為技術和商業。技術活動細分為兩類：第一類活動與工程相關，涉及到設置、重新配置資產和IIoT系統；第二類活動與運營相關，資產和IIoT系統的使用和維護。

以「設備連接」活動為例。最早的觸發動機是，此活動將由生產經理以明確的方式發起、設計和調度。這裡需要定義數據從設備到服務平台的轉換要求。

圖5 設備連接的流程

工作流程：

☆ 任務1「根據產品經理的要求定義要傳輸到服務平台的數據（包括傳輸協議）」：角色-資產集成商和供應商；

☆ 任務2「將設備連接到服務平台（包括提供配置功能以在服務平台上模擬顯示資產整個生命周期的管理）」：角色-設備集成商；

☆ 任務3「提供對設備使用數據的訪問」：角色-服務平台運營商；

☆ 任務4「驗證設備連接」：角色-設備集成商、服務平台運營商、設備供應商；

☆ 任務5「接受設備連接」：角色-設備集成商和生產經理。

在這個過程中，設備到服務平台的連接必須以「自主配置」的方式實現。設備的重新配置，會引起連接的調整（目前通常由設備使用者執行），在以前這是一件非常耗時麻煩的事情。而今天，如果設備使用者執行重新配置，可以在沒有設備集成商的幫助下，完成設備連接到服務平台。

服務平台的連接層，必須讓設備集成商可以在沒有其他角色幫助的情況下測試設備的連接（當然如果有問題，可以請求服務平台的運營商提供支持）的功能。

同樣在「設備重新配置」、應用配置等一系列的活動中，都要有明確的流程和約束條件。例如「設備重新配置」（包括管理消耗品，輔助材料和供應商材料），最基本的要求是，設備與服務平台的連接必須便於配置，這樣在後續更改配置的過程中，只有重新配置原始狀態的請求時，才有必要向設備集成商求助。

小記

本文對德國工業4.0平台的一個子分支進行了跟蹤分析。其結果令人嘆服。德國嚴謹的工程師精神，再次得到了驗證。在頂層框架與一線實踐上，二者取得了完美的融合。既有頂層視角，又有工程實踐。這種結合，打破了我們對於德國擅長製造機器的看法。在如何構建一個機器群的生態上，德國人三年來的實踐，超過我們的想像。而且值得注意的是，德國工業4.0平台不僅僅在跟美國工業互聯網聯盟IIC對標，也在積極跟日本的工業價值鏈IVI進行用例對接。而中國的工業互聯網則似乎獨立創造了一個空曠的語境。德國面向未來、面向國際合作、面嚮應用實踐的頂層設計，值得當下中國工業界深入、再深入的思考。

本文編自德國工業4.0平台推出的《基於價值服務的應用場景》。

作者簡介

楊 曄：清華大學機械工程系博士，賽迪智能製造工程技術中心諮詢顧問

林雪萍：南山工業書院創始人、北京聯訊動力諮詢公司

來源：知識自動化

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