对接“工业4.0”

文/本刊记者 王素 黄帅

 

  相信吗?在不久的将来,我们吃的食品可以根据个人的口味和营养需求来调配生产;药可以根据每个人的基因和身体状况来配方;生产车间里是机器“告诉”机器下一步应该做什么,而非中心控制台的技术员在操作。这些愿景都将通过“工业4.0”的技术和生产方式在不久的将来成为现实。


  但是,处在智能转型时代的企业是否设想过,“工业4.0”环境下不同国家的机器手在生产线上替代人类进行工作,机器与机器之间相互通信和兼容,也许这种协调生产会被远程黑客控制,迫使机器手做出一些不正常的指令,对整个系统造成严重的安全影响,轻则报废一两个产品,重则让整个生产处于瘫痪状态,甚至人员伤亡。


  以上风险故事透露出3个重要信息:实现“工业4.0”与机器和机器间的通信及兼容密不可分;在工业物联网的环境下,没有工业信息安全保障,智能制造无从谈起;“工业4.0”是一个生态圈,世界制造正在同步。


  2017年11月9日,TüV南德意志集团(以下简称“TüV南德”)举行的全球系列峰会中国上海站,把目光聚焦传统制造业向数字化转型,着重于讨论工业信息安全和“工业4.0”两大主题。就未来社会如何实现“工业4.0”的愿景,TüV南德大中华区工业产品部高级经理张韬接受了本刊记者专访。

 

 


  标准统一:机器兼容互联的前提


  “当今世界的竞争是标准化的竞争。‘工业4.0’有了标准的参考,就像大海航行中有了航标灯。”张韬在检测认证行业已有超过17年的丰富经验,见证了中国制造的转型升级、改善和改进。面对“工业4.0”标准统一问题,他如是告诉本刊记者。


  “工业4.0”是德国政府2012年发布的10项未来高科技战略计划之一,由德国政府投资2亿欧元,为的就是要使德国制造业傲立世界顶尖地位。计划预计用10——15年时间,通过物联网系统,最大限度地实现生产自动化、个性化、弹性化和自我优化,提高生产、资源效率,降低生产成本。根据德国国家科学工程院的研究,“工业4.0”可以使德国工业效率提高30%以上。


  紧随德国“工业4.0”其后,全球制造大国纷纷在智能制造方面由政府层面出台了类似计划,美国曰“工业互联网联盟”,中国为 “中国制造2025”。


  在此战略计划之下,德国于2015年3月正式提出了“工业4.0”参考架构模型,即RAMI4.0。它从产品生命周期/价值链、层级和架构等级三个维度,分别对“工业4.0”进行多角度描述,代表了德国对“工业4.0”所进行的全局式思考。有了这个模型,各个企业尤其是中小企业,就可以在整个体系中,寻找到自己的位置。


  相应地,2015年12月30日,根据“中国制造2025”的战略部署,我国工信部、国家标准化管理委员会联合发布了《国家智能制造标准体系建设指南(2015年版)》,包含了我国智能制造体系架构,以对应德国的“工业4.0”参考架构。


  据张韬介绍,中德之间很早就启动了标准化合作,成立了“中德智能制造标准化工作组”(以下简称“小组”),标准化的沟通对于促进中德智能制造有较大的推动作用。小组已经开始标准互认工作,并有了阶段性成果。目前,有50多个项目在国内落地,TüV南德广泛参与了小组的标准制定。


  就如同人要先有骨架,才能在各个维度丰满一样;有了参考架构模型,所有的标准都围绕它来进行。兼容性和互操作性标准亦是如此。针对机器与机器之间的通信和不同机器的兼容,德国已经推出了相关的标准和通信协议。


  “在传统工业自动化兼容看来,兼容性的标准可能是两两兼容,而“工业4.0”要求所有机器之间都兼容。” 张韬形容道。他解释称,针对兼容水平,德国推出了DIN EN 61804-2,专门表达兼容程度。该标准在通信方面概括了通信协议、通信界面、数据类型、参数定义、应用功能和动态性能六大功能,并且针对这六大功能,将兼容性分为不相容、可共存、可互连、可互工作、可互操作和可互换(Incompatible, Coexistent, Interconnectable, Interworkable, Interoperable, Interchangeable)6个层级。而面向服务架构(SOA)则是实现互操作的主要概念。针对这一架构,德国提出了另一个相关标准IEC 62541,规定了开放式平台通信统一架构(OPC——UA),基于此架构,以面向服务架构(SOA)的原则设计的机器操作系统,是符合IEC 62541 要求、能实现互操作性的系统操作软件。


  张韬表示,中德标准的互认工作意义重大,标准统一后,才能逐步实现两国企业跨越国别进行无缝拼接,并进一步实现现代智能化工厂的协调合作。当然,中国也会很快针对互操作性和兼容性推出自己的相关标准,供本国智能制造开发商参考。


  信息安全:牵一发而动全身


  未来的社会是以物联网为核心的“工业4.0”社会,信息安全产生的影响牵一发而动全身。如果过去做安全的思路是“抓坏人”,那么“工业4.0”的做法是“不让坏人进入”。“防御”在某种程度上反映了这种现状。


  TüV南德早在2015年就开始信息安全的研发,2016年为西门子的过程控制系统颁发了全球第一张IEC 62443信息安全证书,保证工业系统不会被外来入侵,同时保护客户商业机密不受泄露。


  据张韬向本刊记者介绍,IEC 62443系列标准分为四大分标准,分别是通用(IEC 62443-1)、政策及程序(IEC 62443-2)、系统(IEC 62443-3)和组件/产品(IEC 62443-4)。这四大分标准分别针对不同概念和对象进行了要求和描述。IEC 62443将信息安全归纳为6个基本安全属性,主要针对保密性、完整性、授权、鉴定、可用性和不可否认性进行安保等级评估;等级越高,难度也会越高。


  工业信息安全已经融入进日常工作的方方面面。张韬举例称,广告公司去某一重量级工业生产企业拍广告,镜头迅速扫过之处如果被拍到某一台电脑上贴了显示登录密码的纸条,这将给黑客留下可乘之机。由此观之,在信息安全体系管理、安保等级改善方面,生产企业还有很多路要走。


  “工业4.0”生态圈:世界制造在同步


  提起“工业4.0”,我们常常从激烈的企业竞争中,被媒体曝光“某某公司开发了智能制造”的醒目报道吸引。然而,“工业4.0”对企业来说并不是竞争生态圈,而是一个生态体系。


  这得从德国“工业4.0” 的起源理解说起。早在2005年,在德国小镇凯泽施劳滕,德国人工智能研究中心下属智能工厂Smartfactory KL便集结40多家德国工业自动化研发厂商建造了一条“工业4.0”示范智能生产线,当时的产品是一个智能名片盒流水线。这条生产线最大的特点是所有产品都来自不同供应商,而并不是完全由某一个品牌完成。其中包括了博世、西门子等硬件提供商,以及SAP等软件提供商,而TüV南德是成员中唯一的认证检测机构。直到2011年在汉诺威工业博览会上被展示,这条生产线才引起了举世轰动。2012年,德国以此推出了国家战略“工业4.0”。


  “所以,‘工业4.0’是一个生态系统,任何单独的企业想要建造智能制造都很困难,只有不同品牌、不同企业依照共同的标准来建设这个生态圈,才更加容易实现智能制造。”张韬表示。


  目前,德国的这条演示模型线生产概念已经被应用到德国很多企业,搭建了32个测试床,形成应用案例237个。部分研究成果也已在德国的大企业中进行了测试和应用,比如博世洪堡生产线。但德国“工业4.0”平台以及RAMI4.0架构概念所建设的生产线还在我国还很难见到相关实例。


  由此来看,要实现智能制造,我国不仅需要从每一个工业控制零部件起步,按照共同的标准设计产品,实现兼容性和互操作性,还要各个企业之间建立起一个生态圈。在这一过程中,国内甚至也会有类似于德国凯泽施劳滕智能制造协会出现,主导我国的生态圈建设。


  从更广泛的意义上看,未来世界同属一个地球村,尤其在工业生产领域,均追求更高效、更个性化、更柔性和更环保地进行生产。无论德国、中国,还是美国,甚至日本,所有国家之间的智能制造如果能加速全球标准化,互相不断统一兼容,实现不同国家互认,就有可能形成一个全球化的智能制造生态圈。


  “‘工业4.0’发展过程是一个不断自我完善的过程,未来也许超越我们的想象。今后能达到一个什么高度,我们还无法预测。”张韬感慨道:“但是,随着中国政府对制造业的宏观调控,中国的智能制造和智能转型升级一定会很快达到一个新水平。”

 


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