从数字化工厂到工业4.0 ——访机械工业仪器仪表综合技术经济研究所所长欧阳劲松

                         
                          机械工业仪器仪表综合技术经济研究所所长 欧阳劲松

    【编者按】欧阳劲松，享受政府特殊津贴的教授级高工，机械工业仪器仪表综合技术经济研究所（简称仪综所）所长，全国工业过程（过程指生产过程，包括连续控制、批控制、数控、机器人控制、工厂自动化控制五个方面。）测量控制和自动化标准化技术委员会（SAC/TC124，对口IEC/TC65和ISO/TC30）副主任委员，现任科技部“十二五”国家科技重大专项（智能制造）专家组成员、国家能源局智能电网设备标准化总体工作组副组长、国家发改委及国家标准化管理委员会成立的国家物联网标准化专家委员会委员。从1987年开始从事仪器仪表、测控及自动化等领域技术研究及标准化工作，从1992年开始从事对口的国际标准化工作，1994年至今一直是IEC/TC65中国代表团主要负责人，具有丰富的标准化工作经验。2009年由于其在国际标准化工作中的突出贡献被IEC授予IEC专家最高荣誉“IEC 1906奖”（ IEC于1906年成立。）。

    数字化工厂和工业4.0是近年来工业界的热门话题。为了更好地了解数字化工厂和工业4.0的相关情况，编者采访了欧阳劲松教授，就如何建设数字化工厂、在工业4.0背景下如何提升我国高端装备制造业的有关技术背景和标准化进行了深入探讨。

    Q：数字化工厂可以说是提升我国战略性新兴产业高端装备制造业的关键内容之一。您认为什么是数字化工厂？它相比传统意义上的工厂有什么突出特点？

    欧阳劲松：IEC词汇库给出的定义是：数字化工厂是数字模型、方法和工具的综合网络（包括仿真和3D虚拟现实可视化），通过连续的没有中断的数据管理集成在一起。它是以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式，是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物。国际上十几年前就开始对数字化工厂进行研究。最初的思想是使用电子描述替代纸质文件，并在软件工具中使用它进行电子布线和安装，以便于集成并减少工程成本。随着信息技术和数据库技术的发展，数字化工厂的概念有了很大的扩展。它集成了产品、生产过程和工厂模型数据库，通过先进的可视化、仿真和文档管理，提高产品质量和生产过程所涉及的质量和动态性能。

    目前国内外流程工厂或制造工厂在设计、运行和维护等各个阶段基本都是独立进行，大量存在上述由于描述工厂内所布置的自动化资产的信息和数据的不一致而导致的互操作障碍，如果想改变一个生产任务十分耗时费力。数字化工厂的突出特点就是建立统一的数据平台，通过连通产品组件与生产系统，将用户需求用描述语言的方式输入系统，全网络统筹组织生产过程的各项资源，在改进质量的同时减少设计时间，加速产品开发周期，实现主机厂内部、生产线供应商、工装夹具供应商等环节同步进行的并行工程。

    Q ：“工业4.0”是2013年汉诺威国际工业博览会上的最大热词，也是目前国内外关注的热门话题。您认为什么是“工业4.0”？它与数字化工厂之间是什么样的关系？

    欧阳劲松：“工业4.0”是由德国联盟教研部与联邦经济技术部联手推动的战略性项目，被看作是继机械制造设备的使用、电力驱动的大规模生产和引入电子信息技术的制造自动化之后，以智能制造为主导的“第四次工业革命”。它的理念源自信息技术与工业技术的融合，通过信息物理系统（CPS）实现产品全生命周期中各制造单元间相互独立地自动交换信息、触发动作和实现控制，将制造业向智能化转型。目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式，实现人、产品与机器之间的互动。工业4.0时代将改变整个生产技术的使用，整个系统将更加智能，联网更加紧密，不同组件之间可以相互沟通，工作更快、做出反应也更加迅速。德国提出工业4.0的概念，也是希望通过整合全国相关企业的资源要素，打通企业间的壁垒，从用户需求出发，形成一体化的制造和服务能力，在保证安全的前提下占领国际市场。

“工业4.0”主要分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。

    去年10月中国工程院与国务院国有资产监督委员会共同举办了“德国工业4.0的理论及实践”学术报告会，特别邀请德国西门子工业集团总裁鲁斯沃博士就工业4.0的概念和西门子公司运用这一概念指导企业发展等情况进行介绍。报告会的举办体现了我国对这一新理念的重视，也为构建我国以企业为主体的技术创新体系和产业转型发展提供了有利借鉴。

    当前支撑工业4.0的技术基础主要包括：数字化工厂、工业通信协议、OPCUA、M2M、片上系统、功能安全、信息安全、集成技术、工程标记语言等。相比数字化工厂，工业4.0是一个更大更宏观的概念。工业4.0是从数字化工厂演变提升而来，数字化工厂是工业4.0的基础和落脚点。只有实现了数字化工厂，才有可能实现工业4.0。

    Q：对于现在的工厂而言，“数字化工厂”或者“工业4.0”仍是个新概念，真正地落到实处可能还需要假以时日。那您觉得下一步建设数字化工厂主要会面临哪些困难？预计需要多长时间来实现这一目标？

    欧阳劲松：数字化工厂的核心是为产品全生命周期的生产过程打造统一的全数字数据平台。这就需要对资产的结构、
功能、性能、位置、业务等方面进行定义，并通过规定的方式将各资产间的关系进行描述，融合相关的国际标准建立一套众多参与企业都可接受的商业模式。因此，打造数字化工厂需要最大限度地应用数字化、仿真及互联网技术，实现硬件全集成、软件全集成、统一数据库，将自动化设计贯穿于整个产品生产过程。实现这些都会面临许多的困难，包括技术、管理、规范等方面，这也是我们下一步的努力方向。

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