工业4.0 参考架构解读

斯欧信息——工业 4.0 集成整合专家

斯欧信息（ SOA ）技术有限公司SOA Information Technolongies Company Limited

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工业 4.0 参考架构深入解读于万钦


内容大纲

工业 4.0 参考架构工业 4.0 5 大核心能力


Why/What/How | 为何、什么、如何？

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工业 4.0—— 为什么？是什么？如何看？怎么干？安筱鹏：工业和信息化部电子信息司副司长技术与资本将成为工业 4.0 时代的两大驱动力。高度自动化、高度信息化和高度网络化将成为工业 4.0 时代的特征

德国工业 4.0 战略

一带一路亚投行国际战略

国家战略：中华复兴前 30 年：“破”，解决温饱，黑猫白猫论后 30 年：“立”，产业转型升级，打造国际竞争力，破解西方 C 型围堵

基础设施建设高铁通讯交通电力中国代言人

大哥，你可得带着偶哦！

俺带你们致富俺来告诉你们怎么建

战略层战略分解战术落地

高铁

建材通讯设备

重型装备高端制造业

机器人物联网自动化

软件集成服务

智慧制造服务提供商

企业目标：智慧制造

新兴产业群

中国制造 2025 （工业4.0 ）

互联网 +

国内战略新三版

中国专家

德国专家西门子 SAP 博世

德国代言人

。。。。


• 德国提出了工业 4.0• 美国提出了产业互联网• 日本的复活方程式• 中国制造 2025

Industry 4.0 Viewpoints | 工业 4.0 全息视角

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国际视角Government Viewpoint

企业视角

行业视角中小企业

GE 、思科、 IBM 、 AT&T 英特尔等 80 多家企业成立了工业互联网联盟

转型视角

理论标准视角研究院所

行业协会

正在重新定义制造业的未来

工信部《中国制造2025 》

• 中国提出了两化深度融合战略

政府视角

永恒的主题：创业与创新

中国工业 4.0 的两大障碍• 传统供应链和生产制造技术不能支持 C2B 业务的快速反应• 中国电商的发展模式主要是搞低价与促销

实践视角

就工業 4.0 而言，中國最缺的是對科技的信仰，對創新的衝動

中國大陸經濟的三大弊端：1. 複製、跟風、模仿2. 低價3. 浮誇、炒作

• 在工業 4.0 世代，臺灣計畫育成大型的SI （系統整合）公司

• IDC 預測，工業 4.0將成為中國傳統製造企業打造智慧工廠的標杆。

• 到 2025 年，使中国制造业迈入制造强国行列• 到 2035 年，使中国制造业整体达到世界制造强国的中等水平• 到 2045 年，使中国制造业综合实力迈入世界制造强国前列

IT 视角


IT Viewpoint | 工业 4.0 的 IT 视角

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• 目标 : 智慧工厂，智能生产• 重点：纵向集成，横向集成，端到端的集成（产品全

生命周期的价值链）• 核心：大数据分析 ( 产品数据，运营数据，价值链数据，外部数据 )

• 基础： CPS （信息物理网络系统）

“ 工业 4 0 不只是工业领域问题，也不只是生活领域问题，它的牵扯面和覆盖面太广，所以其边界很难被界定。不过可以肯定的是：它上可以上升到世界格局．下可以渗透到生活的各个角落。”

IT 视角我们这里主要从 IT 视角来构建工业 4.0 方案

数字化集成化

智能化System of Systems 系统的系统

• 提高生產效率• 降低成本• 實現柔性生產


工业 4.0 总体架构• 工业 4.0总体架构

– 信息层解读– 物理层解读– 服务层解读– 大数据层解读– 流程层解读– 信息访问层解读


工业 4.0 CPS 网络与三项集成

一个网络（ CPS ）

工业 4.0

三项集成以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—信息物理系统（ Cyber-Physical System)相结合的手段，将制造业向智能化转型

横向集成纵向集成

端到端集成智慧工厂、智能生产


信息物理融合系统（ CPS ）概念模型• 虚拟世界和现实世界在工业领域应用中的高度融合；• 是工厂、机器、生产资料、信息系统和人通过网络技术的高度联结

CPS 是实现工业 4.0 的基础 , 没有 CPS 的支撑，智能工厂、智能制造都是空中楼阁


工业 4.0— 端到端集成模型

第一层第一层：用户层，制造业的服务对象，包括直接用户及企业用户第二层

CRM DMS

第二层：客户关系层，企业面向用户提供服务的系统，客户关系管理，分销商管理第三层

PDM/CAD/CAM/CAPP/CAE

第三层：产品开发层，企业内部面向产品研发阶段的工具系统，产品数据管理系统第四层

SCMERP

第四层：生产管理层，企业内部生产计划、采购、人员、财务管理的系统第五层

MES 工程组态第五层：制造管理层，企业内部制造执行、生产监控系统

第六层DCS SCADA

第六层：生产操作层，企业工业生产自动化控制系统第七层PLC RTU/HMI

第七层：控制层，设备控制器第八层第八层：现场层，机器设备、传感器、机器人

信息层，虚拟层制造业业务价值链及信息物理系统

C 端

M 端

C2M

物理层

需求销售

产品生产计划

制造执行运维

业务价值链


主项目主计划制造业复杂环境面临的挑战

域间协同主要是手工完成数据关系及依附相关任务的进展（流程可视化）相关的整个项目计划的进展相关系统元素变更的可视化设计变更角色

应用成果

需求工程师系统工程师软件工程师线路工程师

硬件工程师现场维护

工程经理

流程集成大数据层工业 4.0参考架构 :将知识转换为智慧的过程

oracle

Sql server

DB2

SYBASE

ORACLE

PI

excl

xml

MDM

抽象服务层

服务编排

门户集成

统一访问控制统一待办任务统一信息展现统一业务协作

信息层，虚拟层物理层

C 端

M 端

C2M

第三层PDM/CAD/CAM/CAPP/CAE

第一层

第二层CRM DMS

第四层SCMERP

第五层MES 工程组态

第六层DCS SCADA

第七层PLC HMI第八层：设备、传感器


工业 4.0参考架构 --- 大数据系统C 端

M 端

C2M

oracle

Sql server

DB2

SYBASE

ORACLE

PI

excl

xml

MDM

大数据层抽象服务层

服务编排

流程集成门户集成



第一层

第二层CRM DMS

第四层SCMERP


第六层DCS SCADA第七层PLC HMI第八层

大数据


工业 4.0参考架构 ---CPS 信息物理融合系统C 端

M 端

C2M

oracle

Sql server

DB2

SYBASE

ORACLE

PI

excl

xml

MDM


服务编排




第一层

第二层CRM DMS

第四层SCMERP



大数据CPS 信息物理融合系统


工业 4.0参考架构 --- 三项集成C 端

M 端

C2M

oracle

Sql server

DB2

SYBASE

ORACLE

PI

excl

xml

MDM


服务编排




第一层

第二层CRM DMS

第四层SCMERP



大数据三项集成：纵向集成横向集成端到端的集成


工业 4.0参考架构 --- 三项集成三个层面C 端

M 端

C2M

oracle

Sql server

DB2

SYBASE

ORACLE

PI

excl

xml

MDM


服务编排




第一层

第二层CRM DMS

第四层SCMERP



大数据三项集成：纵向集成横向集成端到端的集成数据集成（ ESB)

流程集成(BPM

)

门户集成(Porta

l)


机械电子软件服务

工业 4.0 实现之难点： CPS 的模型构建

需求定义产品计划产品开发工艺计划生产运行回收产品生命周期（业务价值链，业务域）

产业价值链

学科

主机厂第一层第二层。。。

跨学科M-CADE-CAD

SoftwareServise

制造业业务场景的复杂性

人、机、料


CPS 模型之二：主系统模型系统模型（ SysMLS ）

可追溯根据

视角

分析需求

性能评估

机械设计模型电子设计模型

软件设计模型测试方法模型

外部需求

系统文件和规范

分析模型

较高级别的系统模型用作分析、优化和追溯的集成架构


CPS 模型之一：网络物理模型

设备服务

流程引擎在制品追踪订单管理信息推送

Q质量数据采集调度

企业服务总线W W W A AB2B

A W

生产监控资产管理防错A A A

工业物联网

集成现有业务组件PLM ERP MES SRM DMS CRM

供应商

集团系统

B2CW

互联网网关

车联网


关于 RAMI4.0 参考架构


工业 4.0 ---5 大核心能力


工业 4.0 三项集成的三个层面（三个步骤）

用户接入的端口，解决信息访问接入的问题实现跨系统、跨部门、跨企业的端到端协同流程的驱动解决异构系统、设备的接入问题


工业 4.0 三项集成的三个层面

门户集成• 门户集成解决信息的统一访问和展现，实现现有系统的单点登录，实现信息的集聚、人员的集聚，任务的集聚，实现企业内部的在线协作。

流程集成• 流程的集成是实现跨系统、跨部门的业务协作，目的是解决现有业务系统之间的片段流程断点问题，实现业务信息的及时传递，实现端到端的流程协

作。

服务 / 数据集成• 数据集成是解决异构系统之间的连通性问题及数据交换问题、生产设备实时数据的采集问题。

工业 4.0 之三项集成


第一层：门户集成（ Portal ）

解决信息的统一访问和展现，实现现有系统的单点登录，实现信息的集聚、人员的集聚，任务的集聚，实现企业内部的在线协作，给正确的人以正确的信息，指导其做正确的工作。


第二层：流程的集成（ BPM ）

实现跨系统、跨部门、跨企业的业务协作，目的是解决现有业务系统之间的片段流程断点问题，实现业务信息的及时传递，实现端到端的流程协作


Industry 4.0 Key Capabilities| 工业 4.0 核心能力

横向集成 API 生态圈

设备物联化，智能化

基于总线的工业制造集成在 ERP之外更广阔的企业业务流程

变信息为工业制造的洞察力

定制化1

4

2 3

5


工业 4.0关键能力 1 ：设备物联化，智能化


工业 4.0关键能力 2 ：基于总线的工业制造集成


工业互联网的延伸：“务”联网的概念服务的概念即是 SOA 的核心， SOA 即是解决异构系统、设备、网络相互连接的技术方法

斯欧信息——工业 4.0 集成整合专家 36

工业 4.0关键能力 2 ：基于总线的工业制造集成制造集成框架


工业 4.0关键能力 3 ：在 ERP外更广阔的企业业务流程(BPM)


工业 4.0— 纵向集成零部件供应

售后服务CAM/CAPP

供应链管理 SCM

生产管理 /ERP

订单 / 合同渠道 / 分销

竞争对手管理

维修站 (点 )管理进出口

物流销售过程管理

库房管理

产品研发过程PDM/SDM/TDM

客户关系 CRM

客户

产品BOM/变更

质量跟踪

制造执行系统 MES

CAD/CAM

产品生产组织

产品研发 / 设计产品销售解决企业内部信息孤岛的集成！


工业 4.0关键能力 4 ：变信息为工业制造的洞察力


工业大数据分析实现途径分析模型怎么建？采用什么技术？数理统计方法过时了？HADOOP?数据采集？

工业数据需要精准数据

时间维度（日 / 月 /年）

主数据（人、机、料）

视角（决策分析）

度量指标（管理对象的量、率）位置

供应商客户人员产品

成本订单、合同量计划量

库存量下线量缺失量报废量返修量

收入销售量

市场分析销售分析

财务分析

物流量

竞争分析生产分析

客户分析

质量分析业务流水数据：业务系统提供

主数据基础信息

数据的准确性数据的多维度、可视化数据的关联关系数据与业务的结合数据与业务管理的结合

数据空间关系图

数据中心

利润利润率


BOM 使用

构思概念设计

产品设计制造销售

售后服务

产品生命周期及业务价值链

Request CAXPDM/TDM/

SDM/PMERP/MES DMS CRM信息系统

设计师产品设计部门生产 & 制造部门销售销售 &售后

专业角色

管理对象

存储对象

需求树结构 / 工艺产品、制造 /采购产品、客户客户、配件

R-BOM EBOM/PBOM PBOM/MBOM C-BOM S-BOM


工业 4.0关键能力 5 ：横向集成 API 生态圈


工业 4.0— 横向集成

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• 企业与企业之间• 企业与售出产品之间• 企业内部的业务信息向企业以外的供应商、经销商、用户延伸• ……

横向集成是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合，是为了实现各企业间的无缝合作，提供实时产品与服务

集团系统

互联网网关企业服务总线

供应商W W

W

B2B

B2C


更多信息

企业微信号： CHINA-SOA谢谢！

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