2025制造業(yè)智慧工廠探索實踐

目錄TOC\o"1-3"\h\u24782第1 我國制造業(yè)的回顧與發(fā) 3212451.2 14179171.3 17312351.4 21148031.5實施制造強國戰(zhàn)略《中國制造2025 288592第2 美歐智能制造政策動 31306172.2 36164852.2.1 37316092.2.2 43264372.2.3 49298222.3 5791942.3.2 62300932.3.3 70290172.3.4 78149872.3.5 88156552.3.6 9279142.3.7 96287512.3.8 100158132.4 105244162.4.2 113122372.4.3 11715756第3 智慧工廠的使能技 122176003.2 125206813.3 12844033.4 13315583.4.2 13566513.4.3 15720013.4.4 161323043.4.5 166261403.4.6 169279533.4.7 180316363.4.8 18511475第4 中國智慧工廠1.0的理 19210464.1 1942654.1.1起源—— 195298104.1.2形成——中國智慧工廠 202174384.2 204238884.2.2 205100584.2.3 206159034.2.4 207151064.2.5 208248644.2.6 20913733第5 中國智慧工廠1.0實 211194325.1 212215945.1.1 21413495.1.2 216204645.1.3 218253695.1.4 220281085.1.5 222266535.2 223135985.3智慧工廠1.0 22514509第6 中小企業(yè)轉(zhuǎn)型診斷和頂層設(shè) 232212436.1 23399986.2 239194726.3 24168606.4制定智慧工廠1.0 243207346.5 24529732 247第1 我國制造業(yè)的回顧與發(fā)《中國工業(yè)化報告（2009）》[1]的數(shù)據(jù)為依據(jù)，將其與2015《制造強國戰(zhàn)略研究：綜合卷》[2]2014~2015：工業(yè)現(xiàn)代化研究》[3] 我國15個行業(yè)工業(yè)現(xiàn)代化水平綜合指數(shù)的匯總表1-2 制造強國評價體系各級指標權(quán)電子信息技術(shù)發(fā)展周期遵循摩爾定律（集成電路密度1824個月翻倍）和吉爾特定律（網(wǎng)絡(luò)帶寬6個月翻倍），而裝備制造業(yè)的技術(shù)迭代周期則慢很多，以紡機中的關(guān)鍵設(shè)備絡(luò)筒機為例，其技術(shù)更新周期為810年，因此電子信息技術(shù)已經(jīng)成為促進紡機自動化發(fā)展最積極的因素?？v觀絡(luò)筒機60年發(fā)展史，其中也有一個摩爾定律——新一代，也就是絡(luò)筒機價格不變（15萬美金），高，純機械成本至少下降15，第6代機電軟一體化智能模塊在總成本中所占比重已超過75，同時帶給用戶紡紗的附加值大幅提升20（生產(chǎn)率提高和能耗下降）。面對工業(yè)4.0201286.70，工業(yè)制成品出口占全國貨物出口總量的95.09業(yè)的發(fā)展具有重要的支撐帶動作用，例如先進的通信設(shè)備帶動了年增加值約1.4萬億元的信息服務(wù)業(yè)，發(fā)達的汽車制造業(yè)將帶動兩倍汽車售價的汽車后服務(wù)業(yè)。2012年，我國制造業(yè)增加值為20792.62億美元，在全球制造業(yè)中占比約20，與美國相當，成為世界制造大國（見圖11） 四國制造業(yè)增加值對比濟發(fā)展的主導(dǎo)力量——實施制造強國戰(zhàn)略《中國制造2025第2 美歐智能制造政策動 健康與可持續(xù)的制 智能制造的概與此同時，于2007年開始的歐盟第七個框架計劃（7）提出利用智能制造實現(xiàn)制造模式的新革命，并且利用7項目為計劃提供資金支持。目前，7中的信息與通信技術(shù)主題（投資91.2億歐元）和納米科學(xué)、納米技術(shù)、材料與新生產(chǎn)技術(shù)主題（投資35.05億歐元下都有對計劃提供支持的項目。會這一關(guān)鍵領(lǐng)域中，歐盟提出了智能工廠、標準、大數(shù)據(jù)、云計算和數(shù)字化技能5個優(yōu)先行動領(lǐng)域，這實際上將歐盟未來工廠戰(zhàn)略計劃和工業(yè)4.0等國家戰(zhàn)略相統(tǒng)一。在歐盟對智能制造的推動上，德國始終扮演著最積極的角色，其提出的工業(yè)4.0來智能制造總體發(fā)展構(gòu)想的代名詞。此外，英國也開始思索如何在未來形成更具競爭力的制造業(yè)，其標志性成果就是一系列制造的未來研究報告。德國是工業(yè)大國和工業(yè)強國，智能制造的工業(yè)基礎(chǔ)健全且強健，核心技術(shù)和部件基本都可以自主研發(fā)制造；德國的工業(yè)4.0度最高的智能制造的概念代名詞，軟件密集型嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展是其核心之一；政府頒布了耗資上百億歐元的高科技戰(zhàn)略，將工業(yè)4.0國家計劃，其下聚集了最頂尖的工業(yè)企業(yè)；依托強大的工業(yè)基礎(chǔ)以及政府的有效組織，工業(yè)4.0的雛形已經(jīng)在眾多項目中顯現(xiàn)。用一句話概括就是，德國具備獨立發(fā)展智能制造的完整生態(tài)系統(tǒng)。德國不僅擁有西門子、博世這樣的多元化工業(yè)集團，它們在上述4個領(lǐng)域都具備不俗的實力，能夠提出集成的解決方案，還擁有、庫卡、、哈挺、、dn、鳳凰、、po、這樣的專業(yè)化軟硬件系統(tǒng)供應(yīng)商，加之弗勞恩霍夫研究所、德國人工智能研究中心、亞琛工業(yè)大學(xué)這些世界領(lǐng)先的研究機構(gòu)和大學(xué)，以及戴姆勒、蒂森克虜伯、發(fā)動機等終端產(chǎn)品制造商，使其具備全面研發(fā)與應(yīng)用工業(yè)4.0的實力與環(huán)境。德國提出的工業(yè)4.0被認為是智能制造概念的一個代名詞，可以說一提到智能制造就會聯(lián)想到工業(yè)4.0。工業(yè)4.0是一個含義廣泛的理念，它既指代了第四次工業(yè)革命，也包含了信息物理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)網(wǎng)、機機（2）通信這樣最前沿的技術(shù)領(lǐng)域。對于智能制造來說，工業(yè)4.0式生產(chǎn)技術(shù)的聯(lián)網(wǎng)和相互通信（即），使制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。在工業(yè)4.0理念中，產(chǎn)品本身就是生產(chǎn)過程中的一個具有能動性的元素，這些產(chǎn)品中包含著全部必需的生產(chǎn)信息，這種智能產(chǎn)品的概念是德國提出并推崇的。通過，企業(yè)不僅可以清晰地識別、定位產(chǎn)品，還可全面掌握產(chǎn)品的生產(chǎn)過程、當前狀態(tài)以及至目標狀態(tài)的可選路徑。用德國提出的智能工廠概念來解釋，也就是數(shù)字世界和物理世界無縫融合。西門子的安貝格工廠是其宣傳工業(yè)4.0中，大部分生產(chǎn)都實現(xiàn)了數(shù)字化，并獨立于實際生產(chǎn)進行了仿真和優(yōu)化，先進的制造執(zhí)行系統(tǒng)（）允許在一分鐘之內(nèi)更改產(chǎn)品和工序，顯著提高了生產(chǎn)效率和柔性。每天大約有100多萬個測量數(shù)據(jù)不斷地涌入中央系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)矩陣碼掃描器和射頻識別（）芯片，采集產(chǎn)品信息并將其加載到中央系統(tǒng)，以確保數(shù)據(jù)的一致性。控制系統(tǒng)可以掌握每一件產(chǎn)品的信息，如產(chǎn)品當前狀態(tài)、是否通過檢驗等。若該產(chǎn)品未能通過檢驗，控制系統(tǒng)將按照原有程序?qū)ζ涓缮?，比如自動將維護信息發(fā)送給質(zhì)量控制部門的技術(shù)人員。運用這些技術(shù)，該廠幾乎成為了誤差最小的工廠，產(chǎn)品合格率為99.9985。作為率先提出智能制造的國家，美國于1992年開始執(zhí)行新技術(shù)政策，大力支持所謂的關(guān)鍵重大技術(shù)而智能制造技術(shù)也列入其中。在1995年啟動的國際智能制造系統(tǒng)（）十年期研究計劃中，美國有122家企業(yè)和組織積極參與，目前仍舊同歐盟等一起作為計劃的核心成員。美國能源部、商務(wù)部國家標準與技術(shù)研究院（）和國家科學(xué)基金（）要支持力量，近年來資助并設(shè)立了眾多研究項目，推動其發(fā)展，這其中就包括美國智能制造領(lǐng)導(dǎo)力聯(lián)盟計劃。2006年，提出了信息物理系統(tǒng)的概念，并與一起給予大力支持。2014年12月，美國政府宣布，國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中智能制造創(chuàng)新機構(gòu)的組建工作將由能源部牽頭啟動，該機構(gòu)將開發(fā)并推廣包括先進傳感器和復(fù)雜工藝控制在內(nèi)的智能制造新技術(shù)。和項目，以對武器裝備研制生產(chǎn)中的智能制造進行研究與實踐。在年啟動的下一代制造技術(shù)計劃中，國防部確定了6個重點領(lǐng)域，其中制造的領(lǐng)域。2010年，國防部制造技術(shù)計劃增加了先進制造企業(yè)投資關(guān)智能制造領(lǐng)域的研究方向。國防預(yù)先研究計劃局（）于2010年啟動的自適應(yīng)運載器制造（）項目使大型復(fù)雜系統(tǒng)制造在設(shè)計和制造的部分環(huán)節(jié)實現(xiàn)了智能化。國防部2014年牽頭成立的數(shù)字化制造和設(shè)計創(chuàng)新機構(gòu)的使命之一就是在智能制造方面引領(lǐng)創(chuàng)新，并將與項目相結(jié)合，將研究成果轉(zhuǎn)化到武器裝備研制生產(chǎn)中。此外，公司作為世界最大的多元工業(yè)集團，也提出了自己的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念。與工業(yè)4.0的基本理念相似，它同樣倡導(dǎo)將人、數(shù)據(jù)和源、交通、醫(yī)療等更多工業(yè)領(lǐng)域。公司預(yù)測，如果工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠使生產(chǎn)率每年提高11.5，那么未來20年，它將使美國人的平均收入比當前提高2540。如果世界上其他地區(qū)能確保實現(xiàn)美國生產(chǎn)率增長的一半，那么工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在此期間會為全球增加1015萬億美元。據(jù)了很大篇幅。能源部支持了智能制造領(lǐng)導(dǎo)力聯(lián)盟計劃，商務(wù)部支持了智能制造項目，國防部支持了包括下一代制造技術(shù)計劃、數(shù)字化制造和設(shè)計創(chuàng)新機構(gòu)在內(nèi)的一系列項目。企業(yè)尤其是終端產(chǎn)品制造權(quán)保障，重視中小企業(yè)，加深管產(chǎn)學(xué)研用合作。美國政府從2011接連發(fā)布美國創(chuàng)新戰(zhàn)略、先進制造伙伴計劃、國家先進制造戰(zhàn)略計劃，并且配套實施了國家機器人計劃、國家納米技術(shù)計劃、材料基因組計劃、國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)計劃等，每個計劃都把知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新形成完整的商業(yè)化鏈條，從而推進每個領(lǐng)域內(nèi)持續(xù)不斷的自主創(chuàng)新。的“IMS2020”路線圖就是這一計劃最新的行動指南，它對于未來制造的為“IMS2020”的路線圖項目，項目提出了“智能制造系統(tǒng)2020”愿景，以“IMS2020”是歐盟資助的一個路線圖項目，于2010年啟動，合作伙大學(xué)、麻省理工大學(xué)等。項目提出了“IMS2020”愿景，制定了行動路線未來制造的“IMS2020”愿景可以總結(jié)為以下3關(guān)鍵領(lǐng)域主題1在“IMS2020”路線圖中，可持續(xù)性的意義重大，它旨在改進技術(shù)、關(guān)鍵領(lǐng)域主題2在“IMS2020”路線圖中，高能效制造旨在通過創(chuàng)新的方法和技術(shù)，關(guān)鍵領(lǐng)域主題3在“IMS2020”路線圖中，面向制造的關(guān)鍵技術(shù)正在開發(fā)：讓系統(tǒng)制造在該計劃中占據(jù)了核心位置。該計劃也與歐盟“IMS2020”路線圖相呼 制造未來產(chǎn)品路線圖提出了6廠資源（資產(chǎn)、機床、工人和物品）德國工業(yè)4.0已經(jīng)超越美國第三次工業(yè)革命和3打印概念，成為工業(yè)界最熱點的話題。工業(yè)4.0就是打造基于信息物理系統(tǒng)的智能制造模式，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)和服務(wù)聯(lián)網(wǎng)?？偟膩砜矗I(yè)4.0計劃的核心就是通過信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)力，“ICT2020——創(chuàng)新研究”計劃特別注重復(fù)雜系統(tǒng)的ICT、新業(yè)務(wù)過 工業(yè)4.0智能工廠流水是為數(shù)不多的給出了智能制造定義的組織，而且提出了若干關(guān)鍵技術(shù)，具體包括：聯(lián)網(wǎng)的傳感器、數(shù)據(jù)互用性、多尺度動態(tài)建模與仿真、智能自動化、可擴展的多層級信息安全。組織制訂的能流程制造路線圖和智能制造企業(yè)（聯(lián)盟）行動計劃就圍繞這些關(guān)鍵技術(shù)，確定了集成的發(fā)展路線。 制造生態(tài)系統(tǒng)中的多層數(shù)據(jù)管用4個行動計劃打造智能制造企業(yè)。智能制造企業(yè)（聯(lián)盟）應(yīng)該從化的，業(yè)務(wù)和制造都是高效協(xié)同運行的。針對這個2020年的目標，確立了4個行動計劃：①搭建面向智能制造的工業(yè)界建模與仿真制造工廠和供應(yīng)商之間實現(xiàn)企業(yè)（聯(lián)盟）的教育與培訓(xùn)。 在SMLC2011年6月發(fā)布的《實施21世紀的智能制造》報告中詳細 智能流程制造的5條實現(xiàn)路 與開放式制造、基于模型的企業(yè)、可生產(chǎn)性建模、網(wǎng)絡(luò)中心制造、系統(tǒng)2020等美國國防部已開展的計劃、項目相輔相成，有助于要一環(huán)。74家，包括42家企業(yè)、23家大學(xué)和實驗室，以及9字制造開放研究實驗室的合作伙伴包括波音、洛馬、通用電氣、羅·羅、卡特彼勒、、約翰迪爾、西門子、微軟等公司。先進制造企業(yè)。關(guān)注主題是的基于模型的工程定義（）和技術(shù)數(shù)據(jù)包（）注的三維模型；利用基于協(xié)同技術(shù)的云計算這樣的創(chuàng)新解決方案，演示驗證這些三維模型在供應(yīng)商之間的可靠轉(zhuǎn)換，并且將力進行連接，演示驗證供應(yīng)鏈的集成。關(guān)鍵的任務(wù)包括：演示驗證和/或建立標準、構(gòu)建全生命周期信息流及其構(gòu)架、性能預(yù)測。智能機床先進制造企業(yè)方向的關(guān)注主題就是式轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)和前提，也與之前美國國防部下一代制造技術(shù)計劃的項目、制造技術(shù)計劃的方向相呼應(yīng)。智能機床關(guān)注的不僅僅是硬件方面，也有軟件部分，目的是利用現(xiàn)有設(shè)備以及即插即用的智能化軟硬件工具集實現(xiàn)智能加工。先進分析關(guān)注的是設(shè)計與制造的一體化，將先進測量科學(xué)計量方法加入設(shè)計與生產(chǎn)決策過程中，以更智能地實現(xiàn)產(chǎn)品、工藝設(shè)計。安全則明顯是智能制造的保障。美國國家標準與技術(shù)研究院（）是美國政府振興制造業(yè)戰(zhàn)略的牽頭單位，先進制造國家計劃辦公室（）就掛靠于此，先進伙伴關(guān)系（）、國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)（）等戰(zhàn)略計劃都由協(xié)調(diào)，因此，其對智能制造開展的研究可以說直接反映了美國政府對于智能制造的定位、需求，以及發(fā)展重點。為實現(xiàn)智能美國的目標，美國商務(wù)部國家標準與技術(shù)研究院的工程實驗室（）智能系統(tǒng)分部和制造系統(tǒng)集成分部在2013年一起主持了一系列智能制造項目，其戰(zhàn)略目標是通過先進測量科學(xué)為下一代制在美國先進制造領(lǐng)域的開發(fā)、應(yīng)用與集成。此外，針對智能制造的核心的發(fā)展，于2012年3月資助了信息物理系統(tǒng)創(chuàng)新基礎(chǔ)研討會，識別美國在創(chuàng)新與競爭上的前沿技術(shù)壁壘以及知識缺口，提出了面向21音、范德比爾特大學(xué)、聯(lián)合技術(shù)公司、霍尼韋爾、福特公司等是T委員會成員。2014年6月，成立了公眾工作組（），幫助定義并形成研發(fā)的關(guān)鍵方面，加速其發(fā)展和實施。該工作組由5個隱私、數(shù)據(jù)互用性。發(fā)展的5個技術(shù)主題：可靠、安全和牢靠的系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同、與人交互的系統(tǒng)；跨越數(shù)字物理界限的工程；教育、勞動力、培訓(xùn)和技術(shù)轉(zhuǎn)化。公司認為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是兩大革命中先進技術(shù)、產(chǎn)品與平臺的結(jié)合，即工業(yè)革命中的機器、設(shè)施與網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)革命中的計算、信息、通信結(jié)合。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將通過智能機床、先進分析方法以及人的值的角度來看，公司認為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價值可以從三方面體現(xiàn)：效率；第三，優(yōu)化并簡化運營，提高運營效率。 （機床）、設(shè)施、機隊（車船）·GB/T30976.1-2014-工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全第1·GB/T30976.2-2014-工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全第2部分：驗收規(guī)范。第3 智慧工廠的使能技工業(yè)4.0從工業(yè)4.0的主要組成部分，可以導(dǎo)出6個設(shè)計原理[1]，詳見表3-1 由表31可見，互操作性是實現(xiàn)工業(yè)4.0的關(guān)鍵技術(shù)，即工業(yè)4.0中非常重要的使能技術(shù)（nbnghnoogy）。在不同之間、與人之間，要通過o和o互聯(lián)互通，則必須在不同行業(yè)技術(shù)專業(yè)技術(shù)之間進行無歧義、明確的信息傳遞和交換，這就是語義互操作性。成功實現(xiàn)不同制造業(yè)的間的互聯(lián)互通的關(guān)鍵因素將是語義互操作性的標準化。在工業(yè)4.0的一個實驗性樣板工程oyL中，語義互操作意味著在這個工廠中所有的（工件的加工工段、工件的傳輸載體、裝配工段以及產(chǎn)品）間都能夠通過開放式網(wǎng)絡(luò)和語義描述進行通信。 信息物理系統(tǒng)（CyberPhysicalSystem，CPS），也有人稱為信息物迎加入書社,每日海量書籍,大師課精彩分享. （CyberSpace）5C架構(gòu)由智能連接層（smartconnectionlevel）、數(shù)據(jù)-（data-to-informationconversionlevel）、信息控制層（cyberlevel）、認知知識層（CognitionLevel）和組態(tài)層（ConfigurationLevel）自下而上 部件的自動化（component-basedautomation），軟件安裝階段組態(tài)（deploymenttimeconfiguration），通信和分散的功能性對分層通信結(jié)正在用OT，即operationtechnologies來表達這一系列技術(shù)的總合）之61131-3的XMLScheme、IEC61131-3的OPCUA信息模型及Server功能SDN（SoftwareDefinitionNetworking）、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。還在開發(fā)中的使能技術(shù)（enabling間的通信（M2M），基于OPCUA的垂直集成語義互操作性的實現(xiàn)技術(shù)控制規(guī)范、機械安全規(guī)范、IEC61131-3的XML格式規(guī)范和IEC61131-3善能耗和減小空間（PCB85%的空間被模擬芯片和離散元器件所占據(jù)，IEC61131-3推動了PLCIEC61131-3推動PLC為適應(yīng)工業(yè)4.0和智能制造的軟件需求，IEC61131-3的第3版將和順序控制、運動控制、過程控制等）工作階段（如編程組態(tài)、仿真調(diào)試、維護管理等）而且往往在使用不同的軟件時必需自行定義標簽變量（g），而定義動會導(dǎo)致人力資源成本高，效率低下。和運動控制的功能組合在控制軟件的編制中；為實現(xiàn)IEC61131-3編程與了在IEC61131-3的開發(fā)環(huán)境下涉及安全的規(guī)范；公布了《PLC性能的基與OPC基金會合作開發(fā)：IEC61131-3的信息模型（2010.5發(fā)布）、IEC61131-3的OPCUAClientFB客戶端功能塊（2015.3發(fā)布），IEC61131-3的OPCUAServerFB服務(wù)端功能塊（2015.3發(fā)布）。這些規(guī)范經(jīng)美國 如今工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0和智慧工廠的應(yīng)用正在快速推進和實現(xiàn)。盡管有一些由供應(yīng)商所開發(fā)的數(shù)據(jù)交換協(xié)議，但都不能提供使控制器與企業(yè)信息系統(tǒng)、云端之間的信息傳輸暢通無阻的可互操作性，而運用opn的C功能塊，可使這一信息傳輸過程大為簡化和改善。開放的opn規(guī)范和標準改善了自動化控制系統(tǒng)的設(shè)備可互操作性。運用基于C611313的CAvr服務(wù)端功能塊，將簡化智能傳感器、控制器與企業(yè)管理系統(tǒng)和生產(chǎn)調(diào)度執(zhí)行系統(tǒng)的通信，與云端的通信以及與互聯(lián)網(wǎng)的通信。機，通常是伺服電動機）加速度變化率（躍度）工作組，歷時十多年，目的在于：在IEC61131-3為基礎(chǔ)的編程環(huán)境下，PLCopen針對運動控制標準化的技術(shù)路線是，在IEC61131-3為基礎(chǔ)顯而易見，IEC61131-3為機械部件的運動控制提供一種良好的架此說，IEC6113-1-3與PLCopen的運動控制規(guī)范的緊密結(jié)合提供了理想 智能制造和智慧工廠正在全球蓬勃發(fā)展，其中，首當其沖的關(guān)鍵問題就是和機器人這些制造單元的開放架構(gòu)。、、等都要求制造設(shè)備層能提供基于技術(shù)的軟硬件接口。而且智能制造技術(shù)的實現(xiàn)也要求絡(luò)和軟件接口。與此同時，由于驅(qū)動技術(shù)和機器人技術(shù)的發(fā)展，使得用機器人來控制前智能制造裝置最前沿的一個值得關(guān)注的動向，這就是技術(shù)、機器人技術(shù)和技術(shù)正在呈現(xiàn)融合發(fā)展的趨勢。的控制軟件解決方案。它可以嵌入到基于IEC61131-3的PLC編程平臺opn制定機械安全規(guī)范的目的在于讓用戶的機械水平和工廠水平達到功能安全規(guī)范C61508的要求。opn與專業(yè)從事安全的機構(gòu)ü一起定義了在C61131開發(fā)環(huán)境下涉及安全的規(guī)范。這必須由集成在C611313全功能性的標準化，即：①定義與安全相關(guān)的函數(shù)集和功能塊集；②在編程環(huán)境中進行支持，包括編程語言（、）和功能性（安全數(shù)據(jù)類型和說明等）；③出錯處理和診斷。按照功能安全國際工業(yè)標準IEC61508第三部分的規(guī)定，編寫功能C++、匯編語言等），另一類是有限可變語言LVL（如IEC61131-3規(guī)定 符合功能安全的軟件的基本概PLCopen開發(fā)的機械安全規(guī)范與IEC61131-3所支持的邏輯和順序控 在IEC61131-3的編程環(huán)境下組合邏輯控制、運動控制和功能安opn的機械安全規(guī)范包含4個部分：第12部分為用戶舉例、第3部分為第1部分的擴展、第4部分為壓力機的擴展。 5.PLCopen和OPC基金會合作開發(fā)的IEC61131-3信息模型建立IEC61131-3的OPCUA信息模型的目的在于提高控制器和可視象具有IEC61131-3軟件模型，而它們的詳細描述均在OPCUA的命名空間內(nèi)由OPCUA的公共工作組給出的規(guī)則予以實現(xiàn)。2006年發(fā)布了OPCUA規(guī)范，它將原有的OPCDA、OPCA&E、OPCHAD等整合到可廣泛應(yīng)用于面向服務(wù)的架構(gòu)SOA，并且增加了許OPCUA具有兩個維度：①通過將OPC技術(shù)嵌入裝置級的設(shè)備和應(yīng)目前C已經(jīng)被接受為一種國際計算技術(shù)的標準，目的在于讓工業(yè)自動化系統(tǒng)進入通用計算機工業(yè)所能夠進入的領(lǐng)域。這樣，C成為了計算機工業(yè)中普遍采用的公共標準，應(yīng)用于系統(tǒng)通信和各種互聯(lián)、互通、互操作的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。3（世界互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟）種b服務(wù)：用軟件系統(tǒng)支持通過網(wǎng)絡(luò)的2（機器對機器）的互操作。2010年已由公司在異構(gòu)的控制器和構(gòu)成的系統(tǒng)中實IEC和ISO接受為國際標準（IEC/ISO62264）。而B2MML是這個系列標OPCUA/ISA95聯(lián)合規(guī)范。有了這些基礎(chǔ)性的工作，過去控制工程師使用OPCUA對象在控制61131-3編程的數(shù)據(jù)交換規(guī)范（見圖3-10）。通過為IEC61131-3規(guī)定一 XML技術(shù)，把IEC61131-3環(huán)境下的完整工程項目的全部信息用XML格類似于建模工具（如：通用建模語言），opn的規(guī)序的接口，還規(guī)定了功能塊庫的分發(fā)格式（dbuono）。于是，由圖311可知，從縱向看的生成軟件與使用軟件之間提供接口。從橫向看，它又為不同工程項目的開發(fā)工具和程序組織單元提供輸入輸出接口。 Siemens、RockwellAutomation等工業(yè)企業(yè)，軟件和服務(wù)商netAllied、AutomationML（AutomationMarkupLanguage），進行標準化。制定工藝流程（設(shè)備）布局方面，采用CAEX標準（ComputerAidedEngineeringExchange），這是一種基于XML的容許存儲分層結(jié)構(gòu)對象為方面，采用PLCopen組織的IEC61131-3的XML格式。西門子工業(yè)領(lǐng)域的首席執(zhí)行官魯思沃教授2014年7月在北京的演講中指出，工業(yè)4.0的三大支柱是：、虛擬和現(xiàn)實的結(jié)合、息融合系統(tǒng)。在西門子看來，工業(yè)4.0這三大支柱中，將會起到更重要的作用。這是迄今為止將在工業(yè)4.0中的作用詮釋得最清晰的論斷。 隨業(yè)務(wù)功能發(fā)展經(jīng)歷了四代的 MOM—ManafaturingOperationManagement，制造運營管理CPM—CollaborativeProductionManagement，協(xié)調(diào)生產(chǎn)管 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的架IEEE802.15.4和ZigBee、Wi-Fi；以及基于云計算的、適應(yīng)大數(shù)據(jù)存儲表3-4工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的各個部件及其功能性（機械系統(tǒng)）， 由多個機電功能模塊構(gòu)成可自動組態(tài)的生產(chǎn) 機電功能模塊的基本部件組 機械工程、電子電氣工程和信息工程等多學(xué)科的融德國工業(yè)4.0是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用案例（usecase）、基礎(chǔ)、非功能性特性、技術(shù)系62264（ISA95）和批量控制標準IEC61512（ISA88），基本上只是系3-19）和工業(yè)4.0的基本單元（componentofIndustry4.0）模型[3，4]（見 工業(yè)4.0的參考架構(gòu)模型 工業(yè)4.0的基本單元模右面的水平軸按照IEC62264（即ISA95）企業(yè)信息集成國際標左面的水平軸按照IEC62890（即ISA105）工業(yè)4.0的基本單元可以是硬件單元，也可以是軟件單元。成為工業(yè)4.0基本單元的一個先決條件是：它必須在整個生命周期內(nèi)采集所有相關(guān)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存放在由該基本單元所承載的具有信息安全的電子容器內(nèi)，并由它把這些數(shù)據(jù)提供給企業(yè)參與價值鏈的過程中。在工業(yè)4.0基本單元的模型中，這個電子容器就稱為管理殼件是：基本單元的真實對象必須具有通信能力，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)和功能。這樣，生產(chǎn)環(huán)境中的硬件單元和軟件單元之間就能進行符合工業(yè)4.0要求的通信。生產(chǎn)環(huán)境中硬件單元（如一臺機械裝備）工業(yè)4.0基本單元的管理殼存放了大量數(shù)據(jù)和信息，包括由制造商提供的作人員又在其中增加了與其他硬軟件連接的信息和維護信息。工業(yè)4.0的平臺規(guī)定了數(shù)據(jù)信息安全的措施，以確保數(shù)據(jù)的可用性、可信性和完整性?！皍secase”智能制造標準化體系語境下的基礎(chǔ)包括3名詞術(shù)語：術(shù)語可以在IEC60050系列標準的基礎(chǔ)上擴展和補軟件定義聯(lián)網(wǎng)（ondokng，）可以在保證信息安全的前提下，統(tǒng)籌實現(xiàn)資產(chǎn)設(shè)備和運營資產(chǎn)設(shè)備這兩類系統(tǒng)的各類服務(wù)的集成，而絲毫不會影響兩個系統(tǒng)各自的管控。從而為規(guī)避傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的弊端、重建新網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了可能。種公共的應(yīng)用程序編程接口（ApplicationProgrammingInterface，API）2011年成立的開放聯(lián)網(wǎng)基金會（OpenNetworkingFoundation，為了適應(yīng)智能制造和智慧工廠的需求，當前工業(yè)網(wǎng)絡(luò)正面臨由現(xiàn)場總線加速向工業(yè)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)型、由單一功能的通信總線加速向多功能通信演進、由缺乏網(wǎng)絡(luò)管理加速向智能網(wǎng)絡(luò)管理發(fā)展的趨勢?？雌饋砟軌蚓C合各方面要求的解決方案非軟件定義工業(yè)網(wǎng)絡(luò)莫屬，也就是說，利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)的基本理念和實施規(guī)范來開發(fā)軟件定義工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，這是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新突破的方向。美國開發(fā)了一種軟件定義工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，其中各種工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)（如hn、和on）都可以通過控制數(shù)據(jù)面接口（pno）與控制器相連接。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)中運用被稱為表達狀態(tài)轉(zhuǎn)移（pnonen）的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)RESTFULAPI作為支持系統(tǒng)和應(yīng)用之間標準接口的架構(gòu)。這樣，控 新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的軟件定義網(wǎng)絡(luò)的基本架 傳統(tǒng)工廠的建設(shè)模式示數(shù)字工廠有著眾多不同的表述。德國工程師協(xié)會（VereinDeutscher 數(shù)字工廠建設(shè)模式示 虛實結(jié)合的數(shù)字工廠推進示第4 中國智慧工廠1.0的理起源——“科技自動化”（Sci-techAutomation）全新理念（見圖4-1）可以表 科技自動化全新理念圖2008年倍福公司推出了帶有分布時鐘（dbueok）的階躍響應(yīng)1的超高速模塊（）。使用模塊，結(jié)合可執(zhí)行50級任務(wù)的以及能在數(shù)十微秒內(nèi)刷新數(shù)據(jù)的h，倍?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定 科技自動化的三維模形成—