从数字化工厂到工业0

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 【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1 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”2。 数字化工厂和工业 4.0 是近年来工业界的热门话题。为了更好的了解数字化 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。 1.国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-20 年）制造业领域“数字 化和智能化设计制造”优先主题中指出“重点研究数字化设计制造集成技术，建 立若干行业的产品数字化和智能化设计制造平台”。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 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 1 1 / 7 7 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臵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。 2.“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 “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 1 2 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。 IEC 于 1906 年成立。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、作出反应也更加迅速。德国提出工业 4.0 的概念，也是希望通过整合全国 2 2 / 7 7 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、OPC-U A、M2M、片上系统、功能安全、信息安全、集成技术、工程标记语言等 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。 3.对于现在的工厂而言，“数字化工厂”或者“工业 4.0”在目前仍是个新概 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 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、位臵、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的应用 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。 3 3 / 7 7 当前，不管是数字化工厂，还是工业 4.0，他们作为未来工业发展的前瞻性 主题，应当说其概念意义远比现实意义更突出。虽然我国在十一五规划、十二 五规划、战略性新兴产业等政策中将先进制造、两化融合都放在很重要的位臵 并给予支持，相关产业取得了显著进步和大量技术成果，也涌现出西电电气、 海尔等一批在先进制造领域有突出业绩的企业，但我们对于智能制造而言，目 前无论是理论构架还是现实技术条件都还处于初级阶段，要真正进入工业4.0 时 代，估计还需要至少 20 年的时间。现在包括西门子在成都新建的工业自动化产 品生产研发基地、大众汽车生产线仿真系统等，虽然已经用到虚拟仿真、优化 工程规划等技术，但距离真正的全生命周期的数字化还有较长的路要走。而我 们作为一个标准化技术委员会和公益性研究所，会继续加强有关标准、政策和 技术的研究和宣贯，配合相关政府部