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工业4.0的参考架构模型解析

导读: 德国电工电子与信息技术标准化委员会(DKE)对德国的工业4.0标准化工作进行顶层设计,并公布了工业4.0参考架构模型,为工业4.0的进一步发展设立了标准。

关于德国工业4.0,越来越多的人在说,也有不少的人在写。但是对于大部分听众和读者来说,它依然是一个模糊的概念,对具体的方法论了解更是少之又少。德国电工电子与信息技术标准化委员会(DKE)对德国的工业4.0标准化工作进行顶层设计,并公布了工业4.0参考架构模型,为工业4.0的进一步发展设立了标准。

数字工厂工业4.0从数字工厂演变提升而来。国际上十几年前就开始了数字工厂的研究。最初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,数字工厂的概念和功能有了很大扩展。IEC(国际电工委员会)词汇库给出的定义是:数字工厂是数字模型、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。

数字工厂的概念模型分为三个层次,底层是包含产品构件(如汽车车灯、发动机、轮胎等)和工厂生产资源(如传感器、控制器和执行器等)的实物层。第二层是虚拟层,对实物层的物理实体进行语义化描述,转化为可被计算机解析的“镜像”数据,同时建立数字产品资源库和数字工厂资源库的联系。第三层是涉及产品全生命周期过程的工具/应用层,包括设计、仿真、工程应用、资产管理、物流等各个环节。数字工厂概念的最大贡献是实现虚拟(设计与仿真)到现实(资源分配与生产)。通过连通产品组件与生产系统,将用户需求和产品设计通过语义描述输入资源库,再传递给生产要素资源库,制造信息也可以反馈给产品资源库,从而打通了产品设计和产品制造之间的“鸿沟”。更进一步,实现了全网络统筹优化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。

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