3.2　工业4.0时代信息化集成系统应用需求

工业信息化集成系统应用需求相关问题，实质上主要解决用户需求规格书（URS），和软件需求规格书（SRS）的编制。随着新工业革命的深入发展，工业4.0时代信息化集成系统应用需求会随着技术的发展而发展，会出现前所未有的新要求。

3.2.1　关于信息化集成系统的规划

工业企业构建信息化集成系统，实现两化融合，走工业4.0道路，对于大型企业而言首先要做企业信息化规划（在新的背景下应该是做企业信息化集成的规划。）国内目前的做法是找国际大企业咨询管理公司做信息化规划，其中存在诸多问题，择其一二加以剖析。

（1）信息化系统是以本地管理经验为基础，还是由信息化公司进行流程再造而做成？一般企业咨询管理公司做信息化规划都提出要求，要企业进行所谓管理流程再造，只有按照他们要求的管理流程来管理他们的目标企业，才可以实现企业信息化的目标。但是，往往企业在本土经营了数年甚至数十年，已经形成了一整套成功的管理经验，按照这些经验，企业取得了卓有成效的业绩。在做信息化规划时，应以这些成功的经验为基础，引入咨询公司的现代管理理念做出规划。不应采用“天上掉下来”的某方案，或是规划师“头脑里固有”的某方案为基础。有些信息化咨询公司的一些初出茅庐的规划师，初到一个企业就大讲流程再造，不能深入企业的业务流程中调查研究，进行科学的应用需求分析，这样的工作方式是搞不好信息化规划的。正确的流程优化是从哪里来的？是从生产实践中，对已有成功经验的分析、继承和发扬中得出；是从别人先进的、成功的经验中汲取那些适合本地情况的内涵得到的。

（2）信息化规划必须对制造控制系统改造做出适应工业4.0要求的规划

工业信息化集成系统的规划必须正确地确定所构建的信息化系统在企业经营管理活动中的位置。信息化系统是企业系统，是顶层设计，是实现工业企业智能化的核心，规划应将此作为重点。但是，在规划中，也要将底层的制造控制系统的规划做好。特别普遍的是企业的控制系统已经建成，信息化规划对基础制造系统的改造也是重要方面。当下，工业企业信息化规划应对企业的控制（制造）系统向智能制造、智能生产线、智能工厂和智能产品目标发展做出规划。显然这对管理咨询公司包括那些国际大公司都是严峻的考验。信息化集成系统的规划涉及到了更多的底层系统的改造，涉及到控制系统向更高的智能化要求进步，这部分内容将成为规划所不可或缺的重要内容。

（3）信息化集成系统规划时要注意如何为各底层单元实体服务

传统的信息化规划存在较大问题是信息化层对底层实体单元响应的要求较弱。信息化系统在上层是如何响应一个底层的报警？许多信息化规划中缺少对这样一个基本问题的设计。工程实践中，底层报警可以触发一个模式控制或预案执行。

信息化规划也往往缺少对各级管理终端的明晰的功能要求。信息化集成系统规划应加强信息化层对自动化控制层的链接。应有更多的关于底层系统实现智能化，实现更多的智能功能的规划。

3.2.2　企业信息化和制造自动化智能化的用户需求

工业信息化集成系统的用户需求规范（URS）要反映企业信息化和制造自动化智能化的用户需求，用户需求根本上要反映用户发展战略和机构运行策略所必需的现实和潜在的期望。

在工业4.0时代，信息化集成系统用户需求必须加强对自动化制造系统的需求分析并增加自动化系统的用户新需求。必须清楚：多数工业自动化应用一般由若干类型的执行各种不同功能的互连的设备组成。这些互连的设备作为主要关节点，完成在控制系统与过程装置、物料、人员及环境之间的数据采集和传输。一个工业自动化应用系统可以看作是由若干工业自动化子系统和其他应用子系统包括过程装置、机床、配电、物流等组成的。当一个应用系统的体系结构被完全详细描述后，该体系结构的各组成部分可以用一组通用于同一工业或几个工业的供应链中各种不同应用的子系统类型来进行形式化描述。这种对底层系统的描述成为用户需求分析的基础。在智能工厂里，控制系统与过程装置、物料、人员及环境之间的信息交互是前所未有的。云计算、大数据，各类实用的APP会使用户产生一系列的对系统的要求，这些应用需求将对系统建设产生极大的影响。

工业4.0时代，由于采用了纵向集成和网络（互联网）化制造以及跨越工业企业整个价值链的工程过程的各阶段（设计和开发、生产计划、生产工程、产品和服务）的端到端的数字信息集成。对用户需求的分析提出了高要求：

（1）工业4.0定制化生产与个性化生产的生产总目标使得信息化集成系统的用户要求和系统要求发生了较大变化。通过系统集成构建起来的信息化集成系统只有满足动态配置生产方式对生产过程产生的要求，才能实现定制化与个性化生产。

（2）新工业革命中，四个智能化产生了一系列新的用户要求和系统要求，应该从工业4.0的示范企业的实践中总结这方面的经验与方法。这是当前实现从工业3.0向工业4.0过度要解决的首要问题。四个智能化将使信息化集成系统的URS彻底变化，急待对此深入研究，从对示范企业的经验分析中，从国外成功经验分析中建立起URS开发方法来。

（3）工业4.0时代，要实现好而不廉价（Better not cheap）的商业模式要求。由于工业产品成为智能产品，产品质量空前提高，产品所携带的它自身生产过程的全部信息增加了它的内在价值。智能产品将会对用户需求产生重大影响，直接要求制定详细的需求规范。同时，用户需求也直接影响到产品动态生产的路径。

（4）工业4.0时代，用户的个性化需求直接进入智能制造过程，URS中关于产品品质、性能、质量度量和数量等要求通过接口可能直接进入应用程序。所以，在新工业革命中，URS处于更为关键的位置。也就是当下的URS的一些要求会直接进入智能生产线的某些设定值入口从而支持动态配置生产模式。这种情况下，URS会用诸如XML文档来表达。

3.2.3　企业信息化集成系统软件工程需求

工业4.0时代，软件需求应有新的变化与要求。首先，工业4.0的核心技术是CPS系统。工业4.0的CPS中，无论是Cyber，还是Physical都发挥到了极致。工业4.0的Cyber主要是网络与软件，其中软件搭载到网络之上特别是在互联网之上，它以开放性、通用性和模块化为主要特点，它的COTS水平应非常高，互联网的APP应用也极为广泛，由此，那些为智能化制造服务的软件成为庞大的系列产品，成为标准化系列产品。此时，除了专门化软件模块的开发需求有其独特之处外，信息化集成系统的软件应用需求主要表现在标准软件模块的应用方面，表现在具体应用软件对软件模块的集成方面。

第二，因为工业4.0强调了以人为本，智能系统中的工作人员，智能系统的用户对软件应用需求有了更多的发言权。工业4.0时代，更强调了非软件开发人员对软件分析的重要作用。软件需求不是软件团队单方面的事情，必须要所有的风险承担者（stakeholder）在需求分析阶段密切配合，协同开发。

第三，信息安全在工业4.0的软件应用需求有更为特殊的意义。基于CPS的工业4.0的制造系统涉及高度网络化系统结构，涉及大量的有关人、IT系统、自动化元件和机器信息。其中信息交换的特点是：高容量且时间苛刻要求（Time-critical)的信息。整个价值链涉及了众多的参与者。在基于 CPS 的生产系统中，在以后的某个时间点上简单地将安全功能注入到系统是不够的。在涉及到安全问题的所有方面，必须从一开始就被设计到系统中。同时，需要保护数字化过程中的诀窍、知识产权和数据。

工业4.0中信息安全要求保护数据和服务（数字）系统，以防止误用，例如未经授权的访问、修改或销毁。安全措施的目标是提高保密性（特定机器/人用户的数据和服务的访问限制），完整性（数据的精度/完整以及服务的正确操作）和可用性（测量系统在特定时间内执行功能的能力）。信息安全提供了信息隐私性的基础，例如保护个人，防止其数据被侵犯的权利。它还能够保护技术诀窍，例如保护知识产权。安全的信息交换是工业 4.0 成功的关键。以上这些要求要贯彻到软件工程需求中去。工业4.0强调了将信息安全预先设计到软件中而不是后加到软件之外。要求软件开发时直接考虑信息安全，将它变为系统的“基因”，而不是在系统中不得不外加信息安全模块给系统带来新问题。

第四，端到端的数字信息集成工程过程联网的各终端实时透明的要求，为软件需求提出了不同寻常的新要求。实时透明要求终端运行的软件模块有良好的响应性、可靠性和易用性，要求模块与应用程序间的协同性，这也是智能制造条件下，软件通用模块应用需求的特点。

信息化集成系统应用需求包含了极为丰富的内容，有待在新工业革命的实践中逐步完善。

作者简介：

魏晓东，1967年毕业于天津大学精仪系。1984~1991年任安徽工业大学自动化系副教授。1991年出版《分散型控制系统》（ 上海科技文献出版社） 。2000~2012年任北京和利时系统工程公司副总工、事业部总设计师，北京地铁13号线、深圳地铁一期工程、广州地铁3号线综合监控系统工程技术总负责人。2006、2010年出版《城市轨道交通自动化系统与技术》初版与第二版（电自工业出版社）；2010年主编国家标准《城市轨道交通综合监控系统工程设计规范》（GB50636-2010）《城市轨道交通综合监控系统施工与质量验收规范》（GB/T50732-2011）；2010年主编关于两化融合的国家标准《工业企业信息化集成系统规范》（GB/T26335-2010）。2013年至今任清华同方数字城市工程中心技术专家，住建部城市轨道交通标注技术网Eu委员会委员，全国自动化系统与集成标准技术委员会委员。

摘自《自动化博览》2017年4月刊