23、工业4.0：基于CPS的制造与语义对象记忆及服务编排

工业4.0：基于CPS的制造与语义对象记忆及服务编排

1. 引言

随着客户对小批量（甚至单件）产品大规模定制的需求不断增加，工业4.0，即所谓的第四次工业革命，给整个工业领域带来了重大的范式转变。物联网和服务互联网领域的技术为实现接近大规模生产效率和可靠性的大规模定制提供了技术基础设施。大规模定制催生了智能产品、智能服务和智能数据，在工业经济、服务经济和新兴的数据经济中创造了竞争优势。

生产资料、产品和系统中的数字附加值将推动制造业、工程、供应链、生命周期管理等工业流程的性能持续提升（“垂直集成”），以及跨公司边界的水平集成。目前，在企业控制系统的不同层面，如制造执行系统（MES）层面，已经在优化生产流程方面迈出了第一步，但这仅仅是个开始。

这场对传统集中控制生产过程产生颠覆性变革的关键推动者是通过互联网技术联网的分散嵌入式网络物理系统（CPS）。这些系统使产品和资产能够利用机器对机器通信（M2M）相互交换有关其状态、环境、生产或维护阶段的信息，发起行动并相互交互控制。配备了带有嵌入式传感器和执行器的主动数字产品记忆，智能产品成为CPS，并对制造过程产生积极影响。产品知道哪些组件已经集成，哪些生产步骤仍需完成，需要何种运输和存储。它们将关键信号传输到下游生产过程，这些信号存储在其数字产品记忆中。正在制造的产品控制自己的制造过程，通过嵌入式传感器监测相关环境参数，并对故障信号做出适当响应，它既是观察者又是执行器。生产始终保持人类可以随时介入的节奏。

要实现必要的灵活性、适应性、敏捷性和互操作性，只能通过使用语义技术。语义技术以通用且机器可理解的本体表示方式，描述制造过程以及所有相关参与者的特征、功能和流程。其目标是在生产系统的各个层面（从规划和控制到操作）实现高