【正文】 l 開放式開發(fā)工具：一個(gè)包括超過1500名開發(fā)人員和以百萬計(jì)的用戶參與軟件開發(fā)的行業(yè)，為要求苛刻的應(yīng)用程序建模。l 開放式通信基礎(chǔ)設(shè)施：“征求意見稿”是由成立于 1969 年 7 月 4 日的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)出版的技術(shù)和組織文件。它們被廣泛接受和使用，從而被轉(zhuǎn)化為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。著名的例子包括因特網(wǎng)協(xié)議和電子郵件協(xié)議。這些范例使標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)展更為迅速。 最后，對(duì)參考體系建立信任是很重要的。特別重要的是知道如何保護(hù)（）。確保參考體系的預(yù)定用戶以適當(dāng)方式全方位地參與早期的設(shè)計(jì)，也很關(guān)鍵。建議采取的行動(dòng)，專門處理標(biāo)準(zhǔn)化和參考體系的問題。工作小組的職權(quán)范圍將包括以下任務(wù)： l 建立對(duì)目標(biāo)、利益、潛力和風(fēng)險(xiǎn)、可能的內(nèi)容和實(shí)施策略的共同理解，以便建立互信，從而支持聯(lián)合執(zhí)行措施。專業(yè)協(xié)會(huì)應(yīng)帶頭實(shí)施建立互信措施。l 瞄準(zhǔn)關(guān)鍵術(shù)語和后續(xù)生產(chǎn)制定通用的“”。此外，應(yīng)該對(duì)以下方面與工業(yè) 具體內(nèi)容有關(guān)的問題給予詳細(xì)關(guān)注。l 模型共性 (底層的核心模型，參考模型，架構(gòu)設(shè)計(jì)) l l 一個(gè)超自動(dòng)化水平的程序和功能的描述標(biāo)準(zhǔn)l 術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)和使用本體l 對(duì)自治和自組織系統(tǒng)的了解，包括它們的策劃、運(yùn)作和安全l 特性維護(hù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述l 改變現(xiàn)有的架構(gòu)方法l 制定自下而上的地圖，概述目前存在的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)存的 “自動(dòng)化參考架構(gòu)”方法和實(shí)例，將標(biāo)示在地圖上。在當(dāng)前工業(yè) 和識(shí)別集群主題尚未覆蓋的背景下，這可以作為評(píng)估不同的主題進(jìn)一步發(fā)展和遷移的基礎(chǔ)。l 考慮到成本效益和時(shí)間的限制，開始生產(chǎn)工作依據(jù)自上而下的路線圖。應(yīng)該采取一種全面的方法，在標(biāo)準(zhǔn)化和個(gè)性化之間實(shí)現(xiàn)合理的平衡。結(jié)構(gòu)應(yīng)該公開和透明，所有的利益相關(guān)者應(yīng)該參與到標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)和應(yīng)用。許可模式也應(yīng)得到解決。l “工業(yè) 社區(qū)”發(fā)展的成員來自幾個(gè)不同的公司，對(duì)參考體系的技術(shù)實(shí)施負(fù)有責(zé)任，能使其運(yùn)行起來，并保持長(zhǎng)期維護(hù)。這將需要選擇一個(gè)合適的許可模式和合適的社區(qū)進(jìn)程。l 由其它任務(wù)組成的工作組，任務(wù)包括協(xié)調(diào)、建議、評(píng)估、溝通和激勵(lì)。工作組還建議建立適當(dāng)?shù)钠炫烅?xiàng)目，以展示成功開發(fā)和部署的參考體系。圖11提供了一個(gè)可能的參考架構(gòu)，專注于橫向集成價(jià)值網(wǎng)絡(luò)。 參考體系的其他主題包括終端到終端工程產(chǎn)品及其相關(guān)的制造系統(tǒng)或管理和控制制造工藝的高動(dòng)態(tài)技術(shù)的實(shí)時(shí)進(jìn)程通信。 管理復(fù)雜的系統(tǒng)產(chǎn)品以及其相關(guān)的制造系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。這是由于功能的增加、產(chǎn)品用戶特定需求增加、交付要求頻繁變化、不同技術(shù)學(xué)科和組織日益融合、以及不同的公司之間合作形式迅速變化的結(jié)果。 建模可以作為一種手段管理這一日益復(fù)雜的系統(tǒng)。模型代表與正在考慮的問題有關(guān)的真實(shí)或假設(shè)的情景。模型的使用是數(shù)字世界的一個(gè)重要戰(zhàn)略。 兩類模型之間有著根本的區(qū)別： l 規(guī)劃模型提供了工程師創(chuàng)造價(jià)值方面的透明度，從而使復(fù)雜系統(tǒng)的建立成為可能。規(guī)劃模型的一個(gè)例子是由工程師通過示意圖來解釋，他或她如何實(shí)施適當(dāng)?shù)墓δ埽詽M足系統(tǒng)的要求。因此，該模型包含工程師的知識(shí)。l 解釋性模型描述現(xiàn)有系統(tǒng)，以通過模型獲得這一系統(tǒng)的知識(shí)。這通常需要采用不同的分析方法，如仿真。例如，它可以用來仿真計(jì)算一個(gè)工廠的能源消耗量。解釋性的模型通常用于驗(yàn)證工程師的設(shè)計(jì)選擇。l 數(shù)字世界通過規(guī)劃模型對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響，而現(xiàn)實(shí)世界也通過解釋模型影響數(shù)字世界中模型的使用。模型通常包含形式化描述，這意味著它們可以通過計(jì)算機(jī)處理，讓電腦接管日常工程任務(wù)，如執(zhí)行計(jì)算或其他重復(fù)性工作。因此，模型的好處之一是它們?cè)试S體力工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并在數(shù)字世界狀態(tài)下加以執(zhí)行，而此前這些工作是在現(xiàn)實(shí)世界中操作的。 模型提供了巨大潛力。例如，它們?cè)试S在一個(gè)項(xiàng)目中通過早期檢測(cè)錯(cuò)誤或早期驗(yàn)證系統(tǒng)的要求和提出的解決方案來滿足這些需求，減少風(fēng)險(xiǎn)?；蛘?，他們可以提供一個(gè)透明的信息流，通過增強(qiáng)跨學(xué)科合作和促進(jìn)更一致的工程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高效工程。 解釋模型描述了現(xiàn)實(shí)世界中的交互和行為，不僅在開發(fā)和設(shè)計(jì)階段起到驗(yàn)證作用。在未來，它們將主要部署在生產(chǎn)階段，以檢查生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，檢測(cè)磨損，無需停止生產(chǎn)或預(yù)測(cè)組件故障和其他干擾。 挑戰(zhàn) 特別是在中小企業(yè)，仍然無法基于模型模擬使用標(biāo)準(zhǔn)的方式來配置和優(yōu)化制造工藝。，提供工程師方法和工具，使其能夠在虛擬世界中使用適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛠砻枋稣鎸?shí)世界的系統(tǒng)。（） 有某些情景下（如化學(xué)物生產(chǎn)過程中的相互作用）不存在合適的模式或很難將他們描述為一個(gè)正式的模型。 與不明確使用模型相比。這是因?yàn)橐环N可以降低后期成本的增值活動(dòng)被提到早期階段。這立即引起了建模是否具有成本效益的問題。答案顯然是要看它針對(duì)的是何種業(yè)務(wù)。在高產(chǎn)量行業(yè)（如汽車行業(yè)）或有嚴(yán)格安全標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)（如航空電子行業(yè)），公司更有可能接受較高的初期投入。如果它們只生產(chǎn)小批量或個(gè)性化產(chǎn)品，則不太可能這樣做。在這方面，客戶的具體活動(dòng)費(fèi)用、客戶無關(guān)的活動(dòng)費(fèi)用的比例，也起著重要作用。模型成功的關(guān)鍵是它們應(yīng)符合成本效益，并且得到有效應(yīng)用，不只是用于設(shè)計(jì)階段，而且也能用在隨后的階段，包括操作。 建模與仿真只能由合格的專家來實(shí)施。因此重要的是，有關(guān)企業(yè)應(yīng)給這些專家提供合適的職業(yè)機(jī)會(huì)。目前，機(jī)械工程行業(yè)中小企業(yè)的員工，誰被認(rèn)為在這個(gè)領(lǐng)域是合格的，往往很大程度上被視為“怪人”。 最后，“引進(jìn)來”模型。首先，這將需要對(duì)產(chǎn)品和制造系統(tǒng)綜合考慮，既要為他們配備模塊化的設(shè)計(jì)，又要確保不同學(xué)科的參與（如制造工程，自動(dòng)化工程及IT）。其次，實(shí)際發(fā)生在工廠的開發(fā)、工程和制造工藝等過程也必須全面地考慮到。最后，建模需要高效的軟件工具，進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整提供必要的功能，使它們能與現(xiàn)有的工具和流程集成在一起，并使其與推廣戰(zhàn)略相一致。 圖11： CPS平臺(tái)參考體系示例建議采取的行動(dòng) ，專門處理與建模管理復(fù)雜系統(tǒng)有關(guān)的問題，特別是在制造工程領(lǐng)域。工作組的職權(quán)范圍應(yīng)包括以下任務(wù)： l 有代表性的調(diào)查應(yīng)瞄準(zhǔn)建模領(lǐng)域最迫切的要求，以縮小這種非常廣泛的學(xué)科領(lǐng)域，集中到執(zhí)行中最重要的方面。l 最佳實(shí)踐應(yīng)實(shí)現(xiàn)共享，尤其是在中小企業(yè)間，以在從業(yè)者和決策者之間宣傳建模的重要性。潛在的主題可包括模塊化、虛擬新創(chuàng)企業(yè)或數(shù)字工廠。此外，應(yīng)安排適當(dāng)?shù)幕顒?dòng)，討論進(jìn)入壁壘和遷移策略（參見由專業(yè)協(xié)會(huì)所做的一項(xiàng)調(diào)查要求提供的更多信息，第2章）。還應(yīng)為相關(guān)組織和專家團(tuán)隊(duì)提供協(xié)調(diào)服務(wù)，作為一個(gè)一站式服務(wù)點(diǎn)為（潛在的）用戶回答模型建設(shè)問題。l 工作組應(yīng)鼓勵(lì)工具用戶建立共同的用戶群體，工具制造商（產(chǎn)品經(jīng)理，建筑師）和培訓(xùn)人員，以期通過參與其中，更好地相互了解對(duì)方情況。根據(jù)工業(yè) 主要供應(yīng)商，重點(diǎn)應(yīng)該以 “機(jī)器及設(shè)備制造”為目標(biāo)用戶群，為工具制造商提供一個(gè)平臺(tái)，提供滿足他們的需求最佳解決方案（如集成，端對(duì)端能力，缺點(diǎn)和潛力）。最好能邀請(qǐng)?zhí)囟üこ坦ぞ叩挠脩羧海瑓⑴c相關(guān)的議題。l 此外，工作組應(yīng)該建立適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)方針和行動(dòng)建議。除了平臺(tái)的活動(dòng)，在建模和系統(tǒng)工程方面應(yīng)作出有針對(duì)性的努力，提供培訓(xùn)及持續(xù)職業(yè)指導(dǎo)（CPD）。這既為年輕工程師提供適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)，也為經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師提供適宜的持續(xù)職業(yè)指導(dǎo)措施。培訓(xùn)的內(nèi)容應(yīng)專門面向制造企業(yè)的要求（）。工作組還建議建立適當(dāng)?shù)钠炫烅?xiàng)目，部署和測(cè)試現(xiàn)有的建模方法和工具，以說明在不同情況下建模的價(jià)值（工程與操作，大規(guī)模生產(chǎn)與小批量或個(gè)性化產(chǎn)品，制造業(yè)與加工工業(yè)，內(nèi)部設(shè)計(jì)制造與公司間合作生產(chǎn)，生產(chǎn)與物流等）。 為工業(yè)提供一個(gè)全面寬頻的基礎(chǔ)設(shè)施如果CPS是一個(gè)廣泛的基礎(chǔ)上推出的，一般來說有必要建立一個(gè)比目前的通信網(wǎng)絡(luò)提供更高容量和更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)交換基礎(chǔ)設(shè)施。 ，以提供保證的延遲時(shí)間、可靠性、服務(wù)質(zhì)量和通用帶寬。為與國家IT峰會(huì)在《2011 年的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施年鑒》中提出的建議一致，需要在中國、中國和其制造伙伴國家之間大規(guī)模地?cái)U(kuò)大寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。 “高運(yùn)行可靠性和數(shù)據(jù)鏈路可用性是機(jī)械工程及自動(dòng)化工程應(yīng)用的關(guān)鍵。保證的延遲時(shí)間和穩(wěn)定的連接是關(guān)鍵，因?yàn)樗麄冎苯佑绊憫?yīng)用程序的性能。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該多做些工作，以滿足企業(yè)的意愿。 l 綁定可靠的SLA（服務(wù)水平協(xié)議）l 通信容量的可用性和性能l 支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路調(diào)試/跟蹤，尤其是提供相關(guān)的技術(shù)援助l 提供廣泛可用/有保證的通信容量（固定/可靠的帶寬）l 所有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商之間的短信傳遞狀態(tài)通知l 標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用程序編程接口（APIs）的配置，涵蓋所有供應(yīng)商（SIM卡激活/停用）l 資費(fèi)管理l 移動(dòng)服務(wù)合約的成本控制l 服務(wù)質(zhì)量（固定帶寬）l 負(fù)擔(dān)得起的全球漫游l 廣泛使用的嵌入式SIM卡l 以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的解決方案 [在人煙稀少的地方]?！?，所有CPS應(yīng)用也需要，包括在能源和醫(yī)療保健領(lǐng)域的（）。 挑戰(zhàn) 一個(gè)有效的寬帶基礎(chǔ)設(shè)施，是有大量的用戶訪問，總體要求是簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展性、安全性、可用性和支付得起。 建議采取的行動(dòng) 工業(yè) 工作組強(qiáng)烈建議實(shí)施擴(kuò)大中國的寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，即第二工作組在2011年全國IT峰會(huì)提出建議的“數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施”。有必要對(duì)具體應(yīng)用進(jìn)行研究。 按照第二工作組的建議，工業(yè) 工作組還建議擴(kuò)大中國的寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。 安保是工業(yè) 成功至關(guān)重要的因素對(duì)于生產(chǎn)設(shè)施和它們制造的產(chǎn)品來說，安保是其中的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)（見信息面板）。一方面，它們不應(yīng)對(duì)人或環(huán)境（安全）構(gòu)成危險(xiǎn)；另一方面，生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品，尤其是數(shù)據(jù)和它們所包含的訣竅，需要加以保護(hù)，以防止誤操作、未經(jīng)授權(quán)的訪問（安全）。與后者相比，前者多年來已成為生產(chǎn)設(shè)施及其制造產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面重要的考慮因素。生產(chǎn)安全是受一個(gè)整體機(jī)制所規(guī)范，其法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)管理著此類系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。 自從上世紀(jì) 60 年代末信息技術(shù)首次與機(jī)電相結(jié)合(工業(yè) )，制造業(yè)環(huán)境中對(duì)于生產(chǎn)安全和信息安全的要求就急劇增長(zhǎng)。為操作過程中的安全提供確鑿證據(jù)變得更加復(fù)雜，同時(shí)，信息安全也逐漸顯現(xiàn)出來。那些已出現(xiàn)在工業(yè) （“公測(cè)版本” 的工業(yè) ）的許多安全問題尚未得到完全解決。尤其是安保措施往往實(shí)施很慢而且經(jīng)常只提供部分解決方案。隨著工業(yè) 的來臨，有關(guān)安全的進(jìn)一步要求勢(shì)必會(huì)提出。基于CPS ，將大量的有關(guān)人、IT 系統(tǒng)、自動(dòng)化元件和機(jī)器信息納入其中。高容量且通常是時(shí)間性強(qiáng)的數(shù)據(jù)和信息交換發(fā)生在技術(shù)系統(tǒng)組件間，其中許多是自主行為。同時(shí)，更多的參與者涉入到整個(gè)價(jià)值鏈（見第2和第3章）。然而，安全問題總是整個(gè)系統(tǒng)的特性。因此，除了運(yùn)營(yíng)安全問題，廣泛的網(wǎng)絡(luò)和假設(shè)潛在的第三方訪問至少意味著一系列全新的安全問題呈現(xiàn)在工業(yè) 背景中。只有以下幾點(diǎn)付諸實(shí)踐，才有可能使工業(yè) ： 1. 從設(shè)計(jì)上保障安全是一項(xiàng)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)原則。在過去，針對(duì)外部攻擊的安全通常由物理措施來提供，例如訪問限制或其它中控安全措施。在基于CPS的生產(chǎn)系統(tǒng)中，在以后的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上簡(jiǎn)單地將安全功能注入到系統(tǒng)是不夠的。在涉及到安全問題的所有方面，必須從一開始就被設(shè)計(jì)到系統(tǒng)中。2. 需要制定和實(shí)施IT安全策略、架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)，以賦予高度的保密性、完整性和可用性，使得這些高度網(wǎng)絡(luò)化、開放和異構(gòu)組件間可以相互作用。保護(hù)數(shù)字化過程中的訣竅、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和數(shù)據(jù)，一般每一個(gè)體制造商和運(yùn)營(yíng)商，不論是相對(duì)于外面世界，還是關(guān)于隸屬不同的運(yùn)營(yíng)商和（或）制造商的相對(duì)另一方的組件，它們還需要提供一個(gè)適當(dāng)?shù)?、可靠和?fù)擔(dān)得起的解決方案（）。因此，在工業(yè) 中，總是需要采取全球性安全措施。必須要考慮到信息安全措施（加密程序或認(rèn)證程序）對(duì)生產(chǎn)安全的影響（時(shí)間關(guān)鍵功能、資源可用性）；反之亦然（“一個(gè)子系統(tǒng)中的特定關(guān)鍵安全功能是否會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險(xiǎn)？”）。 此外，鑒于目前的情況，還需要一個(gè)關(guān)于安全的工業(yè) 雙重策略。首先，現(xiàn)有的工廠將必須升級(jí)安保措施，以滿足新的要求。通常機(jī)械長(zhǎng)壽和創(chuàng)新周期短，與外部的和在某些情況下很難聯(lián)網(wǎng)的陳舊基礎(chǔ)設(shè)施一起，意味著這將不會(huì)是一件容易的事。其次，要為新的工廠和機(jī)器制定解決方案。從第三到第四次工業(yè)革命的過渡應(yīng)該盡可能無縫，而且應(yīng)該可以清楚地被所有相關(guān)利益攸關(guān)方理解的方式來實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)支柱對(duì)策的一個(gè)關(guān)鍵方面是在整個(gè)價(jià)值鏈中所有執(zhí)行者的安保問題及相關(guān)的架構(gòu)，在實(shí)施前要達(dá)成共識(shí)。 挑戰(zhàn) 在工業(yè) 中，面對(duì)安保挑戰(zhàn)是不同種類的。撇開技術(shù)挑戰(zhàn)，成功的安保解決方案，也必須要解決商業(yè)、心理和教育問題。例如，企業(yè)界目前缺乏完全標(biāo)準(zhǔn)化的操作平臺(tái)，以實(shí)施足夠的安保解決方案。這些方案要針對(duì)其實(shí)施和成本方面企業(yè)的具體要求，讓它們不只是被視為成本驅(qū)動(dòng)。往往無力對(duì)現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行擴(kuò)大或升級(jí)，特別是因?yàn)樵S多安保解決方案最初是為其他行業(yè)或應(yīng)用而開發(fā)的。此外，安全意識(shí)往往起著關(guān)鍵作用，特別是關(guān)于IT安全問題。目前不同行業(yè)的安全意識(shí)水平差異太大?？紤]到工業(yè) 將使價(jià)值鏈中不同合作伙伴間的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系與合作不斷增加，合作伙伴彼此間的相互信任（安全及信任）將需要提升到更高水平，以及為他們提供的競(jìng)爭(zhēng)力確鑿證據(jù)，是必要的。 機(jī)械和設(shè)備制造商越來越意識(shí)到軟件的增值潛力，這造成了將使制造設(shè)施及機(jī)器中的軟件組件數(shù)量急劇上升。然而，人們對(duì)相關(guān)的 IT 威脅仍然時(shí)常知之甚少。自公眾就惡意軟件，如 Stuxnet，Duqu或flame展開辯論以來，工業(yè)IT安全問題才開始在自動(dòng)化行業(yè)中討論。此外，在提供和維持安保方面，軟件也發(fā)揮著越來越重要的作用。但是必須要實(shí)施的、方案有效的制造過程，仍未走上正軌。 總體而言，與迄今的案例（尤其是安全設(shè)計(jì)方面）相比。同時(shí)，一旦發(fā)展過程結(jié)束，特定保險(xiǎn)或安全問題已經(jīng)發(fā)生，安保問題往往只能被動(dòng)地提出。然而，安保解決方案這一遲來的實(shí)施，既昂貴，往往也不能提供一個(gè)解決相關(guān)問題的永久方案。因此，安保不能簡(jiǎn)單地分解為功能部件，而應(yīng)該視為一個(gè)過程加以發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)時(shí)間，通過監(jiān)測(cè)和跨部門綜合信息交流來提供支持，也是重要的。同時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)監(jiān)測(cè)不足，特別是與工業(yè)IT安全相關(guān)的方面，幾乎沒有任何安保事故信息的交換。這些方面的措施將有助于阻止病毒的傳播或識(shí)別網(wǎng)絡(luò)攻擊?！鞍踩笔侵讣夹g(shù)系統(tǒng)（機(jī)器、生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品等）不應(yīng)造成人或環(huán)境的危險(xiǎn)；而“安全”是指系統(tǒng)本身也需要加以保護(hù)，以防止濫用和未經(jīng)授權(quán)的訪問（訪問保護(hù)、安全攻擊、數(shù)據(jù)和信息安全）。安保的各個(gè)方面都與工業(yè) ，有必要?jiǎng)澢暹@兩個(gè)術(shù)語之間的區(qū)別： 安全/IT安全/