2023年1月24日讀畢需時 9 分鐘

统治世界的机器工业4.0屠龙刀即将完成？（下）

作者：林雪萍来源：知识自动化`

比API经济还高级

那么资产管理壳，是如何进行传递的？它必须在工厂里面最通用的格式中，找到一种出口。这一点它选择了XML和JSON作为输出格式。这两个格式，在IT界应用广泛，而在制造系统中的IT系统，应用非常多。无论是ERP或者MES，数据库的数据导出来的都是XML或者JSON格式，描述一个工单、人员、成本等。

而管理壳AAS的语言格式，则完全支持XML和JSON的表达方式，于是世界看上去可以统一起来了。管理壳可以作为一种AASX格式进行对外输出。这个aasx文件是开放XML格式，可以自由下载和传输，而且可以集成到各种服务。更重要的是，管理壳还可以作为 REST API提供，从而提供一种设备无关的读取特征。

IBM从2015年就一直在推一种API（应用程序编程接口）经济，它的意思是各种能力都要网络资源化，并可借助API接口供大家相互调用，并最终实现各项能力的组合。实际上，IBM发明了一种RestAPI的格式，它跟终端设备无关，因此各种数据和功能模块，都可以在设备终端自由调用。

德国工业4.0工作组显然吸收了IBM的想法。它认为，首先可以将一个管理壳通过文件包的方式发给另外一方，另外一方打开后重新抽取使用。但是，这是一种最原始、最传统的管理壳内容的使用方式。进一步，可以按照IBM所定义的方式来，那就是机器也可以是API经济的一部分。这种情况下，可以通过API调用一个管理壳，实现复杂信息的交换。

但德国人更前进了一步。它甚至认为API经济，仍然是一种被动的方式。如果是用管理壳，则可以实现主动交互的多对多的方式，机器之间的访问，可以变得更加自主化。

这三种不同的借用管理壳交换信息的方式，难免会使人们意识到，每个机器都可能成为一个话痨，未来工厂的机器之间，将有着说不完的话。这实际正是德国工业4.0的2030愿景：自治、互操作性和可持续发展。要做到机器自治，它们之间必然要开口说话——希望它们不会因为出现故障而相互谩骂，或者机器骂人。

至此，可以看到，管理壳动用了四大支柱，来构建一个可彼此交互的智能机器世界。

不同方言的人要说话，必须先确立基准。而机器互联，则需要统一的语言。资产管理壳，吸收了四块不同领域的成果，从而使得“机器都说普通话”大大向前迈进了一步。

来啦，第三方服务

第三方的管理壳服务商已经行动起来。德国一家Xitaos公司，就是将管理壳看成是一个“数据连接器”，或者是一个数字空间与物理空间的阴阳交汇的交叉点。不妨说，管理外壳是“数字孪生”的外在躯壳。这使得数字孪生，可以成为一种类似PDF格式，跨设备自由传播，而最后只需要一个PDF阅读器。

工厂传递管理壳，人们可以像使用PDF一样，来使用数字孪生。只做一个管理壳领域的PDF阅读器，这正是Xitaos的工作。它为德国威腾斯坦提供了管理壳的服务。后者是一家机电一体化驱动系统，包括伺服齿轮箱、伺服电机、伺服变频器等。

Xitaos为威腾斯坦提供全流程的设备备件与维护管理的管理壳服务。它最大的难点在于数据的异构性，多元数据要聚合在一起，而且最终显示要完全独立于终端设备。

在这个场景中，SAP数据库将相关产品的同步到云中的“SAP Drop”中。Xitaos通过ETL（提取转换加载）的加工过程，形成一个变速箱的管理壳。这意味着，具有SAP特征的物料，被映射到eCl@ss目录中一个国际登记数据编码(IRDI）。凭借清晰唯一的语义，每个人都可以清楚地读取。进一步，它通过亚马逊上的AAS平台，转换为符合规范的模型格式，并在云端中通过管理壳转换器进行呈现。它提供了标准的REST API接口，提供组件的信息。对于用户而言，借助任何工业互联网平台，通过REST API很容易查询到变速箱的生产日期、异地交货和质量追溯信息。

以前产品规格都是在电脑里，提供文件但无法读取。而现在，各种经过过的规范性文件，都可以借助于管理壳得以汇聚并且可以激活。

这个案例展示了一个开始，但如果将这个齿轮箱的查询，看做是管理壳所呈现的一种能力。那么在工业互联网上，有许多“能力”是可以共享的。把这些“能力”封装成API，放到API Marketplace上去。这些API可以被调用者订阅，或者组合，编排成全新的应用能力。而管理壳则始终是底层不可或缺的信息，它们就像是一个物体的原子一样，构成了最基本的粒子信息。

那么，携带了原子级颗粒度信息的管理壳，将会呈现出何种更大的能力？

真正的协同，不是靠工业互联网

管理壳，把信息模型，通讯协议、工厂场景、数据格式等这些要素全部串起来。这样看起来，它更像是一种基于HTML语言的www网站，通过HTTP就可以找到各种资源。就像每一段文字、图片都有一个独立地址，每一种机器、资源，都可以通过管理壳进行独立访问、获取和传递。

有了这些准备，可以看看未来如何实现基于订单驱动的多方协同生产。

德国智能工厂联盟正在将协同制造，引入异地来实现。在一条示范产线上，它由三处不同的地点联合完成，共同制造一辆可定制化的卡车。合约制造角色就是凯泽斯劳滕大学的机床与控制部，它负责对拖车油箱上部的结构进行铣削。尽管三个地点的三台机器都具备铣削功能，但一套程序装上去，可以实现不同的质量加工等级，加工速度也不一样。这意味着，不同地点的机器，完全可以通过远程来实现自选配置。对于其中一个厂家，它并不需要为自己的机床购买一套CAM软件，或者也不需要自己的人员对CAM软件进行路径编程（这类人员一般都是很昂贵的），可以通过第三方提供CAM远程服务，用AutomationML的描述格式，下载在本地的管理壳AAS之中。然后跟它的3D打印机进行连接。如果不需要很高的精度，就可以提供低价服务。反之，高价格就可以提供高精度。这意味着自主化的多智能体系可以相互沟通，以确定哪一个是根据客户规格生产产品的最佳选择。

那么，它们如何实现传递？

可以想象，当不同的工厂都有自己的管理壳的时候，这些连接起来的管理壳，将会相互借力。一个工厂再也不需要拥有完整的能力，它可以借助其他厂商的服务，补齐自己所缺的一块能力，就可以完成一个订单的加工。

以前都是私有通讯协议，组态会非常复杂。而现在由于各种设备，已经采用OPC UA的方式得以打通，设备适配就会变得很容易。对于工业厂商，就不需要应对各种复杂的定制化接口，IT和OT系统维护能力将会大幅度降低。这对于大厂，自然是一个好消息。

整个世界的IT与OT系统正在悄悄发生变化。一个公司的数字化系统要么足够强大，强大到能够向外溢出，为其他厂家实现能力复制；要么能力偏弱，这个时候它需要借助外力。数字化进程慢的公司，或许就考虑将部分数字化系统外包。

联想正在致力于“内生外化”的服务能力，将自己的IT系统做成标准化，对外进行服务。为了面对内部7万多名员工、35个工厂、近6000家供应商，它自己开发的混合云XCloud已经应对自如。而这种能力，同样受到一个锂电池大厂的青睐，它需要构建这样的面向全球各个基地的混合云。IT系统正在走向微服务化，从而通过组合调动的方式，对外提供服务。这种方式将会使得领先企业的IT系统，越来越容易向外溢出，为其他企业服务。而反过来看，许多用户工厂，或许将乐于接受 “CIO外包”的模式。

现在随着管理壳的深入，这种现象也将在OT界——无论是设备端的调试还是维护变得普遍起来。对于小企业，不需要强大的IT能力，也可以没有PLM软件。它可以借助于第三方的服务，通过一种能力嵌入的方式，中小企业也能做大企业的事情。

如果深究一步，这是一种即插即产（Plug&Produce）的思路。它的目标是将制造系统分成多个过程模块，这些模块可以在生产继续进行时连接在一起。这样，就可以在几分钟内重新配置制造单元布局，而不是传统方法中的几天。从U盘机器，到U盘产线，U盘工厂也就呼之欲出了。

基于热插拔式产线，或者进一步推进到U盘工厂，才是规模化解决协同制造的关键。这背后需要对机器建模有着更加深刻的基础层的探索，而合手的工具都已经备齐，无论是低代码编程、61499的建模语言，或者OPC UA语义与通讯、面向对象仿真，还是容器化的微服务和时间敏感网络。这些工具，并不会自动形成颠覆性的力量；只有底层的语义连接和头疼的机器建模，才是决定性的支柱。无论是多么优秀的头脑风暴，都无法把概念之花演绎成树苗；只有老老实实地把手和脚都插到了沉甸甸脏兮兮的泥土里，智能制造才会有真正的根基。

当人们追逐产线的柔性的时候，只在现场敲钉子、弯金属是不足以实现的。只有底层连接，才有柔性之王。只有用底层标准将设备武装起来，才能真正实现U盘工厂的即插即用：这才是智能制造最高级的柔性。

为什么德国的资产管理壳AAS是一个非常接地气的理念，也最有助于智能制造落地？因为它兼顾了老设备的改造。对于新设备，OPC UA直接嵌入，自然不存在旧设备升级的过程。而对于一个老设备，只要加一个插件，实现OPC UA服务，从而可以让设备在线化、标准化；同时配一个AAS，就可以完成注册而得以激活。那么这个老设备，就可以参与整个产线的设备互操作。

没有底层，就没有生态

德国正在醉心于完成智能机器底层标准的主导权，资产管理壳是它最为重要的资产。对于子模型标准，它已经选好了对象，无论是eCl@ss、AutomationML，还是OPC UA。而VDMA则正在将几十种自动化装备及工程工具，制定了跟OPC UA配套的规范。这其中包括德国机床协会的机床连接协议UMATI，或者是机器人、3D打印设备都在其中。甚至厨房装备协会的各类终端设备，如微波炉、冰柜等也在其中。而在设计类软件中，也在推动eCl@ss分类目录的使用；同时在产线工艺和物流模拟，大力推动AutomationML的落地。

在云这一层面，得到了微软云和亚马逊云的大力支持，在微软AZURE部署管理壳变得非常容易。它们对于管理壳的云图书馆的建设非常积极。这意味着二者将彻底地进入未来工业云的领域。不知道阿里、华为、腾讯云是否为此做好了准备。没有底层的根技术标准，上层的云都是同质化的计算能力。

法国、日本和韩国，也都分别在工业设计软件、机器人、机床等方面，参与管理壳的应用。

管理壳最感兴趣的就是跟生态有关。艾默生的安沃驰阀岛，最近宣布采用了先进电子控制技术AES，从而将阀岛变得更加智能化。而且可以接入OPC UA。其实，这样的门槛从技术角度或许并不高。但如果大家都在介入，那么这件事情就好玩了：生态就是靠着群起而进，才能实现。

如果没有根部技术，生态就是五颜六色的肥皂泡。只有有人跟着一起玩，才会有所谓的生态。大笔一挥圈一个联盟，是无法生态化的。没有底层技术作为连接，又没有市场蛋糕相互补位，所有的生态联盟都不过是乌合之众。

有人玩，才会有生态

小记：梦不在云端，梦在泥地里

如果没有信息建模，低代码编程是伪命题。让“编程平民化”的低代码正在变得普遍，但这种技术充满陷阱。如果热衷于表面上的功能拖拽，那么这仍然是一个应用层面的集成。只要在底层，对设备进行充分建模，并且加载统一的通讯协议，对工厂现场的低代码编程才是真实的。

如果没有设备的互操作能力，协同制造是伪命题。谁不喜欢协同制造？但这需要从底层设备的语义连接开始。如果只是致力于将设备的通讯协议连接起来，这充其量只能有限交换数据，而无法进行设备的即插即用。这意味着，现场仍然有大量的调试的工作。目前工业互联网的语境，不过是粗糙地解决了表面上的通讯连接，这离机器的互操作相去甚远。工业互联网当前的框架设计，是无法实现跨车间、跨工厂的机器协同。

如果没有根部技术，工业互联网的狂欢就是一场经不起推敲的资本游戏。德国的管理壳技术与标准正在一路下沉——沿途德国制造商各路人马纷纷加入。2019年一些传感器厂商如巴鲁夫，已经开始将传感器的IO-link跟AutomationML集成在一起。这也使得资产管理壳，可以一路下沉到传感层，同时也方便了电气选型设计、现场通信配置。德国显然是一个军团在作战。德国工业4.0工作组将所有这些各项指标的数字模型标准，称为工业4.0语言；而能将这一系列标准进行串联所构成的机器协作，则被称为工业4.0互操作性(Interoperability)。可以说，自从2015年德国人提出工业4.0的参考框架之后，一直就在围绕这个框架进行完善和修补。德国人是耐心的建筑师，一直在同一个地基上盖房子。而中国人则是急性子人挖井，挖几米就要换地方。德国人还是埋在地里拱土，而中国的智能制造已经开始攫取花叶和果实。今日之短见，来日能收获的只会是贫瘠。

一花一世界，一树一菩提。花里如何看到世界，树中如何找寻菩提？资产管理壳AAS就是此花此树。不过，德国人这次举起了屠龙刀，它要统治的是所有机器的江湖。