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|彭瑜 | 没有信息模型 就没有工业数字化转型


为什么说信息模型是工业数字化转型的一个关键基础？又为什么在国内讨论工业数字化转型很少有人提及信息模型呢？这是本文着重探讨的两个问题 。
信息模型的基本概念
为了弄清信息模型的概念、含义和应用 ， 上网搜索了很长时间 ， 也没有发现真正把信息模型的概念阐述得清楚的资料 ， 倒是上海工业自动化仪表研究院的原总工范铠 ， 在十多年前为中国自动化学会仪表装置专委会举办的一次学术会议写的论文《企业自动化信息模型》中 ， 用了一定篇幅讨论了信息模型的概念 ， 我以为是把问题讲明白了 。 可惜这篇论文一直没有正式在专业媒体上发表过 。 在写这篇文章中我采用了他的见解和基本描述 。
曾有人对模型下过一个广义的定义：模型是为一定目的对部分现实世界而做的抽象简化描述 。 用数学方程描述的是数学模型 ， 用一组抽象信息描述事物就是信息模型 。 这里 ， 事物包括现实世界的客观对象 ， 也包括对客观主体的行为建立信息模型 。 例如乐谱、拳谱都是客观主体的行为 ， 也可以视为信息模型 ， 由此可见信息模型自古就存在 ， 只是现在显得更为重要了 ， 因为信息模型为信息的交换和数据的交换提供了有效率的基础 。 为此需要一个更严密的定义 。
并非对事物的任意描述都可以是信息模型 。 鉴于模型含有规范、典范的意思 ， 所以定义：信息模型是用一组简化的信息 ， 按一定规则对事物所做的抽象描述 。 这个定义有三个要点 ， 即1）描述的方式是“信息”；2）按一定规则进行描述；3）所做的描述必须是“抽象”的 。 对同一个事物可以有多种不同的方式或规则建立信息模型 ， 也就是说建立信息模型的方法存在一定的任意性 ， 但我们追求的是用普遍接受的方法 ， 也就是符合标准的方法来建立信息模型 ， 否则达不到通过建立信息模型来有效交换信息和数据、实现可互操作的目标 。 同时我们还应该注意到 ， 用于描述事物的信息量越大 ， 这个事物就会被描述得越细致越真实；但采用了不当信息 ， 或者信息过多却未被利用 ， 那么这些无用信息只能被视为“噪声” 。
在自动化领域中建立的模型至少要满足能观性和能控性 。 从能观性讲 ， 建模规则所涉及到的属性必须是可以获得的；从能控性讲 ， 建模所用到的规则、属性必须是有限的 ， 与应用水平相当 。 由于信息的采集、储存、传输和处理都要占用资源 ， 过量的信息将会导致资源的浪费 ， 甚至导致系统的失败 。 一般而言按一定规则来描述信息模型 ， 意味着信息模型是面向某种集合、某种分类法的 ， 例如OPCUA的信息模型和它的配套信息模型 ， 流程自动化设备的信息模型PA-DIM ， 等等 。
信息模型之所以成为自动化领域的研究重点 ， 是因为离开了信息模型和数学模型 ， 计算机无法对信息模型所表达的对象进行处理 ， 网络也难以有效的发挥作用 。 特别是2015年德国提出工业4.0的远景规划以及近些年来出现的工业互联网大热以后 ， 一些在前十几年开发的有关自动化信息模型的标准开始有了用武之地 。 过去多年来积累了许多成熟的经济的技术和产品 ， 例如众多的自动化仪表、伺服电机及其驱动系统、PLC及其内装的应用程序等等 ， 都有可能在更大更广泛的系统中作为一个部件（基本单元）来处理 。 如果我们希望随着信息技术的发展能够充分利用它们与IT领域交互 ， 能够让由信息、物理实体融合构成的CPS真正发挥作用 ， 就必须为所有工业技术和产品建立信息模型 ， 否则谈什么数字化转型、数字孪生体纯粹就是空谈 ， 根本无法落地生根 。
由于制造过程的复杂性 ， 统一的信息模型还难以实现 ， 因此制造过程的信息模型是分层次的 。 第一层是制造对象、制造工具的描述模型 ， 例如：机械制图、电路图、以及自动化装备的描述语言EDDL、FDT、FDI、OPC UA等 。 还有ISO、IEC正在构建的LoPs（ Lists of properties ） 。 针对不同领域有许多LoPs标准 ， 在过程自动化领域是IEC 61987 。 第二层是制造机器或过程的操作描述语言 ， 例如：IEC 61804 FB、IEC 61499 FB、IEC 61131-3 ， 以及各种操作数控机床、机器人等专用模型工具 。 第三层是制造车间流程的管理和调度模型 。 例如：各种生产线、AGV车操作和调度 ， 以及各部分同步协调的模型和语言 。


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