当今时代,新一代信息技术和其他高新技术发展迅猛异常,加速了制造模式的创新和制造系统的演进。让制造系统更具智能,使其更能自动适应市场变化和制造条件的变更,智能制造已不是遥不可及的追求,而是可以脚踏实地的实施。智能制造是以往努力的延续,是几十年技术的积淀。有关智能制造内涵的表述,仁者见仁、智者见智,众说纷纭。笔者比较认同这种表述:“智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节,具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。”②
智能制造是制造业的发展方向和目标,这一目标的实现则需经过制造业智能化的过程,关键是构建智能化制造系统。一般来讲,一个智能化制造系统由五个层级构成(图2)。各个层级间需要实现信息集成,底层设备间更需要实现互联互通。目前,制造系统底层设备间的信息互联,通过各种现场总线得以实现,如Profibus、CanBus、LonWorks、CC-link、DeviceNet、Modbus等等。层级间则通过工业以太网实现通信。信息集成的前提是设备的各种各样信息需表达为计算机能读懂的数字语言。这就要求凡在制造系统内的各种设备必须先进行数字化,然后才有可能按照智能制造的要求进行调度并运行。智能制造还需要将企业的各类业务流程、运营过程均纳入制造系统中。因此,业务流程、运行过程也需进行数字化并贯穿于全生命周期。一句话,制造企业必须成为数字化企业、实现数字化转型,才能适应信息时代。
数字化转型的主要内容包括要素、过程和产出的数字化。③要素数字化体现在推动数字技术创新,推进生产设备的数字化改造、培育融合型数字化人才;过程数字化主要涉及研发、设计、采购、生产、销售等业务流程的数字化升级;产出数字化体现在产品的智能升级和服务模式的数字化创新。
制造企业向数字化转型是应对已经到来的重大变革的唯一正确选择。当前,大部分制造企业尚处于转型的前夜或初期,少数先进企业已开始和实现了数字化转型。数字经济的热潮正迎面涌来,相对于数字产业化,产业数字化的空间要大得多,其复杂程度和实施难度也大得多,因而发展速度低得多。产业数字化是数字经济发展的重点和难点。工业互联网将数字化技术和工业(尤其是制造业)两者连接起来,使物物相联成为可能,使制造系统的智能化易于实现。
工业互联网和平台
工业互联网平台建设有三种情况,一是基础云建设方,向上延伸到应用行业;二是互联网公司,向自身熟悉的行业靠拢;三是制造企业智能化改造中取得经验和技术后,建设面向行业的平台
工业互联网是互联网和新一代信息技术与工业系统全方位深度融合所形成的产业和应用生态,是工业智能化发展的关键综合信息基础设施。④对工业互联网的理解也是多种多样,与工业互联网相类似的名称有产业互联网、工业物联网、物联网、工业中的互联网等。
工业互联网将原已在企业内部运行的内网和企业间相互通讯的外网均涵盖在内,于是成为制造企业数字化转型的关键支撑,成为制造业智能化必需的网络环境和基础设施。智能化制造与工业互联网密不可分,智能化制造依工业互联网而实现,工业互联网扶植制造业走向智能化。工业互联网的主要应用场景和用武之地在制造业。但是,工业互联网并非狭隘的“设备联网”或“机器换人”,而是需要将制造业知识、软件与硬件三者相互融合。⑤
由于工业互联网可将位于各处的成千上万的设备和硬件接入网中,实现泛在互联,由此又遇到了突出的问题,即大量的数据都上到云上,使网络不堪重负。于是有了边缘计算技术,将若干底层设备的数据先行处理,再将经过“预处理”数据放到云上。从云端着眼,“预处理”位于云的边缘,故而称作边缘计算。有些单位在构建工业互联网平台时,将其称为“雾计算”。云计算、雾计算,还有众多新名词、新概念,难免有点让人感到云里雾里。
工业互联网产业联盟在体系架构1.0版本的基础上,继续不断完善,于2019年8月在重庆正式发布了工业互联网体系架构2.0(图3)。⑥这一体系架构是工业互联网技术生态协同发展的基础指南,对于工业互联网与制造智能化、数字化转型的融合发展,厘清了相互关系和工作侧重。
工业互联网对于大企业和行业骨干企业,因其资金、技术等实力较强,在早年两化融合阶段,即已建立了企业自己的专网。现在这些企业中不少单位应用工业互联网技术建起了私有云。也有些企业依托自己的技术基础,建立公有云,成为工业互联网平台,为行业内外提供平台服务。
制造业中企业数量占90%以上的中小企业,在数字化转型和工业互联网面前,深感力不从心。因此,急需一些面向行业的公共服务平台为它们提供咨询、培训,提供简便的云服务。可喜的是,已出现不少这样的工业互联网平台。
这些平台,相当多的在为本企业两化深度融合、智能化制造、数字化车间、智能工厂的建设中,形成积累了相关的经验和技术,在此基础上加以固化、形成规范、制定标准,为同类企业提供相应服务。取得成效后,又进一步扩展延伸,成为有影响的工业互联网平台。
美的美云智数是在建设智能家电工厂的基础上发展起来的;树根互联、徐工汉云,则是在工程机械远程运维的业务上扩展形成的;苏州博众精工先在公司的机械加工车间进行智能化改造,有了体验后,建立TSAMO工业互联网平台,为类似企业提供服务;富士康集团的工业富联,建设智能工厂的同时,总结手机背板加工中材料、工艺、设备等方面的技术问题,构建工业富士专业云,为12个行业提供服务。海尔的COSMO Plat是整合海尔集团工业智能研究院等有关工业互联网业务与机构后形成的一个服务于产业的平台,既为海尔的家电、中央空调企业实现智能制造提供网络和技术支撑,也形成了“1+7+N”的业务模式。“1”即COSMO Plat,“7”即研发设计、制造生产、智能物流、智能服务等7个领域,“N”则为衣、食、住、行、医、康、养、教等等方面。至今,COSMO Plat已可为15个行业、7大领域提供3大类、28个应用场景、179项解决方案。
目前,工业互联网平台的建设单位有三种情况,一是基础云建设方,向上延伸到应用行业;二是互联网公司,向某些自身熟悉的行业靠拢;三是制造企业智能化改造中取得经验和技术后,建设面向行业的平台。第三种情况,相对而言,成效较明显。