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王喜文丨工业互联网:以新基建推动新变革
  • 人民智库
  • 2020年6月22日 11:42

工联网消息(IItime) 当前复杂的国内外形势下,振兴实体经济、发展制造业成为新时期的重要使命。工业互联网作为新一代信息技术应用将成为振兴实体经济、服务制造业高质量发展的重要抓手。

党中央、国务院高度重视工业互联网发展。习近平总书记连续四年对推动工业互联网发展做出重要指示。我国将工业互联网列为新型基础设施之一,将发展工业互联网作为推动制造业升级和新兴产业发展的有力举措。2020年全国两会,《政府工作报告》首次提及新基建;中央经济工作会议连续强调推动工业互联网等数字经济高质量发展。

作为新型基础设施的关键领域之一,工业互联网在加速产业升级、推动企业数字化转型、释放经济社会发展新动能等方面的基础性作用日益凸显。可以说,未来几年,工业互联网正迎来落地实践的加速期。

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工业互联网的愿景是工厂的无线网络化与智能化。因此,工业互联网是以新网络和新平台为新基建,所有的机器设备、零部件和产品等制造元素不再是独立的个体,它们通过工业互联网紧密联系在一起,实现更柔性和高效的制造系统;工业互联网是以新生态、新价值开创新变革,所有的解决方案、服务和供应体系不再是独自地升级,它们通过工业互联网深度地融合为一体,实现更智能和协同的网络系统(图1)。

图1 工业互联网的“六新”

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新网络:开启互联网下半场

纵观数十年互联网发展历程,我们会发现大多数互联网应用是以个人为用户,以电子商务、搜索引擎等日常生活为场景的应用形式,是一种满足消费者在互联网中的消费需求而生的消费互联网,也因此被称为互联网的上半场。而随着互联网技术的成熟,不断与产业的深度融合发展,互联网的下半场正在开启,那就是工业互联网。消费互联网主要关注需求侧,而工业互联网主要关注供给侧,并且还要在更高的维度构建新的生产模式和新的消费模式。

传统制造业时代,材料、能源和信息是工厂生产的三个要素。传统制造业发展的历史就是工厂利用材料、能源和信息进行物质生产的历史。材料、能源和信息领域的任何技术革命必然导致生产方式的革命和生产力的飞跃发展。但是,随着互联网和云计算、大数据技术的发展,计算机到智能手机、智能穿戴等移动终端的演进,越来越多功能强大的智能设备以无线方式实现了与互联网或设备之间的互联,由此衍生出物联网、服务互联网和工业互联网,推动着物理世界和信息世界以信息物理系统的方式相融合。也可以说,是这种技术进步使得制造业领域实现了资源、信息、物品、设备和人的互通互联(图2)。

 图2 工业互联网:人、机、物全面互联的新型网络基础设施

而未来,通过互通互联,云计算、大数据等新技术,与传统的自动化技术结合在一起,生产工序将实现纵向系统上的融合,生产设备和设备之间,工人与设备之间的合作,把整个工厂内部连接起来,形成工业互联网,互相之间可以合作、可以响应,能够开展柔性化的生产制造,可以调整产品的生产率,还可以调整利用生产资源的多少、大小,采用最节约资源的方式。

因此,随着互联网与先进制造业的深度融合,许多国家、企业都意识到工业互联网是未来工业的顶级生态系统,将对未来工业发展产生全方位、深层次、革命性影响。工业互联网需要设备通过网络连接到云端,基于超高计算能力的平台,并通过大数据和人工智能对生产制造过程进行实时运算控制。企业将大量算力和数据存储功能移到云端,这将大幅降低设备的硬件成本和功耗。与此同时,自动化设备在原有的控制功能基础上,通过拓展一些新功能,就可以实现产品生命周期管理、安全性、可追溯性与节能减排等智能化要求。这些为生产设备添加的新功能是指通过为生产线配置众多传感器,让设备具有感知能力,将所感知的数据通过无线网络传送到数据中心,通过大数据分析决策进一步使得自动化设备具有自主管理、自主学习和自我优化的智能功能,从而实现设备的智能化。

按照2017年11月27日,国务院正式印发《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》要求,未来的工业互联网通过系统构建网络、平台、安全三大功能体系,打造人、机、物全面互联的新型网络基础设施,既包括生产设备、生产材料、生产产品等硬件领域,也包括各种管理软件、数据和服务领域,通过5G 等新一代信息技术与制造业深度融合将形成智能化发展的新兴业态和应用模式。有利于促进网络基础设施演进升级,推动网络应用从虚拟到实体、从生活到生产的跨越,极大拓展网络经济空间。

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新平台:打造工业操作系统

随美国通用电气公司(GE)推出的Predix 工业互联网平台被称为“工业操作系统”,其中有很多模块可以由各个企业根据其行业背景,进行选择性组合,构建适用于自己的解决方案。Predix 是面向工业领域的基于工业大数据的云平台,主要是三层架构:底部是提供基础设施服务的IaaS 层,中间是平台PaaS 层,最上端是软件及服务层SaaS。Predix 利用这三层云计算架构,将各种工业设备或机器以及供应商等相互连接,提供资产性能管理(APM)和运营优化服务,每天监控和分析来自数万亿设备资产上的千万个传感器所发回的5000多万条大数据,帮助客户优化资源配置和业务流程、减少风险和实现100% 无故障运行。

平台作为“工业操作系统”的定位,既考虑了设备、软件、用户、开发者及数据等不同要素的管理与服务能力,同时又考虑了平台的基础技术和投入产出要求,这需要涉及将这些数据数字化并累积成足够的数据库,需要大量的基础设施建设。因此,工业互联网平台主要包含三个层面:

第一层面:数据产生。工业互联网的基础是大量的数据,而传感器是获得多维工业数据的感官。工业互联网时代,传感器遍布各项资产,因此系统可不断从新兴与传统渠道抓取数据集,确保数据持续更新,并反映当前情况。通过“感知工业过程,采集海量数据”,工业互联网须确保基本流程与物料的互联互通,以生成实时决策所需的各项数据,大幅改善劳动条件,减少生产线人工干预,提高生产过程可控性,最重要的是借助互联网打通企业的各个流程,实现从设计、生产到销售等各个环节的互联互通,并在此基础上实现资源的整合优化,从而进一步提高企业的生产效率和产品质量。与此同时,通过整合来自运营系统、业务系统以及供应商和客户的数据,可全面掌控供应链上下游流程,从而提高供应网络的整体效率。

第二层面:数据存储。得到大量数据后,如何将数据传输至云端呢?这需要依托先进的工业级5G移动通信技术。和过去在车间内直接对数据进行简单响应不同,企业需要把不同车间、不同工厂、不同时间的数据汇聚到同一个云数据中心,进行复杂的数据计算,以训练出有用的数学模型。这就对工业通信网络架构提出新要求,推动标准化通信协议及5G 等新的技术在车间里的普及。

第三层面:打通供应链各个环节数据流,实现产品生命周期全过程数字化和智能化。一方面,供应链各个环节之间的物流会产生大量的数据。这些物流信息的收集能够帮助物流行业提升效率,降低成本。未来的工业互联网,通过智能化收集、集成,处理物流的采购、运输、仓储、包装、装卸搬运、流通及配送等各个环节的信息,实现全面分析,及时处理及自我调整。另一方面,未来的工业生产将以数字化方式为物理对象创建虚拟模型,来模拟其在现实环境中的行为。通过搭建整合制造流程的数字孪生生产系统,能实现从产品设计、生产计划到制造执行的全过程智能化,将产品创新、制造效率和有效性水平提升至一个新的高度。

编 辑:向坤
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