我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展路徑

  隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”概念的提出和《中國制造2025》的發(fā)布，“互聯(lián)網(wǎng)+”制造、智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等概念成為當(dāng)前最熱的“風(fēng)口”。這些概念之間有何關(guān)聯(lián)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)要素有哪些，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的難點何在，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展又可采取怎樣的路徑，本文試圖對上述問題逐一探討并試圖解答。

  定義工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

  工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念最初由美國通用電氣(GE)公司于2012年提出，指在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)，優(yōu)化工業(yè)設(shè)施和機器的運行和維護，提升資產(chǎn)運營績效。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念的提出，首先是GE自身作為老牌工業(yè)設(shè)備制造商，為應(yīng)對經(jīng)營成本不斷上升、運營回報率持續(xù)承壓的挑戰(zhàn)所選擇的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型方向。GE認(rèn)為其兼具工業(yè)知識儲備和軟件分析能力的優(yōu)勢，希望通過倡導(dǎo)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對工業(yè)設(shè)備市場和行業(yè)的發(fā)展進行引導(dǎo)，幫助其客戶實現(xiàn)營運效率和業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新提升的同時，將自身轉(zhuǎn)型成為一家專門提供分析和預(yù)測服務(wù)的軟件公司，從而獲得新的發(fā)展空間。正如GE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大中華區(qū)總經(jīng)理楊濤所言，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的提出，“是行業(yè)競爭大環(huán)境不斷演變和軟硬件技術(shù)日趨成熟、相互作用而形成的必然結(jié)果，而不是消費互聯(lián)網(wǎng)的衍生品”。

  工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念自誕生之初，便著眼于利用新一代信息技術(shù)滿足制造業(yè)發(fā)展亟須提升效率、優(yōu)化資產(chǎn)和運營的迫切需求，順應(yīng)了科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大勢。在GE的推動下，AT&T、思科、IBM、Intel及GE自身等5家分別來自電信服務(wù)、通信設(shè)備、工業(yè)制造、數(shù)據(jù)分析和芯片技術(shù)領(lǐng)域的行業(yè)龍頭企業(yè)，聯(lián)手組建了帶有鮮明“跨界融合”特色的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，旨在制定通用標(biāo)準(zhǔn)，打破技術(shù)壁壘，利用新一代信息通信技術(shù)激活傳統(tǒng)工業(yè)過程，促進物理世界和數(shù)字世界的融合，目前吸引了全球制造、通信、軟件等行業(yè)159家骨干企業(yè)的加入。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的組建，使得工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)突破了GE一家公司的業(yè)務(wù)局限，內(nèi)涵拓寬至整個工業(yè)領(lǐng)域。

  在我國，隨著李克強總理在2015年《政府工作報告》中明確提出制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃和國務(wù)院5月份印發(fā)了《中國制造2025》，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與“‘互聯(lián)網(wǎng)+’工業(yè)”、智能制造等發(fā)展熱點密切關(guān)聯(lián)，其概念內(nèi)涵又進一步豐富。工信部部長苗圩在解讀《中國制造2025》時指出，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是順應(yīng)新一輪工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)變革的一個重點發(fā)展領(lǐng)域，也是政府工作報告中提到的“互聯(lián)網(wǎng)+”最早實現(xiàn)的行業(yè)之一”，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展可從兩個方面切入實現(xiàn)融合發(fā)展：第一個方面，就是智能制造;第二個方面，就是把互聯(lián)網(wǎng)引導(dǎo)到工業(yè)企業(yè)、工業(yè)行業(yè)中去?！睆拿幺撞块L的解讀可以看出，我國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”就是“‘互聯(lián)網(wǎng)+’工業(yè)”，而其內(nèi)涵不僅包含利用工業(yè)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化(即德國工業(yè)4.0描述的智能工廠)，還包括利用消費互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)融合創(chuàng)新，實現(xiàn)制造產(chǎn)品的精準(zhǔn)營銷和個性化定制，通過重塑生產(chǎn)過程和價值體系，推動制造業(yè)的服務(wù)化發(fā)展。

  四大技術(shù)要素支撐發(fā)展

  物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)，主要解決工業(yè)數(shù)據(jù)的采集和傳遞。數(shù)據(jù)的采集主要通過各類不同精度、不同工況要求的傳感器來實現(xiàn)，即物聯(lián)網(wǎng)的感知層;數(shù)據(jù)的實時傳遞可采用工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線等技術(shù)實現(xiàn)，非實時性的數(shù)據(jù)傳遞可以通過普通局域網(wǎng)或者無線的3G/4G、LTE-M、WiFi等技術(shù)實現(xiàn)，即物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層。

  智能機器。智能機器是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的載體。一方面，機器是可感知并且具備一定數(shù)據(jù)處理能力的。工業(yè)設(shè)備能夠?qū)崟r采集設(shè)備的動態(tài)運行數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)置的模型自主選擇要回傳到遠(yuǎn)程地點進行分析和存儲的數(shù)據(jù)。另一方面，機器是數(shù)控可編程的，能夠根據(jù)自身傳感的反饋或者遠(yuǎn)程發(fā)送的數(shù)字指令執(zhí)行相應(yīng)的動作。

  數(shù)據(jù)保存與處理分析。對大數(shù)據(jù)收集后的分析挖掘是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心價值。面對海量的工業(yè)動態(tài)數(shù)據(jù)，需要建立融合以往生產(chǎn)工藝經(jīng)驗和行業(yè)應(yīng)用知識的數(shù)據(jù)篩選和分析模型，其中篩選模型部署在設(shè)備端，在海量數(shù)據(jù)中根據(jù)需要找到最關(guān)鍵的核心數(shù)據(jù)回傳，節(jié)省傳送費用和分析成本;分析模型部署在遠(yuǎn)程計算中心，根據(jù)經(jīng)驗知識模型預(yù)測設(shè)備的行為并提出干預(yù)建議。

  功能和信息安全。與傳統(tǒng)制造相比，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的智能制造是信息技術(shù)的集合體，面臨著新的威脅。通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等信息通道，黑客可能攻擊智能制造系統(tǒng)的控制層軟件漏洞，從而影響裝備的控制和運行，造成功能安全風(fēng)險;也可能攻擊應(yīng)用層軟件漏洞，取得關(guān)鍵制造行業(yè)的敏感數(shù)據(jù)、設(shè)備運行情況和用戶使用信息等，造成重大泄密風(fēng)險。功能和信息安全技術(shù)已成為智能制造發(fā)展的關(guān)鍵支撐要素。

  總體來看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展雖然仍需克服一些技術(shù)上的困難，但從全球范圍看，支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的各項軟硬件技術(shù)基本上是成熟的。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵是應(yīng)用，突出需要解決的問題是制定通用標(biāo)準(zhǔn)，打破行業(yè)、技術(shù)的壁壘。

  四個層級實現(xiàn)互聯(lián)互通

  從技術(shù)上，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)打通從生產(chǎn)到企業(yè)運營的全流程環(huán)節(jié)需要在四個層級分別智能化或互聯(lián)互通：層級一是設(shè)備層面上的智能機器，對于流程型工業(yè)比如包括智能儀表、現(xiàn)場儀表、調(diào)試工具、各類數(shù)控閥門等;對于離散型工業(yè)比如包括工業(yè)機器人、數(shù)控機床設(shè)備等，它們的主要功能是實現(xiàn)具體的數(shù)據(jù)采集和控制動作。層級二是車間層面上的控制系統(tǒng)，比如包括安全儀表系統(tǒng)(SIS)、分散式控制系統(tǒng)(DCS)、組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)、各類PLC控制系統(tǒng)等，它們的主要功能是把設(shè)備的監(jiān)控信息集成，通過控制算法來實現(xiàn)自動實時的智能控制。層級三是工廠層面的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，它的主要功能是實現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)的調(diào)度和執(zhí)行。層級四是企業(yè)層面的集成應(yīng)用軟件，比如包括ERP、CRM、業(yè)務(wù)管理應(yīng)用平臺、電子商務(wù)平臺等，它們的主要功能是幫助企業(yè)面向市場營銷需求統(tǒng)籌調(diào)度各類企業(yè)資源。我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要點也蘊含其中。

  智能機器層面，工業(yè)自動化水平亟待提高。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展以工業(yè)自動化、信息化發(fā)展為前提。我國工業(yè)自動化和信息化水平整體不高，不同地區(qū)、不同行業(yè)的發(fā)展也不平衡，僅考慮為傳統(tǒng)設(shè)備加裝傳感器一項，便對企業(yè)的技術(shù)和資金實力提出較高的要求。另一方面，我國在高精度智能儀表、工業(yè)機器人、高端數(shù)控機床等領(lǐng)域，尚未完全掌握自主核心技術(shù)，相關(guān)零部件及整體解決方案的價格短期內(nèi)無法降低。

  車間控制層面，萬物互聯(lián)亟須制定通用通信標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中接入的設(shè)備是標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的工控機，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下接入的設(shè)備是非標(biāo)的傳感器和各類生產(chǎn)設(shè)備，其數(shù)量龐大且類型豐富。從技術(shù)上，工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議或現(xiàn)場總線協(xié)議均可通過擴容升級解決大量設(shè)備的接入需求;但從應(yīng)用的角度，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的萬物互聯(lián)亟須一個通用的通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議架構(gòu)，便于其他非通信領(lǐng)域的廠商同步開發(fā)其他應(yīng)用服務(wù)。

  工廠調(diào)度層面，MES亟須破解定制成本難題。MES是打通制造層面和企業(yè)層面兩套信息化系統(tǒng)的關(guān)鍵橋梁。MES以下的生產(chǎn)數(shù)據(jù)是實時的、動態(tài)的，數(shù)據(jù)量很大，但是價值密度低，屬于工業(yè)大數(shù)據(jù)范疇。MES以上的ERP數(shù)據(jù)是靜態(tài)的，結(jié)構(gòu)化的。MES系統(tǒng)需要選擇哪些數(shù)據(jù)須在制造控制系統(tǒng)和ERP之間傳遞，并為這些數(shù)據(jù)制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。由于每家工業(yè)企業(yè)的ERP和生產(chǎn)系統(tǒng)都是非標(biāo)的，已經(jīng)經(jīng)過了高度定制化，因此MES的實施也必須根據(jù)每家企業(yè)的具體情況去定制，這就帶來極其高昂的成本。另外，從工業(yè)企業(yè)的現(xiàn)階段需求來看，投資MES打通全數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)的需求并不是最迫切的，我國大部分企業(yè)可能現(xiàn)階段更愿意在MES以下投資，比如機器換人、加強集成監(jiān)控和自動控制水平等，以提高安全生產(chǎn)的效率;或者在MES以上投資，比如升級ERP系統(tǒng)的功能，部署供應(yīng)鏈協(xié)同或者采購新的客戶關(guān)系管理系統(tǒng)以擴大市場營銷能力等。

  企業(yè)集成應(yīng)用層面，避免出現(xiàn)信息孤島。在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的集成應(yīng)用平臺之間，比如ERP、PLM、CAD等軟件系統(tǒng)之間要做到格式相互兼容。在企業(yè)外網(wǎng)的電商平臺與內(nèi)網(wǎng)ERP之間要做到數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。就目前市場上可選擇的產(chǎn)品來說，主流ERP、PLM、CAX廠商產(chǎn)品之間大多預(yù)留了接口可以相互兼容，電商平臺解決方案與企業(yè)ERP系統(tǒng)也可以實現(xiàn)互聯(lián)互通。我國在近年來推進兩化融合的過程中不斷強調(diào)采購信息化系統(tǒng)要注意統(tǒng)籌，避免出現(xiàn)新的信息孤島。

  我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展路徑

  首先，深入推進兩化深度融合。面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求，從設(shè)備控制、車間組織、工廠調(diào)度、企業(yè)管理四個層面加強信息化建設(shè)，提升生產(chǎn)制造的數(shù)字化水平，實現(xiàn)對全生產(chǎn)過程的數(shù)字化監(jiān)控，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

  其次，加快推進互聯(lián)通信標(biāo)準(zhǔn)的研制和推廣。借鑒國際上OPC組織和國際電工委員會(IEC)已經(jīng)形成的一系列過程控制的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(包括安全標(biāo)準(zhǔn))，解決不同工業(yè)控制器之間的兼容組態(tài)，不同傳感器之間的信息傳遞等問題，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展掃清技術(shù)障礙。

  再次，盡快啟動產(chǎn)業(yè)鏈上的數(shù)據(jù)互通標(biāo)準(zhǔn)化工作。統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和規(guī)范，使得數(shù)據(jù)不僅能夠通過互聯(lián)實現(xiàn)傳遞和交換，還能夠基于統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)化標(biāo)準(zhǔn)，能被有效地利用和分析，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮協(xié)同制造優(yōu)勢破除行業(yè)壁壘。比如上游鋼材廠出廠的鋼板，應(yīng)與下游汽車制造廠或飛機制造廠采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述鋼板性能，用標(biāo)準(zhǔn)來打破行業(yè)和技術(shù)壁壘，促進融合發(fā)展。

  最后，引導(dǎo)工業(yè)企業(yè)加強流程管理。固化、細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)流程環(huán)節(jié)，為工業(yè)大數(shù)據(jù)的決策反饋提供優(yōu)化對象。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價值體現(xiàn)在利用對動態(tài)工業(yè)數(shù)據(jù)的分析對生產(chǎn)進行優(yōu)化，企業(yè)應(yīng)把生產(chǎn)流程盡可能細(xì)化成便于重組和優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)節(jié)，從而讓大數(shù)據(jù)的分析結(jié)果有用武之地。