工业互联网与产业智能化变革

工业互联网,源于工业发展的内生需求和互联网发展的技术驱动,而归根结底,是生产力发展的必然结果。在过去十年中,由于苹果、安卓等手机智能系统的推广,亚马逊的云计算服务、哈德普的大数据平台,以及杰弗利辛顿关于深度学习算法的突破,极大程度改变了信息产业的发展格局。

当前,互联网、大数据、人工智能等技术正加速同实体经济深度融合,自去年11月国务院印发《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》以来,工业互联网的关注热度一直在升高,两会期间也多次被提及。

工业互联网的兴起与制造业变革

工业互联网,源于工业发展的内生需求和互联网发展的技术驱动,而归根结底,是生产力发展的必然结果。在过去十年中,由于苹果、安卓等手机智能系统的推广,亚马逊的云计算服务、哈德普的大数据平台,以及杰弗利辛顿关于深度学习算法的突破,极大程度改变了信息产业的发展格局。通讯、互联网、软件很多产业都被重新塑造。当这些技术外溢和渗透扩展到传统领域时,它已经带来了一个更大的浪潮,那就是产业以及全球经济的数字化、网络化和智能化变革。

工业4.0就是智能化

回溯过去工业体系变革,工业1.0是机械化,2.0是电气化和科技管理,3.0是自动化,而工业4.0就是智能化。这个概念最初是德国应对数字化浪潮和制造业竞争的战略选择,2011年德国在汉诺威工业博览会上正式推出。同年,美国提出先进制造战略,其目的是结合美国在各个领域的基础科学研究和产业技术优势,强化未来制造发展所需要基础要素,重点突破技术含量和产业附加值最高的制造业尖端领域,打造整体性、系统性、复合型制造业竞争优势。

其实智能制造也好,工业互联网也好,要解决的问题不外乎是提升生产效率,或者说产品的价值。德国工业4.0的目标是生产率提高40%,资源效率提高50%,并与城市生活兼容,实现以人为本的生产组织、工作与生活的平衡。其实就是经济、社会、环境这三者关系。智能化升级对于企业来说,是企业的发展问题,对社会来说,是经济社会和环境协调发展的问题。

工业互联网的三种概念

从智能制造角度,工业互联网有3种概念:一是工业网络;二是工业(产业)智能化发展的关键网络基础设施、新应用模式和新兴业态;三是智能制造。它并非一个全新和独立的互联网,而是在现有互联网上扩展、演化、和升级而逐步形成,而其范围、功能、复杂性又可能将远超过现在的网络——时延更低、可靠性更强、安全性更高。

工业互联网以互联为基础,由数据驱动,通过数据的流动分析和建模,智能化升级,实现工业体系各个层面的优化,是人、机、物互联的生态体系。把工业体系内外全要素、全产业链连接起来以后,就形成了一个基础设施,可以为我们制造业的数字化、网络化、智能化转型,提供所需要的各类信息技术的使能要素,包括网络基础设施、平台、设备智能化模块、感知与计算能力、优化模型及算法以及综合安全防护。所以工业互联网是新工业革命的关键支撑和深化互联网下先进制造业的重要基石。

工业互联网的三要素

工业互联网包含网络、数据和安全三个基本要素,反映了工业互联网如何为改造升级工业体系提供势能的过程,其中网络是基础、数据是核心、安全是前提。网络提供工业体系的连接,是实现工业互联网以及实现智能制造变革的一个基础。从物理世界获得数据,进行数据的感知、分析、建模,最终改造和优化物理世界的过程,其中有三大优化闭环,即生产控制层面,企业、工厂运营节奏层面和产业链价值链层面等三个层面的优化。

国内外基本进展与态势

各个国家对工业互联网有不同的表述,比如先进制造、工业4.0、互联工业等,但只是从不同的角度按照同样的逻辑和方向来讲同一个问题,不过各个国家有所侧重。

美国侧重商业模式的变革,强调怎么用互联网技术来重构其他先进制造体系。

德国是把工业技术和互联网技术双向融合。

日本提出的概念叫互联工业,是把互联网和自动化和机器人技术结合。

国际上有一个工业互联网的产业链工业化联盟,是目前最主要的开展工业互联网生态组织的联盟。就发展的方向而言,技术与服务的创新,产业与生态的合作,平台的建设与行业应用,存在很多新的推进方向,都在发展的初期,格局和方向还没有最终确定,有非常大的创新空间。

工业化平台目前成为竞争的焦点之一,去年全球的工业化平台已经超过150个,但各平台能力有很大的差异。发展方向、商业模式,以及技术部署怎么去确定,仍然处于初期阶段。比如……

GE的Predix的平台,以GE出售的高价值资产为核心,从边缘资产出发,然后通过公有云的数据分析和洞察,最后形成应用和解决方案。

日本的一个自动化PAAS平台,采取边缘计算方式,把边缘应用和云端应用结合在一起,构成一个云和端结合的部分,把生产线自动化部分和跟商业有关的云的部分打通以实现互联。

因此我们可以发现,每个国家每个企业,会结合自己的特点做工业互联网。国际上主要的工业互联网平台模式我国都有,而且我国的模式创新非常有特色,比如平台跟保险、信贷结合,由订单驱动的平台,这些是国际上是没有的,但是我国平台的基础能力还是存在不足,也反映了我国工业技术的不足。

我国工业网的实践特点

我国工业互联网的实践特点为:“一个联盟,两个阵营,三个路径,四个模式”。

“一个联盟”是指两年前我们成立的工业互联网产业联盟。当时是140家单位,现在发展到830多家,分为12个工作组,9个特色组合和11个领域。12个工作组,主要解决总体性的发展问题,9个工作组主要聚焦于特定的领域,比如说工业大数据,工业人工智能,工业区块链。11个领域,包括汽车、供应链、能源电力等,由每个垂直行业的企业牵头来做,通过这种模式推动整个中国工业互联网生态的发展。联盟每个季度召开工作会议,上个月在青岛召开的季度会,一共有600多名专家参会,讨论技术报告,白皮书和测试床等问题。

“两大阵营”是指工业企业和互联网企业,两者具有不同的角度。工业企业推进工业互联网,更侧重的是由内及外,渐进、改良、升级,推动生产系统的智能化。而互联网企业则侧重由外及内,从用户的需求端出发,感知反馈到生产系统。通过变革、颠覆、重构实现商业系统的智能化。

“三个路径”:一是面向企业内部的生产率提升,即建设智能工厂。比如说提高产品的质量,产品的优良率,降低能源资源消耗,打通设备产线生产系统运营系统,通过数据实现提质增效、决策优化,实现数据驱动的智能生产。二是面向企业外部的价值链延伸,即打造智能产品、服务和协同。产品通过工业互联网实现更高的价值和附加值,打通企业的产业链和价值链,实现产品生产和服务的创新,提高数据驱动业务创新能力。三是面向开放生态的平台运营,即培育工业互联网平台,以其为抓手汇聚协作企业、产品、用户等产业链资源,打造数据驱动的生态运营能力。

“四个模式”是指智能化生产、网络化协同、个性化定制和孵化延伸四种模式。

不同的行业有不同的模式

对于每个行业、企业来说,痛点和难点不一样,因此关注点不一样,路径和模式就各不相同。比如说做一个垂直行业工业化实施的白皮书……

钢铁制造,高端装备工程机械里面,很大程度上是以资产为核心,强调过程优化、决策优化。

电子产品、家电制造,则强调以产品为核心,关注产品的全生命周期管理,商务商业模式转型和协同共享。

轻工行业主要聚焦个性化定制。

高端装备行业则聚焦智能化生产与网络化协同。

钢铁行业希望实现产业链系统与智能生产管控一体化。

电子信息行业强调智能化生产与个性化定制。

工程机械行业注重智能工厂与孵化转型。

下一步发展的思考

2017年11月,国务院发布了《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》,标志着国家关于工业互联网的顶层设计、战略部署基本完成,其中提到了“323”行动,即三大体系,两类应用和三大支撑,是我国发展工业互联网的重要方向与指引。按照这个战略思想,我认为下一步发展有几个方面需要重视:

网络体系方面,下一阶段,推动工业企业内网改造升级、加快工业企业外网建设、推进工业领域全面部署IPv6、构建工业互联网标识解析体系等将是重点的推进方向。另外有两个问题值得关注……

一是新的工厂的网络技术,TSN即时间敏感网络,解决的是在工厂生产中通过将工业以太网、工厂总线和it网络打通,然后满足工业要求的新型网络技术,这个问题非常有发展前途,是我国乃至全球正在推动的新技术。

二是5G技术,因为目前在工业中无线技术用得很少,约在5%到6%左右,这是一个很大的机会,目前已经做了测试床了,近两年会有一个大的进展。

平台体系方面,要围绕建设我国工业互联网平台、提升我国工业互联网平台运营能力等问题做好平台培育、平台试验验证、企业上云和工业APP培育。

安全体系方面,目前仍面临着较大挑战。未来,围绕工业互联网设备安全、控制安全、网络安全、平台安全和数据安全,提升安全防护能力、建立数据安全保护体系和推动安全技术手段建设,将是工业互联网发展的重要课题。

应用方面,为做好“大型企业集成创新、中小企业应用普及”两方面的工作,需要各方共同努力,解决“如何用好平台、如何探索出基于垂直领域的工业互联网应用路径”等问题。其中,鼓励大企业将平台、资源等向中小企业开放,引导中小企业将自身设计创意、制造能力等对外开放,进而推动大中小企业融通发展、促成良性产业生态,将具有非常重要的意义。

产业技术体系方面,如何突破工业互联网核心技术,在工业软件、系统集成与服务、自动化、平台等领域形成我们自己的竞争力,进而打造涵盖新网络、新平台、新智能、新软件、新技术、新产品等领域的产业技术体系,是未来我们需要重点考虑的问题。

工业互联网提供了一个基础设施,它也提供了一种方法论,如何去实现各个产业的数字化,网络化,智能化转型,如何通过网络实行互联,如何通过数据实现智能,如何保证安全,这种方法论可以作用于制造业,也可以作用于能源,交通等各个行业。通过这种作用,实现我国工业互联网的快速发展,是我们共同努力的方向。

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