林诗万 | 工业互联网如何优化制造业

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2018-08-06 来源:知识自动化

    互联网的核心技术,也就是计算和通讯网络技术,在工业系统中更加广泛、更加深入的应用,其所关注的是,如何把实体(也就是传感、执行和控制器件、产品和装备等)、信息系统、业务流程和人员连接起来,通过数据分析,优化决策,推动生产和运营的智能化。
    在美国和欧洲,这两个词已基本不作区分地使用。
    工业物联网的起源
    工业物联网是指物联网在工业领域的应用,相对应于消费者物联网而言。物联网的定义很多,但最基本的定义都环绕着对物理实体的连接。如Gartner 的定义:物联网(IoT)是物理实体的网络,这些物理实体含有嵌入式技术,能与内部状态或外部环境进行通信和感知或互动。再如,McKinsey的定义:物联网是嵌入物理实体的传感器和执行器,通过有线和无线网络进行链接,通常使用互联网的互联网协议(IP)。
    更广泛的看,物联网作为互联网发展的新的一波浪潮,将把成千上万的实物器件连接上网,与现有的信息网络和社交网络交接互动,建成一个无所不包的万物互联网。


图 1 互联网革命的延续


    物联网的概念现在通常认为[1]是由Kevin Ashton在1999年互联网的高峰期的最早提出的。当时Ashton与Sanjay Sarma和David Brock在麻省理工学院刚成立的自动识别中心,通过RFID标签将物件连接到互联网上。Ashton同时期在宝洁(Procter&Gamble)从事供应链优化工作,在对高层管理人员做演讲时把通过RFID标签将物件连接到互联网技术称之为Internet of Things(物联网)。
    其后,物联网的这个概念并没有马上得到广泛的关注,而是一种陆陆续续的认同。
    国际电联(ITU)在2005年发布IoT报告中展望着一种永在的通讯能力,这种能力与像RFID和智能计算等新技术的结合,将引入对器件实现网络互联的世界,把从轮胎到牙刷的实体纳入通讯范围内,预示着一个新时代的黎明的到了,使当时连接数据和人的互联网让位未来的物联网。
    在2008年,美国国家情报委员会将物联网列为6个“颠覆性民用技术”之一,认为其对美国利益至2025年将有潜在的影响。
    在2010年,中国国务院总理温家宝更将物联网称为中国重点行业,并计划对其进行重大投资。
    到了2011年,物联网开始在市场上受到广泛的关注和认同,2011年,市场研究公司Gartner在其“新兴技术的Hype周期”上列举了“物联网”。与此同时,其它主流技术专题杂志、著名分析机构和全球性大型企业,如Forbes、Wired、the Atlantic,McKinsey和Cisco,开始使用物联网作为词汇来描述这一现象并列举各种各样天文量级的数据来预测其巨大的潜力。
    到此,物联网已受到了市场和社会的普遍认同和接纳,但是主要关注点大多局限于与消费者相关的应用领域,如智能家居(如通过智能手机控制照明、门窗,温度和家用电器等)、智能城市(如交通、空气质量、供水等智能监控和调度等),而物联网在工业领域的应用的理解和推动也开始兴起。
    工业互联网的起源
    工业互联网则由GE公司在2012年提出,作为工业革命和互联网革命之后的第三波大变革,是互联网所推动的先进计算能力、数据分析、低成本的传感技术以及广布的连接与全球性的工业系统的大融合,是数字世界与机器世界的深度交织,将为全球性的工业体系带来意义深远的变革。工业互联网通过提高效率和绩效,降低能耗和成本,将提升生产率1-1.5个百分点,再次达到互联网时期的高峰值,在未来的20年内将为全球的年度生产总值(GDP)增加10-15万亿美元的价值。
    为了说明工业互联网在优化工业系统的潜力,GE在《工业互联网:推动思维和机器的边界》的白皮书中引用了一些数据,评估了在一些工业领域里如果通过优化达到1%的节省,由于其规模将能得到的经济效益。
    在2015年初世界经济论坛发布的题为《工业互联网:释放连接产品和服务的潜力》的调研报告,其所得出的结论是,工业互联网确实是变革性的——它将改变竞争的基础,重新划定行业界限并造就一波具有颠覆性的新企业,就像当前的互联网造就了Amazon、Google和Netflix一样。
    这个调研报告表明,工业互联网的颠覆性,来自于从连通产品里所收集的海量数据中所创造的新价值,从而可以实现自动化决策,并实时优化运营。工业互联网将在四个主要方面提供的关键业务机会:
    ☆ 通过预测性维护和远程管理大幅提高运营效率(例如,提高正常运行时间,资产利用率)。
    ☆ 由软件驱动的服务、在硬件方面的创新、以及对产品,流程,客户和合作伙伴可见度的提升这些因素,将引入成果型经济模式,在这种模式下,企业的竞争力在于它们为客户交付可衡量的结果的能力。
    ☆ 成果型经济模式将促使生态系统中的商业伙伴密切合作,将其产品和合作整合在一起,以共同满足客户的需求。一些软件平台,如能更好地在生态系统中收集,聚合和交换数据,将促进以前所未有的速度和规模,生产,分销和营利新产品和服务。这将导致新型连通生态系统呈现,模糊传统行业界限。
    ☆ 先进的人与机器之间的合作,将把生产力提高到前所未有的水平和创造更有吸引力的工作体验。在此同时,不管是体力性还是智力性的低技能的工作都会愈来愈多被基于智能传感、智能助手和机器人的“数字化劳动力”所取代,而将来所需的工作,其技能的要求也会愈来愈高。工业互联网将利用技术辅助和增强工人的能力,使他们的工作更安全,更高效,更灵活和更投入因而更具吸引力。
    为了推广工业互联网, GE牵头与英特尔、IBM、思科以及AT&T,一起于2014年3月在美国创立工业互联网联盟(Industrial Internet Consortium – IIC),作为一个非盈利开放性的组织。
它把相关的企业和机构聚合在一起,探索、交流和推广有关工业互联网的理念、技术和最佳实践,其宗旨在于加快工业互联网的发展和其价值的实现。在技术方面,IIC着重推动通用架构,互操作性和开放标准的广泛采用,以期超越技术和产业孤岛所带来的障碍。在业务方面,IIC则注重协调生态系统,推动工业互联网在各行业的采纳。IIC具体的工作聚焦在以下的一些方面:
    ☆ 建立公开论坛探索、交流和推广有关工业互联网的理念、技术和最佳实践;
    ☆ 制定参考架构和技术框架,发布最佳实践及案例研究,以简化IIoT的实施;
    ☆ 提炼标准要求,协调和促进与全球IIoT相关的标准制定;
    ☆ 创立案例和测试床,探索和展示切合实际的IIoT系统的实施和价值的实现;
    ☆ 提升对IIoT安全的关注,推动安全方法的创新,增强系统的安全实施和信心。
    目前,工业互联网的理念已在全球得到了广泛的认同和接受,IIC也已发展成为一个推动工业互联网发展的领先国际化机构。
    中国工业互联网产业联盟也于2016年2月在北京成立,作为一个多功能开放平台,支撑政府和产业界双向沟通、制造业和信息通信业跨界融合和协同创新、国内发展和国际合作,以期切实推动工业互联网的创新发展。
    工业互联网的应用广泛地涵盖了所有牵涉到工业和基本设施装备和资源的使用、管理和运营、所有能受益于信息化和智能化所带来的优化成果的领域,包括了智能城市、智能建筑、医疗保健、交通运输、石油与天然气、电力、矿产、农林,当然也包括了智能制造。
     殊途同归
    与此同时,互联网技术在工业领域的推进也在国际上受到日益的注重, 其中最具影响力的是德国的工业4.0。工业4.0作为其中的一个未来项目,源于德国政府2010年的“行动计划高科技战略2020”。工业4.0平台作为一个机构也为此在2013年正式成立,整合德国国内企业、产业、科研、政府和劳工资源,旨在辨认制造行业的所有相关发展趋势,确定对工业4.0的理解,并为此制定联合建议,最终的目的是把德国建立成先进的制造解决方案的主要市场和供应者。
    实现工业4.0或智能制造的基本措施是通过连通机器、工件和系统、企业,在整个价值链上建立可以自主并相互控制的智能网络,而这些理念、措施和技术与工业互联网是融合相通的,都将是建立在CPS的基础上。
    无论是工业互联网、工业4.0,还是智能制造,尽管它们的出发点、思考问题的角度和所关注的应用领域各有差异,但它们都是共享着一个核心理念,即把互联网的核心技术——计算和通讯网络技术,更加广泛、深入地应用在工业系统和基本设施中,以实现信息技术与生产运营技术的深度融合;它们都要达到一个共同目的,即通过对物理实体状态和环境的实时感知,在信息空间通过计算做出最佳的决策,动态地优化物理资源的使用。
    可以这样看,工业互联网的应用涵盖了对包括制造业在内所有工业系统和基本设施资源的优化,而工业4.0则根据制造业的特定需求聚焦在对生产资源的优化。CPS则是实现这些对资源优化的基础技术和构建模块,而工业互联网和工业4.0最终所建立的都是系统级(SoS级)的CPS,这些互联互通的CPS也成了万物互联网不可缺少的一部分。
     文献表明,物联网的概念的首次提出其实是在互联网还未真正形成的1985年 9月。当时,美国的一位无线通讯先驱,Peter T. Lewis,在对一个受到美国联邦通讯委员会(FCC)支持的国会会议中做报告时提出:物联网(IoT)是将人员,流程和技术与可连接设备和传感器集成在一起,以实现远程监控,状态,操纵和评估这些设备的趋势。这与现阶段对物联网的理解惊人地相似。

 

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