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      1. 計世網

        工業互聯網,你到底有啥用?
        作者:佚名 | 來源:ceChina
        2019-05-17
        我們國家作為工業大國,面對人工成本上升、原材料價格波動、貿易競爭日益加劇等種種不利情況,正處在工業轉型升級的關鍵時刻,迫切需要提高效率、降低生產成本。

         

        工業互聯網到底是什么東東,為什么它能夠被稱為“第四次工業革命”的敲門磚。

        什么是工業互聯網

        2012年,美國通用電氣公司在提出“工業互聯網”概念時,是這么說的:

        “工業互聯網,就是把人、數據和機器連接起來”。

        也就是說,工業互聯網的三要素,是人、數據、機器。

        現在我們把這個概念豐富一下,這么說:

        工業互聯網的本質,就是通過開放的、全球化的通信網絡平臺,把設備、生產線、員工、工廠、倉庫、供應商、產品和客戶緊密地連接起來,共享工業生產全流程的各種要素資源,使其數字化、網絡化、自動化、智能化,從而實現效率提升和成本降低。

        關鍵詞我都加粗了,認真讀幾遍,我相信能看懂。

        中國有句古話:“水流則清,人動則活”。武俠片里也總是會說:“打通任督二脈,功力倍增”。

        這些,都說明了“流動貫通”的重要性。

        而工業互聯網,就是讓數據“流動”起來。

        我來解釋一下:

        單個節點,非數字化,沒有網絡,它就是孤島,是“死”的。

        隨著傳感器等數據采集技術的升級,節點開始產生數據,有了“生命”。

        與此同時,通信技術已在不斷升級,像血管和神經一樣,幫助無數孤立的節點,交換數據、共享數據。

        最后,這些數據流會到達云端,借助云計算、大數據這些信息技術升級的產物,產生價值。

        如此一來,所有節點就形成一個系統,一個更強大和完整的“生命體”。

        這就是為什么,我們通常將工業互聯網稱為“工業技術革命”和“ICT(信息通信)技術革命”相結合的產物。

        這里,我們要解釋一個叫“OT”的概念。

        大家搞通信的話,一定知道IT是信息技術,CT是通信技術,那么,OT是什么?

        OT,就是Operation Technology,操作技術。可以把它理解為工廠車間里面的那些工業環境和設備,包括機械臂、傳感器、儀器儀表、監控系統、控制系統等等。

        工業互聯網,就是IT、CT、OT的全面融合和升級。它既是一張網絡,也是一個平臺,更是一個系統,實現了工業生產過程所有要素的泛在連接和整合。

        工業互聯網

        工業互聯網和“紅色警戒”

        上面所說的內容可能比較抽象,我還是通過一個喜聞樂見的例子來說明吧。

        很多人都玩過紅色警戒、星際爭霸、魔獸爭霸這樣的電腦游戲吧?

        這些游戲,都稱之為即時戰略游戲。說白了,就是不停地收集資源(鐵礦、木頭、石油等),然后建造工廠,生產和制造武器(士兵、戰車、坦克、飛機等)。最后,利用這些武器,去消滅對手。

        游戲的邏輯很簡單,誰的武器最多最強,誰就能贏。所以,更能決定勝負的,是玩家的生產效率。

        這是一個非常復雜的生產系統——資源的類型有很多種,武器和兵種也有很多種,科技樹就更復雜了,此外,你還要進行能源管理(不能停電)。

        但是,一名游戲玩家通過鍵盤、鼠標、顯示器,就能夠運作這一整套系統。

        你有沒有想過,這是為什么?

        我覺得你應該已經想到了,是的,你在使用“工業互聯網”的初級模型——

        通過顯示器展示的游戲界面(操作面板),玩家可以很清楚地看到自己當前有多少資源(鐵礦、木頭、石油),多少座兵工廠,兵工廠當前在生產什么,生產速度如何。玩家也可以看到自己的科技研發進度。玩家還可以看到自己有多少電廠,發電量夠不夠,會不會有停電的風險。

        正因為玩家掌握了所有的數據(信息流),所以才能最高效率地進行決策,下達生產命令。

        試想一下,如果你要玩一場沒有電腦的紅警游戲,會面對什么場景?

        1、所有的數據都是用人傳遞,通過紙張才能閱讀。你會被海量的紙張淹沒。

        2、這些數據無法進行即時統計和運算,也沒辦法第一時間找到其中的規律和問題。例如,你的鐵礦雖然很多,當時你的石油只夠用一個禮拜。再例如,你的坦克工廠開足馬力生產,結果發現坦克發動機供貨不足。

        3、你的命令無法很快抵達工廠和車間。

        ……

        簡而言之,你就像回到了二戰年代。在那個年代,如果想要運作龐大的戰爭機器,你只能依靠大量的人,還有熟練的團隊協助。

        如此看來,工業的信息化、數字化、網絡化,是不是很有用?

        工業互聯網的架構

        真正的工業互聯網,當然要比紅警游戲復雜得多。

        我們先來看一下官方給出的工業互聯網平臺功能架構:

        圖片來自中國工業互聯網聯盟

        上圖其實可以看出,主體架構就是云計算架構。包括IaaS、PaaS、SaaS,都是云計算一模一樣的概念。

        多了一個邊緣層,我前面說過,邊緣層其實就是生產現場,OT那部分。

        我又畫了一個簡單一點的:

        根據上面的圖,可以看出:

        OT在底層,負責數據采集和動作執行,有點像四肢;

        CT連接所有節點,負責數據傳輸,有點像血管和神經;

        IT在上層,負責數據運算和分析,有點像大腦。

        數據是雙向流動的,形成了一個整體。

        說來說去,就是數字化、信息流,然后從數據中挖掘價值。

        工業互聯網的應用案例 

        我們通過現實世界中的幾個案例,來看看工業互聯網到底能帶來多大的價值。

        第一個案例,是德國西門子。

        作為工業4.0概念的提出者,德國也是第一個實踐智能工廠的國家。位于德國巴伐利亞州東部城市安貝格的西門子工廠,就是一個高度數字化的智能工廠。

        在占地10萬平方米的廠房內,員工僅有1000名。近千個制造單元,全部通過物聯網進行聯絡,大多數設備都在無人力操作狀態下進行挑選和組裝。

        德國西門子安貝格工廠

        在這個工廠里,每100萬件產品中,次品約為15件,可靠性達到99%,追溯性更是達到100%!

        再來看看瑞士的ABB集團。ABB是電力和自動化技術領域的世界級巨頭企業。

        他們研發了ABB Ability智能傳感器技術,將生產的電機與云服務連接。該技術就像給電機佩戴了健康腕表,對電機的運行情況進行精確監測,并在云端對數據進行算法分析。一旦發現問題,就進行預警。

        采用該技術之后,降低了70%的故障停工時間,延長了30%的使用期限,減少了近10%的能耗。

        再來看看中國的。

        美的集團,中國最大的家電制造企業之一,也打造了自己的工業互聯網標桿工廠。

        在它的磁控管(微波爐的核心設備)工廠里,搭建了完整的信息化應用框架,打通了各大系統的數據接口,實現了內外互聯、虛實互聯。

        美的自研的MES(制造執行系統)首先實現了與云端上面供應商數據的對接,打通了供應商來料的入庫、品質和生產計劃。然后,打通了物流、質量管理系統,實現了對物流配送、品質管控的控制。接著,在產品開發上通過PLM(產品生命周期管理)實現制造和研發同步。最后,在銷售端,通過CRM(客戶關系管理)系統和客戶對接。

        這樣一來,真正實現了全流程打通。

        改造之后,這個數字化工廠的自動化率高達95%,關鍵工序不良改善達30%以上;人員效率提升88% ,空間產出效率提升79.2%。

        總而言之,工業互聯網帶來的效率提升,是有目共睹的。節約下來的成本,也是真金白銀。

        工業互聯網與云計算、大數據、人工智能

        云計算和工業互聯網之間,有什么關系呢?

        其實前面已經都提到了。

        當只有1個工廠和很少的設備時,在廠房里擺上幾臺服務器,建個局域網,找幾個工程師,就可以管理和維護這個小型工業網絡了。

        這個網絡太小,只能稱為工業局域網,而不是互聯網。

        但如果是幾十個工廠,幾百個車間,幾萬個生產設備呢?顯然,這個時候應該采用云計算技術。

        只有上云,才有強大的運算能力、存儲能力和網絡帶寬,能夠對這么龐大的系統進行管理。

        也只有通過云計算,才能讓更多的企業員工及管理者接入,去使用工業互聯網。也能夠讓開發者有更大的空間,去設計更好的應用。

        云計算還可以為企業與企業之間,工廠與供應鏈之間,工廠與經銷商之間,提供接口,進行指定數據的共享。

        甚至還能提供工廠與最終消費者用戶之間的接口,方便用戶對產品進行個性化定制。

        再來看看大數據。

        前面我們一直都在說數據,不過數據和大數據是兩回事。

        大家都知道,消費物聯網的大數據很大,例如購物數據,出行數據等。但是,實際上,工業互聯網產生的數據量,遠遠超過消費物聯網。

        舉個例子吧,波音飛機發動機30分鐘內產生的數據,就有10TB,我們普通臺式機2TB的硬盤,需要5塊才能裝得下。

        數據就是金礦,工業互聯網的大數據,就是超級大金礦。

        通過大數據技術,可以對生產制造物流等所有流程的數據進行存儲和分析,挖掘其中的數據價值。

        人工智能又和工業互聯網有什么關系呢?

        其實,早在十幾年前,我們玩紅警,選擇和電腦對戰,不就是在和人工智能對戰嗎?只不過那個時候的人工智能,還只是很初級很“弱智”的智能,它只是按照游戲開發者設定的固定程序流程,先造什么,再造什么,最后來攻擊你。

        如今的人工智能,學習速度更快,算法更先進,變成了阿爾法狗,你想打贏它,幾乎是不可能了。

        我們將人工智能引入工業制造,其實就是讓人工智能作為我們的代理人,幫助我們管理工廠,管理整個制造生產流程,甚至包括采購、物流和銷售流程。

        隨著人工智能的不斷演進,工業互聯網這個系統將會實現工況自感知、工藝自學習、裝備自執行、系統自組織。

        這個,就是智能制造的最高境界。

        工業互聯網和5G

        5G和工業互聯網之間的關系,主要集中在接入層。

        高連接速率、超低網絡延時、海量終端接入、高可靠性,都是5G所具備的優點。這些優點,將非常有利于5G替代現有的廠區物聯網通信技術,尤其是Wi-Fi,藍牙等短距離通信技術。

        一些以往受限于網絡接入而不能實現的場景,在5G的加持下,都變得可行。

        例如,高精度機械臂加工。如果采用5G對機械臂進行遠程控制,時延將縮短到1ms,可以很好地滿足加工精度的要求。

        5G機器人

        還有5G的超高帶寬,在采集4K/8K設備監控影像的時候,也將發揮不可替代的作用。

        除了接入層之外,5G的切片、邊緣計算,都可以在工業互聯網領域找到不錯的應用場景。

        工業互聯網的發展現狀 

        工業互聯網蘊藏著巨大的商機,無數企業對此躍躍欲試。

        如果想要成為工業互聯網的玩家,想要掌握先機,當然就是從工業互聯網平臺入手。

        工業互聯網平臺是工業互聯網的核心。說白了,它也就是工業互聯網的“操作系統”。

        就像蘋果iOS系統和谷歌安卓系統牢牢掌控了消費互聯網一樣,誰提供的工業互聯網“操作系統”最好,用的人最多,誰就掌握了工業互聯網發展的主動權。

        但是,盡管工業互聯網已經發展了這么多年,迄今為止,仍然沒有任何一個平臺占據了絕對領先的地位,也沒有任何一個平臺獲得了真正的成功。

        原因很有意思——

        能夠提供這樣強大平臺的公司,一定只有兩種,要么是工業制造能力很強的公司,要么是信息技術能力很強的公司。

        例如,美國的通用電氣和德國的西門子,就屬于前者。世界上第一個工業云平臺Predix,就是由美國通用電氣公司(GE)在2015年正式發布的。而第二個平臺呢,就是德國西門子公司在2016年4月開放的MindSphere。

        按理來說,這些公司很牛,做出來的東西當然非常好。但是,工業互聯網有一個很大的特點,就是個性化。每個公司生產的東西不一樣,流程不一樣,工藝不一樣,設備不一樣,渠道不一樣,甚至商業模式和供應鏈也不一樣。

        你想造一個通用的平臺,可能嗎?

        想要成功,必須經過非常深入的分析,然后建模,最后開發。也就是說,高度定制化。

        曾經就有業內人士說,傳統的消費物聯網平臺開發,分析需求、建立模型、編寫代碼這三步的工作比例,是2:3:5。而工業互聯網平臺恰好相反,是5:3:2。

        一個工業互聯網平臺項目,你需要花大量的時間在場景和需求分析上,搞懂它到底是怎么運作的。

        想拿通用平臺隨便改改就用?扯淡!

        此外,作為GE和西門子這樣的大公司,雖然它們擁有雄厚的技術實力,做出了好的平臺,但它們本身也是工業企業。它們的競爭對手,怎么可能會用它們的平臺呢?那豈不是把自己的數據都暴露了嗎?

        而作為亞馬遜、谷歌、微軟,包括國內阿里、騰訊,雖然是互聯網企業,也擁有雄厚的軟件研發實力,但對工業制造過程沒有深厚的技術沉淀,所以也很難做出適合的平臺。

        因此,現在工業互聯網平臺處于全面混戰的一個狀態。大公司做,小公司也做,很多大型制造企業孵化出來獨立經營的子公司,反而在所在的專業領域做得風生水起。也有一些互聯網創業企業,憑借專業知識,做出了不錯的平臺產品。

        就在這種混戰的狀態下,全球工業互聯網平臺市場在高速增長。

        根據研究機構 MarketsandMarkets 的統計數據顯示,2017 年,全球工業互聯網平臺市場規模為 25.7 億美元,預計 2023 年將增長至 138.2 億美元。

        而美國、歐洲和亞太這三個地區,是當前工業互聯網平臺發展的焦點區域。

        美國的代表,是GE、微軟、亞馬遜、PTC、羅克韋爾、思科、艾默生、霍尼韋爾等巨頭企業。而歐洲的代表,是西門子、ABB、博世、施耐德、SAP 等企業。

        中國就更多了,航天云網、海爾、樹根互聯、寶信、石化盈科、用友、索為、阿里、華為、浪潮、紫光、東方國信、寄云等等,都是起步比較早的平臺開發企業。

        國內工業互聯網產業技術體系

        (圖片來自中國信通院)

        這場混戰還將繼續下去,究竟誰能脫穎而出,只能讓時間告訴我們答案了。

        工業互聯網的瓶頸 

        工業互聯網的未來是美好的,但是,前進的道路并不通暢。

        很多的問題和障礙擺在它的面前,例如最關鍵的數據安全問題。

        企業對于數據安全的顧慮,嚴重影響了他們上云的積極性。他們害怕自己的核心數據不能得到很好的保護,一旦泄露,帶來的后果是災難性的。

        保護數據的安全,既需要平臺擁有可靠的技術,也需要企業本身有很好的軟硬件環境和管理水平。

        對于我國很多企業來說,基礎設施落后,資金和技術有限,想要“速成”工業互聯網,確實不太現實。就像鄔賀銓院士說的,有些企業內部數據都做不到完全共享,更何況外部。

        此外,工業互聯網標準的缺失,以及企業ICT人才培養的不足,都是困擾工業互聯網向前發展的障礙。

        不僅我們國家如此,國外推進也是困難重重。就像前面說的GE通用電氣,不久前也是因為旗下GE Digital(GE數字集團,專門搗鼓工業互聯網業務,包括世界上第一個工業互聯網平臺Predix)業績不佳,所以出售了它的部分股權。

        所以說,推動工業互聯網發展和普及,是全世界面臨的共同難題,任重而道遠。

        結語

        不管怎么說,第四次工業革命是人類發展的必然趨勢,工業互聯網也是工業發展的必經之路。

        我們國家作為工業大國,面對人工成本上升、原材料價格波動、貿易競爭日益加劇等種種不利情況,正處在工業轉型升級的關鍵時刻,迫切需要提高效率、降低生產成本。只有堅定不移地推動工業互聯網落地,加快更多企業的數字化轉型和智能化改造,才有可能讓自己在全球化競爭中立于不敗之地。

        責任編輯:焦旭

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