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论工业互联网与智能化转型
作者:    发布日期:2018-06-12 13:11:00
      一、工业互联网内涵
      对于工业互联网业界比较认可的定义是:工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化和智能化需求,构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系,支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台。工信部信息化和软件服务业司安筱鹏副司长则认为,从本质上看,工业互联网是通过构建精准、实时、高效的数据采集互联体系,建立面向工业大数据存储、集成、访问、分析、管理的开发环境,实现工业技术、经验、知识的模型化、标准化、软件化、复用化,不断优化研发设计、生产制造、运营管理等资源配置效率,形成资源丰富、多方参与、合作共赢、协同演进的制造业新生态。
      站在制造企业的角度,e-works总编黄培认为,工业互联网是指工业互联的网,而不是工业的互联网。在企业内部,要实现工业设备(生产设备、物流装备、能源计量、质量检验、车辆等)、信息系统、业务流程、企业的产品与服务、人员之间的互联,实现企业IT网络与工控网络的互联,实现从车间到决策层的纵向互联;在企业间,要实现上下游企业(供应商、经销商、客户、合作伙伴)之间的横向互联;从产品生命周期的维度,要实现产品从设计、制造到服役,再到报废回收再利用整个生命周期的互联。
      不论是哪一种定义,工业互联网都可以用以下三句话来概括:
      第一,数据采集是基础。起本质是利用泛在感知技术对多源设备、异构系统、运营环境、人员信息等要素进行实施高效采集和云端汇聚。
      第二,工业PaaS是核心。其本质是在现有成熟的IaaS平台上构建一个可扩展的操作系统,为工业应用软件开发提供一个基础平台。
      第三,工业APP是关键。主要表现为面向特定工业应用场景,激发全社会资源推动工业技术、经验、只是和最佳实践的模型化、软件化、在封装,让用户可以通过对工业APP的调用实现对特定制造资源的优化配置。
      二、工业互联网平台体系架构
      从工业互联网定义来看,工业互联网平台需要具备四个基本功能。一是需要实现将不同来源和不同结构的数据进行广泛采集;二是需要具备并支撑海量工业数据处理的环境;三是需要基于工业机理和数据科学实现海量数据的深度分析,并实现工业知识的沉淀和复用;四是能够提供开发工具及环境,实现工业APP的开发、测试和部署。因此,工业互联网平台体系架构必须能完全实现这四个功能,即涵盖边缘层、IaaS层、工业PaaS层、工业SaaS层以及贯穿上述各层级的安全防护。其中,边缘层、平台层、应用层是工业互联网平台的三大核心层级。


图1 工业互联网平台体系架构
      首先,边缘层是基础。在平台的边缘层,对海量设备进行连接和管理,并利用协议转换实现海量工业数据的互联互通和互操作;同时,通过运用边缘计算技术,实现错误数据剔除、数据缓存等预处理以及边缘实时分析,降低网络传输负载和云端计算压力。
      其次,平台层是核心。在通用PaaS架构上进行二次开发,实现工业PaaS层的构建,为工业用户提供海量工业数据的管理和分析服务,并能够积累沉淀不同行业、不同领域内技术、知识、经验等资源,实现封装、固化和复用,在开放的开发环境中以工业微服务的形式提供给开发者,用于快速构建定制化工业APP,打造完整、开放的工业操作系统。
      最后,应用层是关键。通过自主研发或者是引入第三方开发者的方式,平台以云化软件或工业APP形式为用户提供设计、生产、管理、服务等一系列创新性应用服务,实现价值的挖掘和提升。
2017年工业互联网产业联盟发布的《工业互联网平台白皮书》中,将泛在连接、云化服务、知识积累、应用创新归结为工业互联网平台的四大特征。
      (1)泛在连接。即具备对设备、软件、人员等各类生产要素数据的全面采集能力。
      (2)云化服务。即实现基于云计算架构的海量数据存储、管理和计算。
      (3)知识积累。即能够提供基于工业知识机理的数据分析能力,并实现只是的固化、积累和复用。
      (4)应用创新。能够调用平台功能及资源,提公开放的工业APP开发环境,实现工业APP创新应用。
      三、工业互联网平台应用场景
      1、面向工业现场的生产过程优化
      工业互联网平台能够有效的采集和汇聚设备运行数据、工业参数、质量检测数据、物料配送数据和进度管理数据等现场生产数据,通过数据分析和反馈在制造工艺、生产流程、质量管理、设备维护和能耗管理等具体场景中实现优化应用。
      (1)制造工艺场景中,工业互联网可对工艺参数、设备运行等数据进行综合分析,找出生产过程中最优参数,提升制造品质。
      (2)在生产流程场景中,通过平台对生产进度、物料管理、企业管理等数据进行分析,提升排产、进度、物料、人员等方面管理的准确性。
      (3)在质量管理场景中,工业互联网基于产品检验数据和‘人、机、料、法、环’等过程数据进行关联性分析,实现在线质量检测和异常分析,降低产品的不良率。
      (4)在设备维护场景中,工业互联网平台结合设备历史数据与实时运行数据,构建数字孪生,及时监控设备运行状态,并实现设备预测性维护。
      (5)在能耗管理场景中,基于现场能耗数据与分析,对设备、产线、场景能效使用进行合理规划,提高能源使用效率,实现节能减排。
      2、面向企业运营的管理决策优化
      借助工业互联网平台可以打通生产现场数据、企业管理数据和供应链数据,提升决策效率,实现更加精准与透明的企业管理。
      (1)在供应链管理场景中,工业互联网平台可以实时跟踪现场物料消耗,结合库存情况安排供应商进行精准配货,实现零库存管理,有效降低库存成本。
      (2)在生产管控一体化场景中,基于工业互联网平台进行业务管理系统和生产执行系统集成,实现企业管理和现场生产的协同优化。
      (3)在企业决策管理场景中,工业互联网通过对企业内部数据的全面感知和综合分析,有效支撑企业的智能化拒测。
      3、面向社会化生产的资源优化配置与协同
      工业互联网可以实现制造企业与外部用户需求、创新资源、生产能力的全面对接,推动设计、制造、供应和服务环节的并行组织和协同优化。
      (1)在协同制造场景中,工业互联网平台通过有效集成不同设计企业、生产企业及供应链企业的业务系统,实现设计、生产的并行实施,大幅缩短产品研发设计与生产周期,降低成本。
      (2)在制造能力交易场景中,工业企业通过工业互联网平台对外开放空闲制造能力,实现制造能力的在线租用和利益分配。
      (3)在个性化定制场景中,工业互联网平台实现企业与用户的无缝对接,形成满足用户需求的个性化定制方案,提升产品价值,增强用户粘性。
      4、面向产品全生命周期的管理与服务优化
      工业互联网平台可以将产品设计、生产、运行和服务数据进行全面集成,以全生命周期可追溯为基础,在设计环节实现可制造预测,在使用环节实现健康管理,并通过生产与使用数据的反馈改进产品设计。
      (1)在产品溯源场景中,工业互联网平台借助标识技术记录产品生产、物流、服务等各类信息,综合形成产品档案,为全生命周期管理应用提供支撑。
      (2)在产品与装备远程预测性维护场景中,将产品与装备的实时运行数据与其设计数据、制造数据、历史维护数据进行融合,提供运行决策和维护建议,实现设备故障的提前预警、远程维护等设备健康管理应用。
      (3)在产品设计反馈优化场景中,工业互联网平台可以将产品运行和用户使用行为数据反馈到设计和制造阶段,从而改进设计方案,加速创新迭代。
      四、工业互联网与智能化转型
      当前,工业互联网产业的快速发展帮助正处于智能化转型过程中的广大制造企业解决了诸多问题。比如有效集成海量的工业设备与系统数据,实现业务与资源的智能管理,促进知识和经验的积累与传承,驱动应用和服务的开放创新。工业互联网平台正在成为推进企业智能化转型的重要抓手。
      1、帮助企业实现智能化生产和管理
       通过对生产现场的人、机、料、法、环等各类数据的全面采集和深度分析,能够发现影响产品质量的深层次原因,通过反馈闭环实现过程的优化,进而不断提高产品生产质量和效率。同时,通过对现场数据与企业计划资源、运营管理等数据的综合分析,更加精准的把脉供应链和财务问题,降低企业的运营成本。
      2、帮助企业实现生产方式和商业模式创新
      通过跟踪和采集产品售后使用数据,提供设备健康管理、产品增值服务等新型业务模式,实现从卖产品到卖服务的转变。同时,还可以通过与用户的互动与交流,了解用户的产品使用体验和评价,以及用户的个性化需求,有效的获得最精准的客户数据,进而有效的组织生产资源,打破同质化的产品束缚而实现个性化定制,在提升市场竞争力的同时也提升了企业的盈利能力。
      业界专家认为,如同移动互联网平台创造了应用开发与分发,先上线下等一系列新的产品环节和价值,当前工业互联网平台在应用创新、产融结合等方面已经显现出类似的端倪,未来有希望发展成为一个全新的产业体系,促进形成大众创业、万众创新的多层次发展环境,真正实现“互联网+先进制造业”。
      本文来源公众号:工业互联网前线