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如何认识工业互联网

2019-03-07


智研院说 | 宁振波:如何认识工业互联网

走向智能研究院院长、中国航空工业集团信息技术中心原首席顾问 宁振波


广义和狭义的工业互联网


工业互联网分为广义的工业互联网和狭义的工业互联网。广义的工业互联网就是第四次工业革命的代名词。和德国工业4.0以及中国制造2025类同,都是工业体系转型的国家发展规划。我们首先论述狭义的工业互联网,狭义的工业互联网仅仅指的是设备的联网


设备联网指的就是产品研制过程中设计用的设备(包括硬件和软件,其中软件叫软设备)、工艺设备、生产制造中用的装备、以及保证生产制造过程的水暖电气等等环境设备;当然,制造出来的零件、组件、部件、全机产品;都要做大量的物理实验和测试计量工作;这些用于物理实验和测试计量的各类设备也是工业设备。因此狭义的工业互联网:包含了设计工艺、生产制造、环境控制、实验室测试、计量等等用的各种设备。这些设备的连接就是狭义的工业互联网连接。


而现在我们国家推动的工业互联网行动计划,实际上指的是广义的工业互联网。广义的工业互联网就复杂了。不仅仅包括设备的联网。核心是提升一个国家的工业能力和工业水平,当然也是我们国家制造业转型升级的一个重大推手和抓手。我们来看一看到底什么是广义的工业互联网。


从1946年第一台计算机的出现;到1956年提出人工智能的概念;再到1967年美国国防部预研局为连接几台不同的大型计算机建立的ARPA(阿帕网,国际互联网前身),到90年代国际互联网的推广和应用。这些都是连接。


设备连接起来了,我们就可以快速的互通信息、快速的交流。连接的网络点数越多,我们所能交流的信息量就越大,这个在国际互联网的很多书中都有论述。当然,我们所能掌握和控制的设备、信息以及材料和他们之间的物流交通就越便利。


这个是国际互联网。国际互联网连接的是PC机、各种Ipad、以及移动的手机等等,工业互联网的连接要素是工业制造中的生产要素。不是国际互联网上的IP、不是地址、更不是带宽。


生产要素是什么?

它是世界上各类工业设备和装备上用的总线和通信协议;关注的是工业设备;关注的是底层的工业总线和通讯协议。据我不完整的统计数据,工业总线现在有120多种;在此上衍生的通讯协议超过5000种。这些总线和协议构成了我们的基础。我们现在在工业部门和制造业部门采用的各种控制器,各种设备,它的基础连接靠的是总线和通讯协议。



这些总线和通讯协议对下连接了世界上各类复杂的传感器,对上连接到了设备。他有硬件接口标准和通讯协议,也有软件标准和通讯协议;这样的硬件接口和软件接口才能够连接各类各种设备,形成统一的交流控制和反馈机制。


工业互联网的特殊性


工业的三个工业特征决定了工业互联网的特殊性:


 第一个特征是行业特征;

工业同行业内,每个企业都是产品的竞争关系。比如说美国GE公司的工业互联网,它的predix自己和下游企业以及配套企业,以及产品交付后的用户企业,都可以用这个网;但是英国的罗罗、美国的普惠以及相关企业;不会用这个工业互联网。因为有工业产品的技术秘密,商业秘密等,它不可能把自己的企业的生命线交给同类的竞争企业。拿国内来说,同样,三一重工、徐工、中联重科等,海尔、美的、格力等等家电巨头,他们不可能用同一张工业互联网来解决问题。


 第二个特征就是产品的复杂度。

我们把国际互联网形容成X轴的话,网上可以接入任何人员和任何电脑类设备,沟通的是信息流,接入的数量越大就越有价值,他是被平的。但是工业互联网就不一样了,它像Y轴,做的越深、垂直深入越深越好。


为什么呢?行业特征,就是说产品的复杂度,比如说拿海尔的产品来讲,他们的家电最复杂的产品可能就几十个传感器,就可以深入检测需要的零组件工作状态。据我了解工程机械产品传感器一般来说有100多个,这100多个传感器的整体感知,深入检测需要的零组件工作状态,判断诊断机器设备的健康情况,它连接的复杂度、传输的复杂、应用的复杂度、管理的复杂度、工业APP开发的复杂度。就和家电复杂度不一样。


查阅相关的材料可知,目前单一产品传感器最多的是空客A380飞机;380飞机,每个发动机有2000个传感器,他有四台同样的发动机,每架飞机上总共有超过2万个传感器。因此应用于飞机的工业云平台以及工业互联网平台,和汽车,工程机械以及家电的工业互联网平台复杂度完全不在一个层级。个人认为:工业互联网平台降维可用;升维非常困难。就是说为复杂产品研制的工业互联网平台可以降维用于简单产品;为简单产品研制的工业互联网平台没有升维用于复杂产品的机会。


 第三个就是工业产品的安全性。

众所周知:在伊朗核电站的问题上,在工业设备中植入了病毒,就使的核电站运行不灵,铀浓缩机工作不了。因此工业互联网的安全性是国际互联网的安全性所不能比拟的。一个国家的工业安全是国家命脉,不能有任何疏忽。


图一:工业互联网平台架构


(来源:工业互联网平台白皮书)


工业互联网边缘层对接工业设备和设施,中间平台层重点就是工业机理模型,应用层是工业SAAS。类比计算机的操作系统,可以参考下图。


 图二:操作系统和工业互联网 

(工业操作系统)


工业互联网有三大系统需要系统思考:


1.工业机理模型,是中国的薄弱环节;

2.工业APP的建设;

3.前端传感器以及工业总线、通讯协议的自主化。


工信部苗部长多次讲过:推动中国制造业百万工业APP建设,也安排了多项研究项目,以此推进工业互联网的建设。


图三:工业互联网APP建设架构


(来源:工业互联网APP发展白皮书)


工业互联网APP(以下简称工业APP)是基于工业互联网,承载工业知识和经验,满足特定需求的工业应用软件,是工业技术软件化的重要成果。


工业APP是面向工业产品全生命周期相关业务(设计、生产、实验、使用、保障、交易、服务等)的场景需求,把工业产品及相关技术过程中的知识、最佳实践及技术诀窍封装成应用软件。其本质是企业知识和技术诀窍的模型化、模块化、标准化和软件化,能够有效促进知识的显性化、公有化、组织化、系统化,极大地便利了知识的应用和复用。


工业APP作为一种新型的工业应用程序有6个典型特征:


(1)完整地表达一个或多个特定功能,解决特定问题;

(2)特定工业技术的载体;

(3)小轻灵,可组合,可重用;

(4)结构化和形式化;

(5)轻代码化;

(6)平台化可移植。


工业互联网是实现智能制造的抓手,推动工业互联网是长期的工作,我们相信:在工信部的领导下,正确规划,努力前行,避免或者减少“无用功”。我们一定能够循环渐进,攀登工业互联网的技术高峰。

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