面對全球化的市場競爭格局和互聯(lián)網(wǎng)消費(fèi)文化的興起，制造業(yè)企業(yè)不僅需要對產(chǎn)品、生產(chǎn)技術(shù)甚至業(yè)務(wù)模式進(jìn)行創(chuàng)新，并以客戶和市場需求來推動(dòng)生產(chǎn)，而且需要提升企業(yè)的業(yè)務(wù)經(jīng)營和生產(chǎn)管理水平，優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)營，提高效率和績效，降低成本，保障可持續(xù)性發(fā)展，以應(yīng)對日新月異的市場變革，包括對大規(guī)模小批量個(gè)性定制化生產(chǎn)的需求。
在這種環(huán)境下，智能制造成為企業(yè)必不可少的應(yīng)對策略和手段。制造生產(chǎn)環(huán)境的數(shù)字化與信息化，以及在其基礎(chǔ)上對生產(chǎn)制造進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化升級，則是實(shí)現(xiàn)智能制造的必由之路。
美德技術(shù)架構(gòu)，殊途同歸大一統(tǒng)
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在智能制造或數(shù)字化制造中是什么一個(gè)關(guān)系，能起怎樣一個(gè)作用呢？要探索這些問題，那可以從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)同盟跟工業(yè)4.0平臺的合作來說起。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC，Industrial Internet Consortium）是美國數(shù)家大企業(yè)發(fā)起成立，為實(shí)現(xiàn)可信賴的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）作為使命，對系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行安全性連接和控制，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型成效。
IIC著重于跨領(lǐng)域的合作，以期打破技術(shù)壁壘，促進(jìn)物理世界和數(shù)字世界的廣范融合。它所涵蓋的領(lǐng)域包括了制造業(yè)、能源、交通、運(yùn)輸在內(nèi)的重要工業(yè)垂直領(lǐng)域，甚至也包括醫(yī)療保健還有公共設(shè)施等等領(lǐng)域。為此，IIC發(fā)布了具有跨越工業(yè)垂直領(lǐng)域適用性的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)（IIRA，Industrial Internet Reference Architecture） ，作為它的第一個(gè)技術(shù)報(bào)告。
“工業(yè)4．0平臺” 是德國在2013年4月舉行的漢諾威通信和信息技術(shù)博覽會上正式推出的新工業(yè)戰(zhàn)略計(jì)劃。
其目的是充分利用信息通信技術(shù)和信息物理系統(tǒng)， 促進(jìn)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。德國工業(yè)4．0平臺，也制訂了的工業(yè)4．0參考構(gòu)架模型（RAMI 4．0， Reference Architecture Model Industrie 4．0 ）。
在市場上，這兩個(gè)機(jī)構(gòu)都是具有國際影響力的組織，在2015年底，這兩個(gè)組織的代表進(jìn)行雙邊磋商，開始探討這兩個(gè)組織怎么樣合作，特別是怎么從對方的角度去理解技術(shù)問題，探索兩個(gè)架構(gòu)工作的潛在協(xié)調(diào)，也為了減少市場上由于上述的兩個(gè)參考架構(gòu)同時(shí)存在所引起的混亂。
其實(shí)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4．0平臺起源背景是相通的，也就是如何把互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算和通訊技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)產(chǎn)業(yè)，對產(chǎn)業(yè)的運(yùn)營實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。但在實(shí)施方面，他們各有側(cè)重，如下圖所示 。
德國工業(yè)4．0平臺著力于推動(dòng)制造智能化；IIC所著重的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，涉及的領(lǐng)域比較廣，強(qiáng)調(diào)是跨領(lǐng)域的互操作性。顯然，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)理念也適用于制造業(yè)，然而德國工業(yè)4．0的架構(gòu)，更深入地探討制造業(yè)的具體的技術(shù)框架問題。
圖1 IIC與I4．0
圖片來源：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟
簡單地說，工業(yè)4．0強(qiáng)調(diào)怎么去建立一個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)中不同的環(huán)節(jié)之間怎么交互執(zhí)行，以完成生產(chǎn)過程。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)則強(qiáng)調(diào)在這個(gè)系統(tǒng)中，怎么優(yōu)化，以達(dá)到最大的績效。
很明顯，這里首先有一個(gè)互操作性的問題。
比如說我們有一些大型裝備，由廠商制造，交付和部署后開始運(yùn)營。這些裝備在基于工業(yè)4.0的制造系統(tǒng)內(nèi)出廠，而且整個(gè)制造過程中所牽涉到的不僅僅是一個(gè)制造商，可能也是成十上百個(gè)制造商，一起參與共同制造出來。當(dāng)這些設(shè)備部署完以后，可以通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)營。對設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)和績效優(yōu)化，需要廠商的專門技術(shù)，反過來，廠商也需要得到設(shè)備的使用和維保數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)和制造過程提煉反饋信息。也就是說基于IIRA的運(yùn)營系統(tǒng)需要與基于RAMI4．0的制造系統(tǒng)，連接融合，讓數(shù)據(jù)和信息互流，也就是需要兩個(gè)系統(tǒng)之間的交互操作。
但是，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)4．0智能制造之間的關(guān)系是否就停留在這個(gè)互操作性層面呢？
優(yōu)化，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心
讓我們先回顧一下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心理念是什么。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以看作互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算和通訊技術(shù)，在工業(yè)系統(tǒng)更廣泛更深入的應(yīng)用，也就是我們通常所說的，信息通訊技術(shù)和生產(chǎn)運(yùn)營技術(shù)的兩化融合，把實(shí)體、信息、業(yè)務(wù)流程和人員連接起來，通過數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化決策，推動(dòng)生產(chǎn)和運(yùn)營的智能化，高度優(yōu)化對裝備和資源的使用，從而創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)成效和社會價(jià)值。
把設(shè)備連接起來，收集數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，洞察設(shè)備的運(yùn)行狀況，并據(jù)此對設(shè)備的運(yùn)維進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的實(shí)例，在過去的幾年已報(bào)道的已很多，大家也已非常熟悉。
作為典型案例，以下僅列幾例，進(jìn)一步說明優(yōu)化作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心這樣一個(gè)思路。
☆ 一家國際石油公司通過對部署在偏遠(yuǎn)地點(diǎn)的關(guān)鍵設(shè)備收集數(shù)據(jù)，實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，避免數(shù)百萬美元的停機(jī)和生產(chǎn)損失 。
☆ 通過對風(fēng)力發(fā)電機(jī)多年收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和建模，通用電氣（GE）在2013年推出了一種名為PowerUp的數(shù)字分析功能 ，優(yōu)化每個(gè)葉片的操作，以捕獲更大的風(fēng)力，可以增大發(fā)電量5％ ，為風(fēng)電場運(yùn)營商增加利潤達(dá)20％。 而進(jìn)一步的改進(jìn)，使得同樣設(shè)備的發(fā)電量更進(jìn)一步增加了20％。
☆ 卡特彼勒（Caterpillar）利用貨船部署的傳感器監(jiān)測從發(fā)電機(jī)到發(fā)動(dòng)機(jī)、GPS、空調(diào)系統(tǒng)、冷藏集裝箱和燃油表的所有狀態(tài)數(shù)據(jù)。通過分析確定發(fā)電機(jī)最佳工作參數(shù)，選取啟用多臺發(fā)電機(jī)低功率輸出的模式，降低能耗，每小時(shí)節(jié)省約30美元。對于一個(gè)擁有50條船只的船隊(duì)，每年可節(jié)省65萬美元 。
顯然，對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，對設(shè)備的連接是基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)收集和分析是關(guān)鍵手段，而把分析所得的信息，用于做出最佳化的決策，優(yōu)化生產(chǎn)和運(yùn)營是最終的目的。所以，數(shù)據(jù)分析在這個(gè)優(yōu)化過程里，至關(guān)重要。
數(shù)據(jù)分析，智能和優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)力
數(shù)據(jù)分析，包括大數(shù)據(jù)分析，在傳統(tǒng)的商務(wù)行業(yè)，如金融，保險(xiǎn)，市場分析，特別是在電子商務(wù)中，已有多年的應(yīng)用和實(shí)踐，在消費(fèi)者市場的營銷中已成了必不可缺的技術(shù)。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造的興起和發(fā)展，工業(yè)分析（或工業(yè)大數(shù)據(jù)），是數(shù)據(jù)分析在工業(yè)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用。一些先進(jìn)分析算法，如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和AI，在工業(yè)環(huán)境里的應(yīng)用，具有加速發(fā)展之勢。
去年年底，德國的數(shù)字分析協(xié)會，和物聯(lián)網(wǎng)分析機(jī)構(gòu)，聯(lián)合發(fā)布一個(gè)對工業(yè)數(shù)據(jù)分析的調(diào)查報(bào)告（INDUSTRIAL ANALYTICS 2016／2017，IoT Analytics GmbH） 。調(diào)查的結(jié)果表明，對于被訪的151位職業(yè)分析家和工業(yè)企業(yè)決策者，大多數(shù)都清晰地認(rèn)識到工業(yè)數(shù)據(jù)分析的重要性。
工業(yè)分析，在未來的5年內(nèi)對企業(yè)業(yè)務(wù)極為重要
同時(shí)，他們認(rèn)為，設(shè)備的預(yù)測性維護(hù)是工業(yè)分析最重要的應(yīng)用，甚至超于有關(guān)客戶市場的分析。工業(yè)數(shù)據(jù)分析對產(chǎn)品使用和維護(hù)支持的應(yīng)用也名排前列。
接近60％的被訪者也認(rèn)為，工業(yè)數(shù)據(jù)分析對產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)管和生產(chǎn)流程的自動(dòng)化十分重要。也就是說，行業(yè)里已充分地認(rèn)識到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)核心應(yīng)用，也就是設(shè)備數(shù)據(jù)分析對運(yùn)營優(yōu)化的重要性。
其實(shí)，這也不奇怪，對很多產(chǎn)業(yè)企業(yè)來講，已投產(chǎn)的裝備代表了他們的運(yùn)營中最重要的、占比最大的、也是創(chuàng)造價(jià)值的關(guān)鍵資源，因此對其進(jìn)行優(yōu)化的重要性毋庸置疑。通俗地說，如果把海量的工業(yè)數(shù)據(jù)比作的原油，那么數(shù)據(jù)分析可以作煉油設(shè)施，從數(shù)據(jù)中提練出有價(jià)值的信息，作為驅(qū)動(dòng)智能制造的高效燃料， 為最佳決策提供確切和及時(shí)的依據(jù)，使整個(gè)制造過程更透明、更優(yōu)化和更柔化，更能滿足大規(guī)模個(gè)性化制造的需要。
信息化的三種優(yōu)化角度
其實(shí)，利用計(jì)算和通訊技術(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)操作和流程，如果從數(shù)字化控制開始算，也有了四、五十年的時(shí)間了，而對生產(chǎn)的業(yè)務(wù)管理的數(shù)字化，也有三十年左右的歷史了。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以看作制造業(yè)數(shù)字化或信息化發(fā)展過程的一個(gè)新的階段。
粗略地看，我們可以把目前通過信息化對制造業(yè)進(jìn)行優(yōu)化的過程分為三個(gè)方面：
1、對制造流程數(shù)字化的完善和深化，主要的流程包括以企業(yè)資源計(jì)劃 （ERP）為首的業(yè)務(wù)管理流程以及產(chǎn)品生命周期管理（PLM）這兩個(gè)流程。
2、利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)或擴(kuò)大對生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品的連接，無論是在生產(chǎn)過程，或是在物流過程，還是在產(chǎn)品的使用過程，收集數(shù)據(jù)，通過工業(yè)數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步優(yōu)化制造業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)營。
3、信息物理系統(tǒng)（CPS，Cyber－Physical Systems）的發(fā)展，把計(jì)算和通訊技術(shù)，在最小的單元組件中，與物理感應(yīng)和效應(yīng)深度地融合在一起，實(shí)現(xiàn)虛擬與物理空間交互映射，將計(jì)算、通信、和控制融為一體，為設(shè)備自動(dòng)化控制提供了嶄新的能力。
這三個(gè)方面的發(fā)展是相互關(guān)聯(lián)，并相互支持與推動(dòng)的，在后續(xù)的章節(jié)中，我們將特別針對于這三個(gè)方面展開討論。
(審核編輯: 林靜)
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