工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)協(xié)同制造

文 | 王喜文

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)協(xié)同制造

文 | 王喜文

工學博士，博士后，高級工程師。曾在北京第一機床廠工作過兩年，后開發(fā)10年計算機軟件，2009年8月進入工業(yè)和信息化部國際經(jīng)濟技術(shù)合作中心工作，歷任信息部副主任、主任、電子商務研究所所長、工業(yè)4.0研究所所長。

隨著新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，許多國家、許多企業(yè)都意識到協(xié)同制造聯(lián)網(wǎng)，是代表互聯(lián)網(wǎng)+制造融合創(chuàng)新大方向的頂級生態(tài)系統(tǒng)。也就是說，無論是美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還是德國工業(yè)4.0，其最具代表性的跨國平臺正在展露，正在凝聚大量生產(chǎn)資源和大量工業(yè)大數(shù)據(jù)。

美國：重在服務以及衍生新價值

GE推出的Predix云平臺是一個的工業(yè)操作系統(tǒng)，其中有很多模塊可以由各個企業(yè)根據(jù)其行業(yè)背景，構(gòu)建適用于自己的解決方案。Predix主要是三層架構(gòu)，是面向工業(yè)領(lǐng)域的第一個基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的云平臺，底部是提供基礎(chǔ)設施服務的IaaS層，中間是平臺PaaS層，最上端軟件及服務層SaaS。Predix利用這三層云計算架構(gòu)，將各種工業(yè)設備或機器以及供應商等相互聯(lián)結(jié)，提供資產(chǎn)性能管理（APM）和運營優(yōu)化服務，每天監(jiān)控和分析來自數(shù)萬億設備資產(chǎn)上的千萬個傳感器所發(fā)回的5000萬條大數(shù)據(jù)，幫助客戶優(yōu)化資源配置和業(yè)務流程，減少風險和實現(xiàn)100%無故障運行。

隨著越來越多的機器和設備加入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，可以實現(xiàn)跨越整個機組和網(wǎng)絡的機器儀表的協(xié)同效應，形成智能數(shù)據(jù)，帶來巨大的潛在價值。

優(yōu)化網(wǎng)絡：在一個網(wǎng)絡系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)互聯(lián)的各種設備或機器，可以通過互聯(lián)網(wǎng)相互協(xié)作，提高網(wǎng)絡整體的運營效率。例如，在醫(yī)療領(lǐng)域，將醫(yī)生和護士等醫(yī)療數(shù)據(jù)互聯(lián)，數(shù)據(jù)可以無縫地傳輸給醫(yī)療機構(gòu)和病人，等待的時間將會更短，能夠更迅速地幫助病人使用正確的醫(yī)療設備，從而使得醫(yī)療設備利用率更高，醫(yī)療服務質(zhì)量更好。智能數(shù)據(jù)的巨大價值也可體現(xiàn)于交通網(wǎng)絡中的路徑優(yōu)化。許多車輛實現(xiàn)互聯(lián)之后，就會知道自己的位置和目的地，同時能夠了解到網(wǎng)絡系統(tǒng)內(nèi)其他車輛的位置和目的地，允許優(yōu)化路由來尋找到最有效的人工智能解決方案。

優(yōu)化運維：通過智能數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)最優(yōu)化、低成本，并有利于整個設備或機器的運行維護。例如，將機器、組件和各個環(huán)節(jié)聯(lián)網(wǎng)之后，將實現(xiàn)一個可監(jiān)測的設備狀態(tài)，可以在正確的時間將最優(yōu)數(shù)量的零部件交付到準確的位置，將減少零部件庫存需求和維護成本，提升設備或機器的穩(wěn)定性。

恢復系統(tǒng)：通過建立廣泛的大數(shù)據(jù)信息，幫助網(wǎng)絡系統(tǒng)在發(fā)生毀滅性打擊之后更加快速、有效的進行恢復。例如，當?shù)卣鸹蚱渌匀粸暮Πl(fā)生時，可以用智能儀表、傳感器和其他智能設備和系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡來進行快速檢測，隔離發(fā)生故障的設備或機器，不至于發(fā)生串聯(lián)而導致更大規(guī)模的故障發(fā)生。

自主學習：每臺設備或機器的操作經(jīng)驗可以聚合為一個大數(shù)據(jù)，使得整個設備或機器能夠自主學習。這種自主學習的方式是不可能在單個機器上來實現(xiàn)的。例如，從許多飛機上收集的數(shù)據(jù)加上位置和飛行的歷史數(shù)據(jù)，才可以提供有關(guān)各種環(huán)境下飛機性能的信息。當越來越多的機器連接在一個系統(tǒng)中，產(chǎn)生無數(shù)智能數(shù)據(jù)的結(jié)果將是網(wǎng)絡系統(tǒng)的不斷擴大并能自主學習，而且越來越智能化。

一旦智能設備采集到大量的智能數(shù)據(jù)，就可以通過智能系統(tǒng)，挖掘出具備商業(yè)經(jīng)營價值的智能決策。設備與數(shù)據(jù)相互結(jié)合，網(wǎng)絡協(xié)同且實時更新，將對諸多行業(yè)帶來較大裨益。

據(jù)GE公司的預測，航班延誤每年給航空公司帶來的損失超過400億美元。其中10%的延誤是由于對飛機的維護欠缺所造成的。同時，全球航空業(yè)每年燃油費用高達1700億美元（營業(yè)收入約為5600億美元），而根據(jù)國際航空運輸協(xié)會（IATA）的調(diào)查，這些油耗中有18%~22%屬于資源浪費。GE的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過對飛機航運輸局和零部件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測與統(tǒng)計，分析維修保養(yǎng)上的問題，每年可減少1000次延誤情況。同時，選擇適當?shù)臅r機，進行維修保養(yǎng)，也可以降低設備投資成本。通過航運數(shù)據(jù)，挖掘減少燃油能耗的實現(xiàn)路徑，從而對飛行調(diào)度的優(yōu)化，可減少2%的能耗使用，每年節(jié)約2000萬美元成本，減少大量二氧化碳排放。

醫(yī)療占全球GDP的10%，是一個相當大的行業(yè)。據(jù)GE公司的預測，醫(yī)療領(lǐng)域由于低效率，每年會造成7310億美元的浪費，尤其是臨床醫(yī)療占到59%，高達4290億美元的浪費。醫(yī)療從業(yè)人員與醫(yī)療器械之間的信息不對稱是主要原因。例如：護士換藥、磁共振成像情況、醫(yī)生診斷等過程都沒能實時共享。將醫(yī)療從業(yè)人員、醫(yī)療器械進行聯(lián)網(wǎng)，對診斷、手術(shù)、藥方等信息進行共享，開展網(wǎng)絡協(xié)同式的診療。GE的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過綜合管理每個病床，每個診斷的工作流、患者流，搬運和醫(yī)療器械，改進醫(yī)療從業(yè)人員、業(yè)務流程和器械通信情況，可減少15%~30%的醫(yī)療器械成本，提升醫(yī)療從業(yè)人員的工作效率，節(jié)約的時間可多為15%~20%的患者提供服務。

GE將這個平臺開放給所有工業(yè)合作伙伴，期望未來形成一個巨大的、完善的生態(tài)系統(tǒng)，由各個企業(yè)積極開發(fā)具有行業(yè)輻射效果的應用軟件（APP），并在此平臺上發(fā)布共享、互相借鑒、互惠互利。

德國：既抓服務又抓生產(chǎn)

作為德國工業(yè)4.0的領(lǐng)軍企業(yè)，西門子2015年年底宣布將設立一個跨行業(yè)的軟件平臺Sinalytics，為數(shù)字化服務提供技術(shù)基礎(chǔ)。Sinalytics與Predix極為類似。據(jù)資料顯示，這一平臺將整合遠程維護、數(shù)據(jù)分析及網(wǎng)絡安全等一系列現(xiàn)有技術(shù)和新技術(shù)，還能夠?qū)C器感應器產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行整合和分析，并利用這些大數(shù)據(jù)為客戶提供全新的服務。比如，可以通過這些大數(shù)據(jù)提升對燃氣輪機、風力發(fā)電機、火車、醫(yī)療成像系統(tǒng)的監(jiān)控。據(jù)說，已經(jīng)約有30萬臺設備已連接至Sinalytics平臺。

2016年4月，西門子對外正式推出“MindSphere—西門子工業(yè)云平臺”，當時西門子宣稱該工業(yè)云平臺將為工業(yè)企業(yè)提供“數(shù)字化服務——譬如預防性維護、能源數(shù)據(jù)管理以及工廠資源優(yōu)化，特別是，機械設備制造商及工廠建造者可以通過該平臺監(jiān)測其設備機群，以便在全球范圍內(nèi)有效提供服務，縮短設備停工時間，同時，MindSphere還為西門子的工廠數(shù)字化服務提供包括數(shù)控機床以及驅(qū)動鏈的預防性維護服務”。

據(jù)資料顯示，MindSphere是一個數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)平臺，通過收集、整合和分析來自用戶端、供應商、信息化系統(tǒng)和自動化系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，匯總形成數(shù)據(jù)企業(yè)的唯一數(shù)據(jù)中心，由此創(chuàng)建完整的、容易應用的產(chǎn)品性能大數(shù)據(jù)結(jié)果。同時，基于云計算的計算能力和數(shù)據(jù)處理能力，相關(guān)結(jié)果將能夠即時反饋到企業(yè)的信息系統(tǒng)和自動化系統(tǒng)，從而提高企業(yè)對業(yè)務相關(guān)流程的響應——實現(xiàn)智能制造。

實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造

2015年7月,國務院發(fā)布的《關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》中，“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造是重點行動之一，旨在推動互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)融合，提升制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化水平，加強產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作，發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同制造新模式。在重點領(lǐng)域推進智能制造、大規(guī)模個性化定制、網(wǎng)絡化協(xié)同制造和服務型制造，打造一批網(wǎng)絡化協(xié)同制造公共服務平臺，加快形成制造業(yè)網(wǎng)絡化產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。

實際上，早在2000年，國際著名的咨詢機構(gòu)ARC針對生產(chǎn)制造模式新的發(fā)展，詳細地分析了自動化、制造業(yè)以及信息化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，從科技發(fā)展趨勢對生產(chǎn)制造可能產(chǎn)生影響的角度，作出過全面的調(diào)查研究，并提出了用工程、生產(chǎn)制造、供應鏈三個維度描述的數(shù)字工廠模型。

其中，從生產(chǎn)流程管理、企業(yè)業(yè)務管理一直到研究開發(fā)產(chǎn)品生命周期的管理而形成的“協(xié)同制造模式”（Collaborative Manufacturing Model，CMM）。CMM協(xié)同制造模式為制造行業(yè)的變革提出了一個理論依據(jù)和行之有效的方法。它利用信息技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)，通過將研發(fā)流程，企業(yè)管理流程與生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈流程有機地結(jié)合起來，形成一個協(xié)同制造流程，從而使得制造管理、產(chǎn)品設計、產(chǎn)品服務生命周期和供應鏈管理、客戶關(guān)系管理有機地融合在一個完整的企業(yè)與市場的閉環(huán)系統(tǒng)之中，使企業(yè)的價值鏈從單一的制造環(huán)節(jié)向上游設計與研發(fā)環(huán)節(jié)延伸，企業(yè)的管理鏈也從上游向下游生產(chǎn)制造控制環(huán)節(jié)拓展，形成一個集成了工程、生產(chǎn)制造、供應鏈和企業(yè)管理的網(wǎng)絡協(xié)同制造系統(tǒng)。

當前，網(wǎng)絡化的信息空間和現(xiàn)實化的物理空間可共同組成協(xié)同空間，信息空間對未來制造業(yè)的發(fā)展和競爭力將產(chǎn)生至關(guān)重要的影響，未來制造業(yè)將進入虛實交互的協(xié)同時代。

未來的智能制造形態(tài)將是將制造商、零部件供應商、銷售商乃至消費者搬到線上，構(gòu)成生產(chǎn)資源、人力物力、研發(fā)創(chuàng)新的網(wǎng)絡協(xié)同結(jié)構(gòu)，主要目的是實現(xiàn)市場與研發(fā)的協(xié)同、研發(fā)與生產(chǎn)的協(xié)同、管理與通信的協(xié)同，從而形成一個完整的制造網(wǎng)絡——協(xié)聯(lián)網(wǎng)（Internet of Collaborative Manufacturing），由多個制造企業(yè)或參與者組成，它們相互交換商品和信息，共同執(zhí)行業(yè)務流程。企業(yè)、價值鏈和產(chǎn)品生命周期這三個維度貫穿于各個價值鏈中的制造參與者之間。

“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造將成為未來智能制造的核心，協(xié)聯(lián)網(wǎng)平臺具體應滿足三個“CM”要素。

具體而言，在前端，顧客對工廠（C2M）將提供自己的標準化模塊供消費者組合，或是吸引消費者參與到設計、生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中來；在內(nèi)部，通過并行制造（CM）提升生產(chǎn)組織能力，以柔性化的智能制造去服務于海量消費者的個性化定制需求；在后端，通過云制造（CM）積極調(diào)整供應鏈，使之具備更強的資源整合能力，做到低成本、高效率和短工期。

以往，制造業(yè)企業(yè)一定要通過原料、設備、生產(chǎn)、運輸、銷售五大環(huán)節(jié)組織生產(chǎn)制造。而這五個環(huán)節(jié)是相對固定的，且不可或缺的。并行制造時代，這五個環(huán)節(jié)可以相對獨立，變成五個可以動態(tài)配置的模塊。每個模塊都有自己相應的軟件系統(tǒng)，自己的物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)，根據(jù)消費者需求，五個模塊可以自行高效整合，滿足生產(chǎn)制造的工藝需求。除了大幅縮短工期之外，還能大幅降低成本。

傳統(tǒng)觀點認為，只有等到所有產(chǎn)品設計圖紙全部完成以后才能進行工藝設計工作，所有工藝設計圖完成后才能進行生產(chǎn)技術(shù)準備和采購，生產(chǎn)技術(shù)準備和采購完成后才能進行生產(chǎn)。而并行制造則將各有關(guān)流程細化后進行并行交叉，盡早開始各項工作。

通過分散價值網(wǎng)絡上的并行制造，產(chǎn)品設計與工藝過程設計、生產(chǎn)技術(shù)準備、采購、生產(chǎn)等種種活動并行交叉進行。充分利用信息化和自動化的手段，在產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、物流、服務的過程中，借助軟件和網(wǎng)絡的監(jiān)測、交流溝通，根據(jù)最新情況，靈活、實時地調(diào)整生產(chǎn)工藝，而不再是完全遵照幾個月或者幾年前的計劃。從而，有效實現(xiàn)靈活性的大幅提升。

未來，除了研發(fā)設計之外，制造業(yè)的各個工藝流程都將并行化、透明化、扁平化，實現(xiàn)真正意義上的智能制造。并行化的智能制造過程將通過利用網(wǎng)絡世界無限的數(shù)據(jù)和信息資源，突破物理世界資源有限的約束。這樣一來，可以一邊設計研發(fā)、一邊采購原材料零部件、一邊組織生產(chǎn)制造、一邊開展市場營銷，從而降低了運營成本、提升了生產(chǎn)效率、縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，也減少了能源使用。