鄔賀銓：從“兩化融合”到產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

本刊編輯部

近代以來，全球的制造業(yè)經(jīng)歷了從工業(yè)1.0的機(jī)械化到2.0的電動(dòng)化，再到3.0的自動(dòng)化的進(jìn)化過程，如今又要奔向工業(yè)4.0的智能化。面對(duì)制造業(yè)的快速發(fā)展，制造業(yè)擁抱互聯(lián)網(wǎng)的大趨勢，中國工程院院士、中國互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)理事長鄔賀銓在2017（第二屆）中國產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上為大家?guī)硪浴皬摹畠苫诤系疆a(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”為主題的權(quán)威學(xué)術(shù)演講。

鄔賀銓告訴大家，工業(yè)4.0是通過互聯(lián)網(wǎng)整合制造業(yè)，產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)則是通過互聯(lián)網(wǎng)整合產(chǎn)業(yè)，通過人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)了CPS、通信、控制三維一體。工業(yè)4.0的目標(biāo)是生產(chǎn)智能產(chǎn)品，提供智能服務(wù)，智能工廠是支撐工業(yè)4.0的一種方式，但不是唯一方式。而在我國，“互聯(lián)網(wǎng)+”不僅包括產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，還包括消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)和智能互聯(lián)網(wǎng)。

現(xiàn)在，我國要從“兩化融合”發(fā)展到產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)，“兩化融合”是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，也是產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的起點(diǎn)。通過企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化，我們奔向智能制造、智能工廠和CPS信息物理系統(tǒng)的融合，最終目標(biāo)是增強(qiáng)產(chǎn)品、數(shù)字服務(wù)和企業(yè)競爭力。

產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場級(jí)應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)

在產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)場有很多物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品和應(yīng)用，例如各種各樣的運(yùn)動(dòng)檢測、溫度檢測、壓力檢測。以往，傳統(tǒng)工廠通過數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了提升，但程序并不是最理想、最科學(xué)的。所以，往往要利用各種傳感器實(shí)時(shí)感知工件加工過程中的變化，通過反饋來修改計(jì)算機(jī)的程序。例如，日本MAZAK的智能機(jī)床配備了針對(duì)加工熱變位、切削震動(dòng)、機(jī)床干涉、主軸檢測、維護(hù)保養(yǎng)、工作臺(tái)動(dòng)態(tài)平衡性及語音導(dǎo)航等智能化功能，可以自行監(jiān)控機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)并反饋，從而大幅提高機(jī)床運(yùn)行效率及安全性。此外，中國沈陽機(jī)床集團(tuán)開發(fā)了i5智能數(shù)控機(jī)床，實(shí)現(xiàn)智能編程、智能診斷等功能，實(shí)時(shí)收集設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)、資源存量、加工數(shù)量等信息并及時(shí)維護(hù)。同時(shí)，該集團(tuán)推出以租代售的全新商業(yè)模式，幫助客戶節(jié)約成本，提升客戶的勞動(dòng)生產(chǎn)率30-50%。

機(jī)器人

浙江省提出2020年全省十萬企業(yè)上云，全省企業(yè)使用機(jī)器人的數(shù)量將達(dá)到10萬臺(tái)。而賽迪研究院則預(yù)計(jì)，到2022年中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將達(dá)千億元，年增23-36%。

自動(dòng)生產(chǎn)線

產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場級(jí)應(yīng)用機(jī)器人不是一個(gè)，而是一批機(jī)器人，在汽車生產(chǎn)線和電子裝配生產(chǎn)線運(yùn)用較多，將來會(huì)推廣到更多的生產(chǎn)線上使用。

產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)車間級(jí)應(yīng)用

車間級(jí)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)

現(xiàn)在，產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的車間級(jí)應(yīng)用除了物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器人以外，要收集更多信息，需要利用分布控制系統(tǒng)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)，把信息匯總起來，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)加入工業(yè)以太網(wǎng)。以太網(wǎng)上有各種各樣的服務(wù)器和操作工程師，有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的SCADA系統(tǒng)，以及上層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)管理、監(jiān)控管理等，實(shí)時(shí)車間數(shù)據(jù)采集。

從SCADA軟件可以看到，其底層是硬件驅(qū)動(dòng)、圖形接口、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，上層是操作系統(tǒng)和各種各樣的協(xié)議，其中OPC是OLE的控制協(xié)議，OLE是對(duì)上的連接嵌入?yún)f(xié)議，這里面少不了數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器；然后通過數(shù)據(jù)庫上層把收集的數(shù)據(jù)以可視化的方式表述。最上層還有更多的數(shù)據(jù)挖掘軟件，這構(gòu)成了現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在車間到工廠級(jí)需要用的數(shù)字采集系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)分析服務(wù)的一些支撐軟件。

車間級(jí)的工業(yè)以太網(wǎng)

傳統(tǒng)以太網(wǎng)是為辦公自動(dòng)化設(shè)計(jì)的，采用的是CSMA/CD（載波征聽/碰撞避免）方式來減少共享總線的各節(jié)點(diǎn)沖突，但在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下，掛上的節(jié)點(diǎn)很多，存在大量沖突需多次重發(fā)，效率太低，所以工業(yè)以太網(wǎng)要從三個(gè)方面改造傳統(tǒng)以太網(wǎng)。通過提速，升級(jí)到100M/1Gbps，或者交換技術(shù)和同步機(jī)制三方面來提供實(shí)時(shí)性和可靠性。

中國提出了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域首個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)EPA，對(duì)應(yīng)國標(biāo)GB/20171-2006，可用在各種傳輸介質(zhì)、各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、各種業(yè)務(wù)、10M-1Gbps。采用IEEE1588精確時(shí)鐘同步技術(shù)，將各節(jié)點(diǎn)同步精度控制在5μs以內(nèi)，可支持等時(shí)同步業(yè)務(wù)。

車間級(jí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（PROFInet標(biāo)準(zhǔn)）

PROFInet標(biāo)準(zhǔn)由西門子公司提出，并列入IEC標(biāo)準(zhǔn)。它的軟件結(jié)構(gòu)，底層是現(xiàn)場總線，上層是以太網(wǎng)，其中以太網(wǎng)分成實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)（RT）和等時(shí)同步實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)（IRT），以太網(wǎng)之上的TCP/IP給標(biāo)準(zhǔn)通信支持過程數(shù)據(jù)。在一個(gè)周期里分兩部分，一部分可以支持實(shí)時(shí)，一部分支持非實(shí)時(shí)TCP/IP通信。這其中的分工包括源地址、目的地地址、優(yōu)先權(quán)應(yīng)用標(biāo)識(shí)、應(yīng)用數(shù)據(jù)等，通過這種方式既可以支持一般的標(biāo)準(zhǔn)通信，又可以支持對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高的通信。

產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工廠級(jí)應(yīng)用

工廠級(jí)的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）

產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的工廠級(jí)應(yīng)用需要MES系統(tǒng)，它是核心的制造執(zhí)行系統(tǒng)。MES位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間，面向車間層的管理信息系統(tǒng)，負(fù)責(zé)管理在生產(chǎn)過程中涉及到的人、設(shè)備、物資等。它為操作人員/管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源（人、設(shè)備、物料、客戶需求等）的當(dāng)前狀態(tài)。

需要說明的是，MES是現(xiàn)場作業(yè)級(jí)的系統(tǒng)，ERP是業(yè)務(wù)管理級(jí)的系統(tǒng)，MES是ERP在生產(chǎn)現(xiàn)場的細(xì)化，是對(duì)ERP計(jì)劃的一種監(jiān)控和反饋。

工廠級(jí)設(shè)計(jì)制造軟件

產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)需要各種各樣的軟件，而現(xiàn)在制造軟件應(yīng)用很廣泛。例如，阿波羅登月飛行器軟件僅有4K行代碼，高鐵的列控軟件則有數(shù)百萬行代碼，雪佛蘭、奔馳新車軟件是1000萬行到1億行代碼，空客飛機(jī)軟件10億行代碼，Windows7超過3000萬行代碼，智能手機(jī)操作系統(tǒng)有超過上百萬行代碼，華為傳感器有超過10K代碼。

Toyota、Fiat和Nissan通過設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)工程師快速共享數(shù)據(jù)，對(duì)不同設(shè)計(jì)部件及供應(yīng)商的選擇并仿真，使新產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間減少30-50%。過去我們普遍認(rèn)為所有的軟件是軟件公司做的，現(xiàn)在不同了。波音公司設(shè)計(jì)與制造飛機(jī)需要使用8000多種軟件，但只有1/8是外購商用軟件，剩下的軟件是自己開發(fā)的，所以波音也是軟件公司。現(xiàn)在不僅是波音，GE和西門子也都變成了軟件公司，可以提供很多設(shè)計(jì)軟件。endprint

眾包設(shè)計(jì)聚智創(chuàng)新

通過產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)眾包設(shè)計(jì)。GE公司對(duì)其自己制造的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)托架設(shè)計(jì)不滿意，就把托架軟件公布在網(wǎng)上，向全球征集基于3D打印的設(shè)計(jì)工具，鼓勵(lì)創(chuàng)客社區(qū)參與設(shè)計(jì)，收到了來自56個(gè)國家/地區(qū)將近700件設(shè)計(jì)作品。最后，一個(gè)28歲的年輕人勝出了設(shè)計(jì)，將重量減輕了85%，GE公司獎(jiǎng)勵(lì)了他1萬美元。

Fiat Mio設(shè)計(jì)了世界上第一部眾包汽車，全球有超過17000名參與者為設(shè)計(jì)和開發(fā)及商標(biāo)貢獻(xiàn)了超過11000件創(chuàng)意和方案，其中許多都是由志愿者提供的。海爾公司也秉持著企業(yè)是平臺(tái)，員工是創(chuàng)客，用戶是中心，用戶也是設(shè)計(jì)者和開發(fā)者的理念。

企業(yè)業(yè)務(wù)管理軟件

在產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)再上一級(jí)是企業(yè)業(yè)務(wù)管理軟件，以前的財(cái)務(wù)管理、人事管理等要轉(zhuǎn)到供應(yīng)鏈管理、價(jià)值鏈管理、生態(tài)鏈管理，現(xiàn)在常用的有PLM、SCM、ERP、CRM等。對(duì)中小微企業(yè)而言，并不需要自購業(yè)務(wù)管理軟件，可以借助第三方的公有云，基于SAAS租用業(yè)務(wù)管理軟件，節(jié)省成本。

然而，隨著產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)嵌入到基礎(chǔ)設(shè)施和生產(chǎn)管理流程中，一旦中毒，其危害更大。不僅有數(shù)據(jù)安全問題，基礎(chǔ)設(shè)施安全問題，控制生產(chǎn)線也有安全問題。現(xiàn)在安全問題已經(jīng)成為2017年MIT《麻省理工科技評(píng)論》的十大突破性技術(shù)之一了。現(xiàn)在利用區(qū)塊鏈的技術(shù)，其中BOT物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈，有交易、有帳本、有驗(yàn)證，可以很好的識(shí)別介入物聯(lián)網(wǎng)的工具，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的安全添加保障。

總之，應(yīng)用產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的目的，使制造全過程的數(shù)字化，不是指某一個(gè)環(huán)節(jié)，也不僅僅是全部環(huán)節(jié)，而應(yīng)該是一個(gè)閉環(huán)。數(shù)字化制造是跨過所制造的產(chǎn)品生命周期的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的集合和應(yīng)用，可以基于實(shí)時(shí)的信息做出更快和更好的決策。未來產(chǎn)品價(jià)值變化有三大趨勢：硬件的價(jià)值體現(xiàn)在軟件；網(wǎng)絡(luò)連接的價(jià)值轉(zhuǎn)向云，商業(yè)模式從產(chǎn)品轉(zhuǎn)向服務(wù)。

最后，鄔賀銓為大家總結(jié)了產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的六條“金句”：產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以智慧工廠為目標(biāo)，覆蓋產(chǎn)業(yè)鏈和全生命周期以及跨企業(yè)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)“兩化”深度融合發(fā)展；大數(shù)據(jù)、智能化、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算及物聯(lián)網(wǎng)的興起，助力企業(yè)騰云駕霧，轉(zhuǎn)型升級(jí)；產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)涉及很多層次，可以分步實(shí)施，但前提是需要有開放的標(biāo)準(zhǔn)和全局觀念的頂層設(shè)計(jì)，云是很好的基礎(chǔ)；產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展還要重視網(wǎng)絡(luò)安全，在發(fā)展中求安全是正確的選擇；產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，需要企業(yè)流程再造來適應(yīng)，沒有管理創(chuàng)新，產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也難以成功；創(chuàng)新無止境，產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展永遠(yuǎn)在路上！endprint