關于工業未來的三個疑問

丁海驁

每年4月份左右，是德國初春的季節，也是一年當中氣候最變化無常的季節：常常早晨是艷陽高照，但是一分鐘以后就會下雨，所以沒有哪個旅行社會建議這個時候去德國旅行。但每年的這個時候，在德國北部小城漢諾威，卻常常用幾倍的價格也訂不到酒店——始于1947年的漢諾威國際工業博覽會（HANNOVER MESSE）每年定期在這里召開，讓這個小城在原本蕭索的季節里，顯得格外繁華。

同其他工業博覽會不同，近年的漢諾威國際工業博覽會除了會涉及工業自動化、動力傳動、機械工程等傳統工業相關的AT（Automation Technology）外，越來越多傳統的IT廠商也會參與其中，展示IT技術在工業領域的最新應用，這使得其逐漸成為整個工業領域頗為關注的一個帶有前瞻性應用的展會。因此越來越多行業內的人，希望從中找到解答自己疑問的答案。

IT系統將如何影響未來的工業？

IT系統最初影響工業企業，都是以軟件的形式，通過將行業最佳實踐、知識和方法固化程序當中，用系統程序的方式，優化原有人工不能解決或者能解決但效率偏低的問題，幫助工業企業實現某一個節點或者某一類業務的信息化。隨著IT技術自身的進步，以及在其他領域取得的成績（例如工業軟件領域最常提到的租車行業的uber、酒店行業的Airbnb等），人們發現實際上IT技術擁有了更大的能力，于是人們開始意識到：或許可以利用新興的IT技術對工業做一次前所未有對改變，而且這次改變的目標，不再滿足于增加創新、提高效率、降低成本和控制品質等傳統的工業發展核心指標的改善和優化，而是希望從根本上對工業企業的業務模式、商業邏輯和整個產業鏈結構的一次徹底調整。這就是所謂工業的數字化改造。

借鑒互聯網行業的經驗，工業領域企業共同勾畫的藍圖中：工業企業數字化改造所定義的IT系統必須能數字化定義企業的所有業務，而且所有簡單、重復的工作都將被IT技術取代，不同來源的數據都將能夠被有效收集、管理、順暢地流動和有效的利用。

這就使得未來工業企業的IT系統必須具備幾個核心的特征：不再存在信息孤島，企業的功能性需求通過一種結構完全整合、功能充分完整的軟件功能池實現。同時，未來的IT系統還需要滿足：能夠收集各種來源的數據、在各種現實環境中都能提供保證數據流動的網絡環境，以及能夠充分對數據進行分析的技術，并能夠保證整個系統彈性、靈活運行的IT基礎架構——這也是為什么最近在整個工業領域，邊緣計算、5G、AI和云計算被討論得越來越多的原因。

于是，工業物聯網和工業云，成為包括工業領域用戶和IT系統提供商共同認可的未來工業領域IT應用解決方案。

2015年前后，市場上出現了包括來自“廠派”的西門子的MindSphere，GE面向工業數據和分析的云平臺Predix，ABB推出ABB Ability，施耐德電氣推出的EcoStruxure平臺，以及國內海爾的COSMOPlat平臺等，還有來自“云派”的公有云和傳統軟件系統提供商推出的各種工業云平臺、以及參與本年漢諾威展的各種“IOT”產品。

用發展的眼光看，所有的公有云平臺和工業物聯網解決方案，實際上都是在從某一個領域開始，逐句去滿足未來工業企業對于IT系統的要求。但是單純從系統架構邏輯的角度看，工業物聯網作為一個目標，實際上強調的是將包括智能化設備（如傳感器、PLC等）、芯片、網絡數據連接/傳輸、云計算平臺，甚至針對各種細分應用場景所做的各種智能化應用等所有與數據產生、收集、管理、應用相關的組建，都涵蓋其中，從而符合工業企業對未來IT的需求；而其中被討論最多的“工業云”則是實現工業物聯網、將所有傳統信息化軟件、新興的邊緣計算、AI、工業5G等串聯在一起，真正實現工業IT系統整合的關鍵。換句話說，在這一邏輯下：工業云本身最大的價值不在于以產品的形式實現商業價值，而在于其應該成為將新興IT技術帶入工業應用的導入機制——工業云為工具，工業物聯網為目標。

“MindSphere不是一個平臺，MindSphere是一個操作系統。我們在工業行業內提供的是一種操作層，它將標準平臺應用于工業方面，可以在標準平臺上創造價值，它更接近工業IT技術。這就是MindSphere。”Ralf-Michael Franke，西門子數字化工業集團工廠自動化部首席執行官，在漢諾威展會期間接受記者采訪時這樣定義西門子的工業云產品，很顯然這更接近工業云對于工業企業未來IT系統架構的邏輯定義。

兩年前2016年漢諾威工業博覽會上正式發布的MindSphere，到了2017年漢諾威工業展期間，開始橫向聯合建立“物聯網生態”，拓展生態合作伙伴。而今年，西門子則開始強調其包括人工智能和邊緣計算等應用，對于工業云、以及對于整個工業物聯網架構對作用。“IT架構將變得更扁平，它將更靠近實際生產的地方……如果你從一開始就這樣做，你就有了一個可擴展的系統：你可以在云上做數據的分析，同時，你也可以在車間的機器上進行數據分析。這能夠使得你不必傳播數據，不必把數據放到網上——當然，如果你需要將數據放上網，你可以通過MindSphere進行——你可以在MindSphere上運行應用程序，也可以在車間層運行應用程序。”何睿祺（Klaus Helmrich），西門子股份公司管理委員會成員兼數字化工業集團首席執行官，在漢諾威期間舉辦的新聞發布會上談到邊緣計算對于工業企業的價值時，如是說。

而對于發展中的工業云和工業物聯網，西門子數字化工業集團首席運營官Jan Mrosik認為，未來業界需要將更多的關注投入到基于工業云平臺的應用，而不是開發更多的工業云平臺：“今天，全球有大約600個物聯網平臺。在未來，可能會有2個或是4個能夠生存。因為人們越來越了解，讓數以百計的工程師忙于建造第601個平臺的價值是相對有限的。但在一個真正需要專業知識、人工智能和大數據分析能力的領域，專注于應用程序并做出改變，就會有所不同。”

AT和IT在工業企業未來的如何平衡？

從發展的角度看，工業物聯網完成了對工業企業傳統IT和新興IT技術的整合，實現了數據價值的最大化。但是，僅有IT就夠了嗎？曾經有人提出這樣的疑問：對于工業企業來講，最核心的競爭力是產品；最關鍵的業務環節是生產。那么，如果從工業企業未來穩健發展的角度判斷，未來企業傳統的AT技術和新興的IT能力之間，如何平衡，才能真正發揮兩者價值的最大化，幫助企業既保持工業企業注重產品和過程的基因，又能夠實現數字化轉型的靈活多變？

“數字化雙胞胎”（Digital Twin）這種概念的提出，實際上就是為了解答這問題——筆者也沒有辦法考證是誰第一個提出這個說法，只是當2015年第一次聽到這一概念，立刻覺得整個工業領域未來的發展邏輯立刻豁然開朗了。

按照Digital Twin的邏輯：我們周圍存在兩個世界，一個是由軟件、系統和IT架構等構成的數字虛擬世界，另一個是由機器、自動化設備構成的現實物理世界，Digital Twin就是連接數字虛擬世界和現實物理世界的途徑和方法——通過虛擬世界產生的數據和信息，驅動現實世界的設備，再通過來自現實物理世界采集到的數據和信息，反饋和優化虛擬世界，從而不僅實現數據的暢通交換和互相影響，而且也實現了IT系統和傳統自動化系統之間的密切關聯邏輯。

從這個角度看，那么所有的IT系統和技術，都是為數據的產生、收集、管理和分析提供工具，為其流動提供管道；而所有的自動化設備，則是為了展現數據現實價值，而存在于物理世界里的執行工具——其中包括傳統的加工設備、自動化技術等，甚至還包括機器人、三維打印等。數字雙胞胎的邏輯，實際上在于其明確了數據在整個工業企業當中的價值，同時，又用了一個最簡單的方式，將工業領域傳統的AI和新引進IT進行了最廣泛的關聯。

那么對于工業企業來講，在現實的數字化改造過程中，如何平衡兩者之間的關系呢？換句話說，兩者在工業企業本輪業務升級過程中，到底該誰占主導？

“自動化平臺將如何發展？它們是我們在整個生產過程、生產序列中都需要的關鍵技術……我從沒見過任何軟件是沒有硬件支持和提供功能的。那種軟件是不存在的。因此，硬件是一個先決條件，支持我們使用軟件進行協作。”何睿祺在討論包括AI、區塊鏈、5G和邊緣計算前，首先明確了工業自動化平臺在整個西門子Digital Twin框架下的地位。

自從2007年收購了UGS，成為目前市場上最大的自動化技術和工業軟件提供商，實際上西門子對于Digital Twin的解讀具有某種權威的意味。

在隨后記者采訪Ralf-Michael Franke的過程中，當問到相關問題，Ralf-Michael Franke在接受采訪時，強調西門子的Digital Twin包含了自動化、軟件和物聯網（也就是MindSphere）三個構成部分，但是在將虛擬世界現實世界連接在一起的過程中，將始終堅持堅守創新和自動化基因：“在數字化工業領域，自動化扮演著更重要的角色，在未來十年，生產率仍將由車間決定。因此，你必須對車間的整個過程有非常深入的了解，才能對數據進行分析。如果你不懂車間的整個過程，你也看不懂數據是什么意思。”

Ralf-Michael Franke進一步解釋說：“我們是從自動化走向信息技術，這是我們在未來幾年將會看到的一個趨勢。西門子對于過程工業的能力和熟悉程度，是在過去61年里在Simatic業務中學到的知識，在未來幾年里，我們將在這個堅實的立足點上建立我們的業務：我們非常清楚工廠的情況、機器的情況、自動化過程中怎樣提高質量和正常運行時間……這是信息技術公司沒有的能力。我們已做好充分準備，在自動化的基礎和堅實立足點上為客戶提供這些新服務。”他最后強調：我們必須做得更多，因為在未來的工廠里，信息技術肯定會發揮更重要的作用。

或許我們可以認為西門子對于Digital Twin的解讀，源自其自動化設備和系統提供商的“原始出身”，因此觀點值得商榷，但是從一個現實工業企業的角度看，西門子的觀點和認識，在很大程度上，也是最符合循序漸進的發展策略：以AT為基礎，逐步通過IT與AT的結合，用IT去激發兩者融合的潛能。

工業企業數據化轉型的價值如何體現？

數字化轉型的價值體現當然是效益，而衡量效益的最佳方法，是具體的業務場景——采用數字化手段，通過在虛擬世界當中采用先進的IT技術、在現實世界當中采用更智能的AT產品，則能夠為解決具體業務場景的具體問題，打開一個全新的視角。

筆者在參加2019漢諾威國際工業博覽會之前，在慕尼黑參觀了安聯球場（Allianz Arena），一座據稱是以精巧的結構和壯麗的外觀成為”慕尼黑以至于德國榮耀“的標志性建筑。而在這個可以75000人的拜仁慕尼黑足球俱樂部主場的球場，就存在非常多利用數字化技術解決現實球場運營需求的場景。

例如，作為球場最受矚目的關鍵設施，草皮的養護就是球場的“核心業務”。因此安聯球場基于云平臺建立了自己的綠地管理App（Greenkeeper App），其可以通過每分鐘由數據收集器收到的場地現場各類數據——包括光照、溫度、濕度、草坪土壤含鹽量、風力和草坪草葉葉綠素含量等，以及即時的天氣數據和預報數據，將其傳送到云平臺，經過計算評估，轉化為實操建議，如“多澆水”、“增加草坪光照強度或延長光照時間”、“開啟或關閉草坪加熱”等。

另外一個應用場景是風機葉片全自動巡檢服務。有數據顯示：2017年全球新增風電設備裝機52GW，累計裝機達到539.581GW，而為了保證眾多風電項目的正常運行，以往的風電運維都需要人工完成，尤其是對放電設備葉片的檢測，都需要人工攀爬來進行現場檢測。2016年底成的一家創新型公司，通過采用“全自動特種飛行機器人+數字化數據管理平臺”的方式，利用人工智能、計算機視覺、云計算和數據可視化等新興IT技術，為風電設備的葉片巡檢，打開了一個新的業務模式：既可以消除現場人員個性化差異，極大減低巡檢的人力成本、時間成本，同時基于后續的數據管理平臺的巡檢計劃管理、巡檢數據上傳、缺陷標注分析歸檔等功能，又為風電企業的葉片運維管理提供了充分的數據資料，提升風場運營效率，降低葉片運維成本，提升資產收益率同時降低資本風險 。

“自創立初到現在，短短兩年時間，我們已服務 15 家大型客戶，27 個風場和 15 種不同類型風車。 ”嚴治慶，這家企業的創始人兼首席執行官在漢諾威展會接受記者采訪時如是說。

兩個案例的共同點，都是通過采用IT技術，將原本的業務完全以數字化的方式進行定義；同時又將其與現實世界的具體操作相關聯，從而實現了某種程度上的業務重構——這實際上與工業企業利用“工業物聯網”全面數字化定義業務，并通過Digital Twin實現虛擬與現實的關聯，有異曲同工的妙處。

寫在最后

人類面對未來，總是有太多疑問。關于工業企業的未來，我們在解決問題的過程中，也還是會不斷面對各種各樣的問題。然而這并總是壞事：有問題就有尋找答案的動力，有疑問就有破解疑問的方法。只要方向是對的，標準是被廣泛接受的，接下來，我們能做的就只有堅持。