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清华大学杨铮:工业互联网的鸿沟、维度与原点

发布时间:2022-08-14 15:39:44 来源:hth娱乐官网 

  工业互联网最近频频出现在群众的视界中。无论是工业仍是互联网,都触动着社会开展的神经。本来工业没什么好忧虑的。尽管新我国工业起点很低,可是经过第一个五年计划,就发生了巨大改动;之后又经过几十年的开展,我国工业添加值从1952年的120亿元添加到2018年的30多万亿元,成为全国际仅有具有联合国工业分类中所列悉数工业类别的国家。可是,美国的制裁与关闭,让人们认识到我国工业还处在大而不强的困境。不只国家着急,老百姓也跟着着急。每次美国发布实体名单,工业互联网都被人们拎出来评论一番。

  这句话把工业互联网的重要性进步到了一个非同一般的方位,由于工业史上的每次工业革新极大进步了人类的物质文明。特别是我国失去之前每次工业革新的实际,使得咱们更加注重预期中的这次新工业革新。经过七十多年的开展,我国或许有机会与其它发达国家站在同一同跑线,亲自参加这次浪潮,从之前被拍在沙滩上变成现在的弄潮儿,这是前史上史无前例的作业。工业互联网中寄托着我国从制作大国向制作强国改变的夸姣期望。

  除了工业的原因,工业互联网的招引力还来自互联网。假如说工业革新太长远人们没有耳闻目睹,那么互联网对传统职业的革新是人们切身感触到的。这使得人们关于工业与互联网的结合充满了等待。

  所以人们乐意了解学习工业互联网。可是人们很快发现,工业互联网当真是海纳百川,掩盖的内容各式各样、形形色色。从德国的工业4.0到美国的工业互联网联盟,从石油钢铁到物流快递,从卡奥斯树根到华为阿里,从PLC到Cloud。工业互联网工业联盟(AII)在2020年发布的工业互联网笔直职业使用事例中,包含制作与工艺办理、产品研制规划、资源配置协同、企业运营办理、出产过程管控、设备办理服务六大使用场景,掩盖轻工家电、船只、机械、纺织、石化、电子信息、航空航天、钢铁、医疗等十几个职业范畴,触及的技能包含5G、SDN、TSN、工业PON、SD-WAN、机器视觉、数据发掘、工业大脑、AGV、深度学习、人工智能、大数据、AR/VR、区块链、数据中心、边际核算、云渠道、物联网、SaaS等,将这些年盛行的核算机、通讯技能一扫而光。

  看了这些事例,除了感叹巨大上,我也有疑问:一些一般的企业信息化的项目换上了“工业互联网”的帽子,喊着“同去、同去”,所以参加了革新——新工业革新。

  假如从工业自动化的视角来看,疑问就更多了。工业互联网作为IT(信息技能)与OT(操作技能或出产技能)技能交融的产品,了解起来有个天然的妨碍:搞IT的和搞OT的两拨人相互不明白,但有时分认为自己懂对方,更有时分认为懂自己就够了。所以才有了工业互联网终究姓“工”仍是姓“网”的争辩。

  梅宏院士讲过一段风趣的阅历:他在和他人介绍“软件界说”这个概念时遇到了困难,特别是“软件界说+职业”(例如软件界说轿车等),引来不同职业的广泛的不认同。咱们能承受的说法是,软件作为一个东西服务于职业。梅院士自认为是“界说”这个词过分强势了,不简单让人承受。假如不出圈的话,“软件界说”承受起来就会更简单,例如软件界说网络(SDN)。

  假如把工业互联网看做一个生态空间,下面将从鸿沟、维度、原点三方面来解说这个空间——1. 鸿沟:工业互联网的内在和外延不断丰厚;2. 维度:了解工业互联网的结构;3. 原点:IT与OT的交汇点。

  我曾经向他人介绍物联网的时分,往往省略界说,率直供认物联网是个筐,筐中装满了各项具体的技能。我这样做也是由于吸取了经验教训。物联网规模太广泛,以至于任何界说都必定是高度笼统的,不然无法掩盖悉数内容。与其抛出一个欠好解说的界说给自己挖坑,不如老老实实供认物联网的千姿百态。

  工业互联网乃至还有点出圈。它带着互联网的光环,不只仅要处理出产环节中的问题,还要处理企业方方面面的问题,例如商业模式、资源配置、出产运营、研制立异、安排机制等。这样一来,工业互联网极大地拓宽了鸿沟,与企业数字化转型站到了一同,期望使用互联网处理企业数字化转型过程中的一切问题。拎着互联网(IT技能)这个锤子,在企业中四处找找钉子。正所谓,手里有锤子,看什么都像钉子。

  这儿的互联网不只仅是互联网,而是先进信息技能的代称,包含物联网、大数据、云核算、人工智能、区块链等。2017年11月,国务院印发《关于深化“互联网+先进制作业”开展工业互联网的辅导定见》,其间就触及了互联网、大数据、人工智能。而在此之前,工业互联网这个词并没有成为主角,而是以智能制作、先进制作、制作业与互联网交融开展等相貌出现在国家方针中。因而,至少在国内的语境下,工业互联网包含工业物联网、工业大数据、工业云、工业智能、工业区块链等。

  假如有一天,工业互联网跳出了技能圈,也未必不可能。回想一下互联网这三个字,脱胎于核算机互联,可是早已脱离了技能范畴。比方,同学们找作业时去的互联网公司,不再是制作网络设备的华为思科,也不再是供给互联网接入服务的移动联通,而是阿里腾讯百度这样的公司。当我第一次传闻互联网思想的时分,我是震动的。我认为是敞开、分层、规范、瘦腰、开源、免费;结果是闭环、粘性、流量、风口、变现、红海、蓝海、反哺、头部、腰部、下沉、裂变、赋能……以及“羊毛出在狗身上,猪来买单”。

  所以,我觉得不必太纠结什么是工业互联网,只要是为企业数字化做奉献,无论是在哪个阶段、哪个层次、哪个视点,都和工业互联网搭边。当然,工业互联网是有鸿沟的,便是企业数字化;工业互联网也是有要点的,也便是我后边行将介绍的工业互联网的原点。

  华为这样的立异的企业,在整个人类社会数字化、智能化开展的过程中,必定是有价值的,必定会有它的一席之地。

  套用华为轮值董事长胡厚崑点评华为的话,我认为但凡对企业数字化转型做奉献的技能都能够算是工业互联网技能。不同的技能从不同视点、不同层次、不同阶段来切入企业数字化,处理一个个具体的问题。这便是工业互联网的“各美其美、佳人之美”。

  跟着工业互联网内在的不断丰厚,精确归纳并明晰整理工业互联网的内容就变得更加困难。我国工业互联网研讨院将工业互联网技能分为网络、渠道、安全三部分。“网络是根底、渠道是中心、安满是保证”,这是咱们耳熟能详的。工业互联网工业联盟也有相似的区分理念,分为网络、数据、安全三部分。

  我在这儿挑选一种不同的方法来结构工业互联网的了解结构。所谓了解结构,便是咱们以什么样的头绪来了解工业互联网。由于工业互联网包含的内容很丰厚,好的了解头绪能够让咱们了解起来更简单。

  我挑选用“一个趋势、三个维度”来解说工业互联网。一个趋势便是互联——全出产要素的互联互通。跟着联网设备的不断添加,工业出产中的全要素(人机料法环)逐渐完成互联互通,为未来各种可能性(例如无人工厂、个性化定制等)打下根底。三个维度是指“全出产体系、全工业链、全生命周期”。整合起来,工业互联网便是互联在三个维度上不断扩展。

  维度一:全出产体系互联。企业界网的开展逐渐将企业界的BI、ERP、MES、SCADA等全出产体系衔接起来,使得信息技能与出产技能深度交融。在这些出产体系中,PLC与S/A(Sensor、Actuator)作业在出产现场,它们由现场级网络衔接起来,在这一层级中,OT技能是主导。在现场级网络之上,是车间级网络,SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)一般接入到这一级网络,这儿也是IT技能与OT技能交汇交融的区域。再往上则是工厂级网络,MES(Manufacturing Execution System)就衔接在这一级网络中。在这两层网络之间,一般架起有工业防火墙来维护工业现场的数据与设备的安全。在MES之上便是ERP(Enterprise Resource Planning)体系了,它和BI(Business Intelligence)一起衔接在企业级网络上,并经过网络防火墙与工厂级网络分隔。在“全出产体系”这一维度上,跟着咱们逐渐远离出产现场,OT技能的比重在逐渐下降,IT技能的比重逐渐上升,而在中心地带则是IT与OT交融的区域。

  维度二:全工业链互联。工业链各环节的企业,包含供货商、制作商、销售商和金融机构等,在工业互联网的推进下,逐渐加深协作,增强沟通,协同优化,构成合力。在这一过程中,工业互联网渠道能够把涣散在不同区域的出产设备资源、智力资源等各种中心才能整合在一同,而标识解析体系则是企业间能够完成互联互通的重要根底设施。一起,跨过公网的网络衔接的安全问题也不容忽视。

  维度三:全生命周期互联。在产品的全生命周期傍边,物联网等重要技能将使得产品永久处于“在线”状况,从开始的规划、制作阶段,用户就能够参加其间,完成产品的个性化定制。产品出厂后,其配备的各种传感器将不断监控产品运转状况,猜测可能发生的毛病,然后完成服务化延伸(其实我一向觉得叫延伸化服务更合理,也更能合作上智能化制作、个性化定制、网络化协同)。

  我挑选以这样的方法(“一个趋势、三个维度”)来解说工业互联网,是由于我觉得好的了解结构能够让本来含糊的理念明晰起来,让本来无处安放的内容各安其位,让本来有必定对立的说法在新结构中逐渐自洽了。CAII提出的工业互联网四大使用场景(智能化出产、网络化协同、服务化延伸、个性化定制)能够别离对应全出产体系、全工业链、全生命周期的正轴、全生命周期的负轴。相同,CAII提出的工业互联网三大工业生态(出产端、产品端、渠道端)能够别离对应全出产体系、全生命周期、全工业链及全生命周期。再比方德国提出的工业4.0参阅架构(RAMI4.0)中的从产品(Product)到现场设备(Field Device)、站点(Station)、企业(Enterprise)、终究直到互联国际(Connected World)的衔接层次,能够别离对应全生命周期互联,全出产体系互联的各个层次(现场级、车间级、企业级等),终究直到全工业链的互联。

  这样一解说,尽管把自己的研讨方向挤压在整个全景图中的很小的一部分,可是不得不说,的确更明晰了。

  假如从技能视点来解说工业互联网,我还引荐刘云浩教授在《从互联到新工业革新》一书中提出的工业互联网三网四层结构以及AII的工业互联网体系架构2.0。三网四层结构最简练明晰,将工业互联网区分为“实体联网、数据联网、服务联网”三网以及“智能感知、网络互联、数据剖析、敞开服务”四层。工业互联网体系架构2.0十分全面具体,当然也更杂乱,以至于需求17张图来解说工业互联网——包含1张总图、5张子图、以及11张子子图。我在这儿仅把总图和部分子图放上来,供咱们参阅。

  工业互联网在三个维度六个方向上延伸,构成工业互联网的空间(3D全景图)。就像世界爆破有个奇点,那么工业互联网延伸的原点在哪里。

  我认为,工业互联网的原点在IT与OT技能的交叉点,说得更精确一点,便是出产设备互联。这儿的互联包含三个层次——实体互联、数据互联、服务互联。物联网经过20年的开展,现已能够供给用于物品互联的一系列技能。尽管如此,人们发现,出产设备互联居然比一般物品互联还要难。物品互联是处女地,各项技能跑马圈地,没有前史包袱,处理的是没有上网才能的物品怎么上网;而出产设备互联是有护城河的,现在以专用的、关闭的、非规范的方法完成受限的互联,被戏称为“七国八制”。

  现在的出产设备互联协议多种多样,例如德国倍福公司主推的EtherCAT、西门子公司主推的PROFINET以及奥地利公司B&R主推的Ethernet Powerlink等等。这些专用的工业操控网络协议都有各自的商业巨子在推进,每一种协议都有自己的小生态圈但互相之间无法互联互通,更不必说与IT体系的连通了。在这样的布景下,时刻灵敏网络(TSN)作为一种敞开的、规范的、一致的新一代网络技能应运而生,一方面,TSN兼容传统的以太网技能,能够无缝接入各种IT体系;另一方面,TSN具有精准的流量调度才能,能够为实时流量的传输供给确定性的超低时延,然后满意各种出产设备对网络传输的需求。

  TSN处理了实体互联的问题,即让各个实体能够听到互相的“声响”。为了让它们能够进一步了解对方的言语,即完成数据互联与服务互联,咱们还需求OPC UA。OPC UA是OPC基金会发布的机器对机器传输协议,它和TSN的结合(OPC UA over TSN)将成为支撑原点(IT与OT交融)的网络处理方案。与 TSN 相同,OPC UA 是一种敞开的规范技能,独立于厂商,可用于广泛的工业使用。因而,OPC UA 和TSN 的组合供给了一个全面、敞开、可互操作的规范处理方案,能够满意大多数工业通讯需求。

  原点的重要性表现在它在三个维度上都处在中心方位。在全出产体系维度上,智能化出产的需求出产设备与ERP、BI体系的互联。单纯的自动化、无人化出产能够仅经过OT技能完成,而智能化出产要在这些根底上,将来自上层ERP、BI以及基层MES、SCADA的信息等进行大局优化,终究表现在出产设备的出产过程中。在全生命周期的维度上,用户的个性化定制终究也要表现在出产体系上,需求出产设备与用户需求的互联。由于工业互联网要处理的问题是大规模个性化出产,独自的大规模出产和个性化定制都不是难题,两者结合起来才是难题。在全工业链的维度上,网络化协同的意图是衔接供货商、制作商、销售商、与金融机构,让企业充分使用工业链上下游的信息,更高效的办理出产资源,而这些终究也要表现到出产体系上,需求出产设备与工业链上下游的互联。

  原点不必定是最受重视的点,也不必定是最早获得打破的点。在工业互联网中,我觉得,最简单发生作用、最招引眼球的应该是全生命周期这个维度上的各类使用;而其原点,即出产设备互联,恰恰相反,是最难获得打破、最硬核的点,也是离一般人最远、最没有感触的点,更是应该投入力气处理的根底要害点。

  工业互联网的鸿沟在企业数字化,中心趋势是出产全要素之间更广泛的互联互通,互联互通在全出产体系、全工业链、全生命周期三个维度上打开,三个维度的原点在于出产设备的互联,这也正是IT与OT技能的交汇点。有了鸿沟、维度、原点,工业互联网的空间也就构成了。各项技能与各类使用在这个空间中各就各位,一起推进工业晋级。这便是工业互联网的“美美与共,天下大同”。

  在大规模工业出产过程中,工业物联网作为工业范畴推进自动化与信息化建造的重要打破口,能够经过物联网感知终端实时收集很多、杂乱的机器数据,并根据数据进步对设备的监控办理、以及后续服务,进步设备的自适应和自动智能才能。现在AIoT在工业场景的使用显着进步了出产功率、出产质量、产线良率,为定制化、柔性出产、产线数字化转型奠定了根底。

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