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从汉诺威看我国数字化转型

发布时间:2019-08-01 来源:金属加工

数字经济的商业模式是一切皆服务,基于平台通过数据驱动,重构商务模型和生态系统。自治系统从标准化、自动化到个性化、自治化,使系统自主实现预定目标,可适应不同情景,通过实践案例基于经验逐步导入,有望解决重大社会议题,迎接新的社会法律和伦理挑战。本文从汉诺威的启示、数字化转型、工业互联网是推动我国工业数字化转型的有效途径、工业互联网的基础——总线和通信协议、两个高度重视五个方面进行阐述。


汉诺威的启示


汉诺威博览会始于1947年8月,历经72年的发展与完善,形成了当今规模最大的国际工业展,也是全世界技术领域和商业领域的风向标和晴雨表,当然也包括了数字化。值得一提的是,数字化工业展提供的各类解决方案,形成了多个展会共同体现的聚集效应,默克尔当总理后连续十多年每年都亲自参加。


4月2日下午,《中德携手共塑制造业数字化生态系统论坛》在汉诺威开幕。工业4.0之父孔翰宁的报告是自治系统——潜力与系统。


德国国家工程院在孔翰宁领导期间,2011年到2013年,工业4.0一直是德国政府研究的战略项目,但是向全球发布是在2013年4月份,它是信息技术与运营技术的融合,IT和OT的融合,目标是重构生产流程和工作场所。


自治系统的核心是新一代的人工智能,这与我们中国工程院原周济院长倡导的新一代智能制造如出一辙。自治系统通过环境模式和自主模式,让隐性知识如何变成显性的知识。


弗劳恩霍夫学会67个所不到五万人,我个人认为IPA研究所比较重要,他们研究的项目是五年到十年,主要为企业做一些前瞻性、新型的,一些在未来可以具体实验进行生产投产的硬项目研究。IPA下组织结构是变化的,打造多行业,多领域,多专业的融合体系,通过联合研究所的方式,让做出来的东西、所有搞生产的人可以服务于不同生产行业。


什么是数字化呢?我个人认为就是把我们大学老师研究的数学、物理、化学等等各方面的学科和算法,包括人工智能算法,网络算法,神经元算法等,研究的所有的算法和方法以及工程师常年形成的知识和技术、技能,变成软件和模型由电脑来做,这就是数字化。1946年出现了第一台电脑,1956年提出了人工智能,当我们把人的算法,方法,知识经验甚至工人的技能都变成软件和模型,并且这些工作由电脑来做的时候,我们认真思考一下,我们是不是就走向智能了?


数字化要如何做呢?我们首先实现企业的产品研制、产品设计制造过程、管理体系的数字化,就是美国十年前所讲的产品从基于模型的定义(MBD)到基于模型的企业(MBE)的转变,继续深入是基于模型的系统工程(MBSE),我们就走向智能了,这些是基础,只要做到了,我们一脚就踢开了走向智能化的大门。


近几年德国考察的实践证明,德国工业4.0是持续推进的,现在已经不断改进并深入到了中小企业。第二个标准问题,这次在德国交流会上, 中国工程院制造业办公室董景晨教授做了一个报告:标准化-实现不同系统之间信息交互的路径,核心讲OPC-UA,在座的很多德国人很感兴趣,孔翰宁说:这个标准OPC-UA最可能是在中国首先实现,可能会领先德国。第三点重构数字化转型逻辑,数字化转型不容易,它不是一个技术问题,技术问题早就解决了,工程师的问题都是好办的,我们缺的是管理思想。最后一个是决策者。企业转型成功与否核心不是管理,是决策者。决策者不是管理,也不是技术,需要全新的思维方式。习主席几年前访问俄罗斯,在莫斯科大学的欢迎大会上就讲过:“我们不能身体进入了21世纪,而脑袋还停留在过去。”决策者要更换思想和脑袋,才能在第四次工业革命的企业转型大浪中,乘风破浪,勇往直前。


数字化转型


数字中国是新时代我国信息化发展的新战略,是驱动引领经济高质量发展的新动力。加快发展工业互联网,是数字中国建设的创新实践,有助于构建形成以数据为核心驱动要素的新型工业体系,有助于提高资源配置效率和全要素生产率,实现工业经济发展动力和发展方式的转变。


制造业数字化转型是发展数字经济的必然要求,是数字中国建设的重要内容。数字经济正在从消费领域向着工业领域延伸。过去互联网高速发展的20年,其体现是互联网技术在消费领域快速扩张。但是,与消费领域不同,互联网等信息技术与工业领域融合的应用场景更多、技术要求更高、价值链更长,发展空间巨大。


数字技术正在与实体经济深度融合。数字化技术的大规模应用,一方面帮助制造业构筑出产品的数字模型,研制过程的机理模型,形成一个虚拟的企业数字空间,可以大幅降低产品研制成本。另一方面,数字技术使得企业与企业之间的协同工作,从过去的串行变成了并行,优化了管理流程。


数据是资产,具有很高的价值;工业数据也是数字经济中的重要资产。据IDG统计,工业数据的体量远高于其它各类数据,复杂度也不是其它行业可以比拟的。工业企业在数字化转型的过程中,产生的海量工业数据基于平台汇聚在一起,能够帮助企业优化研发设计、生产制造、业务运营、资产管理、售后服务等各环节。


工业互联网是推动我国工业数字化转型的有效途径


工信部文件中多次强调:工业互联网建设“网络是基础,平台是核心,安全是保障。”当前,工业互联网通过实现人、机、物的全面互联,构建起全要素、全产业链、全价值链全面连接的新型工业生产制造和服务体系,是促进传统产业转型升级、实现高质量发展的重要驱动,成为推动工业数字化转型的有效途径。


第一是工业互联网是基于云的制造业数字化、网络化、智能化基础设施,为企业提供了跨设备、跨系统、跨厂区、跨地区的全面互联互通平台,使企业可以在全局层面对设计、生产、管理、服务等制造活动进行优化,为企业的技术创新和组织管理变革提供了基本依托。同时,企业通过工业互联网平台,获得了在更大范围内打破物理和组织边界的能力,便于打通企业内部、供应链上下游、供应链之间的数据孤岛,实现资源有效协同,形成无边界组织,实现价值创造从传统价值链向价值网络拓展。


第二是工业互联网是制造业转型升级的现实路径。工业互联网是新一代信息技术与现代工业技术深度融合的产物,是一套涵盖数字化、网络化、智能化等通用目的技术的综合技术体系。工业互联网的本质是通过构建精准、实时、高效的数据采集互联体系,实现资源优化配置,提高全要素生产率,推动经济发展质量变革、效率变革、动力变革。一方面,工业互联网可挖掘传统制造业发展潜力,通过引入新技术、新管理、新模式,为制造业插上互联网的翅膀、注入信息化的基因,加快传统制造业转型升级步伐。另一方面,工业互联网加速先进制造业发展步伐,催生了智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸、数字化管理等新型制造模式,推动制造业开启智能化进程。


第三是工业互联网平台发展加快数字中国建设创新步伐,平台是工业互联网的核心。国务院印发《深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》以来,在政产学研用各方的共同努力下,我国工业互联网平台发展加快,已从概念的普及进入实践的生根阶段。


第四是新型工业互联网网络管理系统,应对未来挑战。随着IT与OT的深度融合,随着越来越多的工业设备接入互联网,工业互联网中的数据流量和设备量激增,网络管理面对很大的挑战。如何有效管理庞大的工业互联网?如何对网络中可能存在的潜在风险进行预测?如何最快速地发现网络中的问题并快速诊断和恢复网络连接?针对以上种种挑战,西门子结合自身经验和前一代网络管理软件SINEMA Server推出了全新的SINEC NMS网络管理平台,它是一种Web服务应用,基于分布式的管理架构可以轻松地扩展网络节点数,适合大型网络管理。SINEC NMS支持开放的OPC UA北向接口,将数据提供给上层系统。结合了SINEMAServer和RUGGEDCOM NMS 的功能于一身,SINEC NMS旨在应对未来的各种挑战。


工业互联网的基础——总线和通信协议


我们试图从另一个视角来分一下工业等级:机械化-电气化-自动化-数字化-智能化;实际上流程工业领域几十年前就联上了网,但那不是数字化,是自动化的范畴。复杂的工业现场和多样的工业设备是工业互联网平台建设中的一大阻碍。据初步了解,全世界有超过100种工业总线,各类终端设备的通讯协议大概4000~5000种左右;全部5000余种驱动(工业数据的采集、解析和转换),包括PLC、变频器、板卡、智能模块、智能仪表、标准协议、机器人、机床等。


目前已开发出40多种现场总线。其中,符合IEC61158国际标准规定的有8种总线:

(1)德国西门子公司支持的Profibus

(2)基金会现场总线FF

(3)德国Phoenix Contact公司支持的Interbus

(4)美国Rockwell公司支持的Controlnet

(5)法国Alstom公司支持的Worldfip

(6)Fisheer-Rosemount公司支持的FF HSE

(7)美国波音公司支持的Swift Net

(8)丹麦的Peocess


此外,还有几种在工业控制领域广泛应用的总线,如:

(1)德国Bosch公司为汽车应用而开发的CANBUS

(2)美国E自chelon公司开发的Lon Works总线等


大概有二十几种仪表通讯协议,常用的仪表通讯协议:modbus通讯协议/RS-232通讯协议/RS-485通讯协议/HART通讯协议/MPI通信/串口通信/PROFIBUS通信/工业以太网/ASI通信/PPI通信/远程无线通信/TCP/UDP/S7/profibus/pofinet/MPI/PPI/Profibus-DP/Devicenet/Ethernet/FF-H1。


两个高度重视


无论是本文论述的数字化转型-工业互联网-总线与协议,其核心与价值点都在于“心脏”和“大脑”,心脏就是集成电路芯片,大脑就是基础工业软件。因此,第一要高度重视“心脏”和“大脑”。


工业互联网与互联网一样,要通过TCP/IP协议。工业互联网时代的特点是工业设备的安全,面临着巨大的挑战。目前工业互联网的网络领域,难点在于终端安全。因为终端涉及到很多私有协议和技术,加装工业防火墙等软硬件设备,并不能保证绝对安全。关键在于终端设备被攻击后,底层的控制设备能否不被攻破,在这上面要加装工业系统的防护设备。现在企业基本没有这种防护。且不说通过工业互联网攻击核电站、军事设施和武备系统,仅仅通过互联网攻击城市供电网络、攻击红绿灯,交通系统,水电气暖,网联汽车和无人驾驶汽车的到处乱闯,就可以非常容易的造成国家的极度混乱。因此,第二个高度重视就是工业设备的“安全是保障”。


结语:中国数字化进程、工业互联网的发展还任重道远。虽然国际风云变幻,表面上市场在下滑,但我们看到了逆境中的进步。我们看到了很多中国制造企业,在落地务实稳健发展,他们是中国智能制造产业、数字化转型的典范。早日拥有自主产权、拥有自主研发的核心技术才能形成永续发展的全球产业链。


来源: 智汇工业 作者: 宁振波

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