工业互联网系统的发展趋势和机遇

发布时间：2017-03-28 作者：周宏仁

关键字：工业互联网

收藏好文推荐打印

全球信息化的发展正进入一个新的阶段，在经历了数字化和网络化的快速发展之后，智能化正在成为全球信息化向高端发展最主要的特征之一。

抓制造业信息化的发展，工业软件是一个非常重要的抓手。必须认识到，工业软件并不单纯是一个软件，而是多种学科交叉的研究结果。只有制造行业的优秀专家和工程师与软件科学家的结合，才能够开发出一流的工业软件。高端工业软件是科学研究和技术创新成果的软件表现，学术、技术水平很高。

（二）企业网络化的发展

企业网络化的快速发展发生在20世纪90年代初。随着互联网应用在全球的普及，制造企业不断努力实现企业信息系统的网络化，也就是“互联网＋”。许多企业开始构造企业的内部网和外部网。内部网就是把企业内部的各种不同功能的信息系统通过联网而“打通”；外部网则是把企业和外部的合作单位通过联网而“打通”。前者是企业内部信息系统的垂直整合，后者则是企业之间信息系统的横向整合。企业内部信息系统的一体化就是要把研发设计信息化、产品信息化、生产信息化、管理信息化和业务流程与组织再造这五部分打通，共享数据和信息。企业外部信息系统的一体化就是要把企业与外部合作单位的信息交换打通。例如，供货方可以查阅本企业的原材料和零部件消耗，确定是否需要立即及采取何种方式向本企业供货；销售方可随时了解企业的生产情况及新品生产形势，考虑相关销售活动的安排和市场策略；企业所在的银行也可以进入外部网，了解企业财务状况，并在网上完成企业与银行之间的各种财务交易手续，等等。

“互联网＋”在20世纪90年代末给企业带来了非常显著的效益。美国福特汽车公司的内部网连接了全球范围内的12万台计算机工作站；日立公司的外部网在1997年已经覆盖了全球2100家和它有联系的公司。另外，在利用互联网做电子销售方面，戴尔和思科是当时最为成功的企业，它们通过外部网大幅度地增加了销售金额。

以下列举三项比较先进的网络制造技术。第一个是全三维的数字化、网络化的协同平台，可以使企业集团所有的下属企业和研究所，利用这个平台协同工作，完全打造成一个整体，数据通过协同平台实现集成，生产流程通过协同平台实现网络集成。协同平台可以支持跨地域、跨企业的联合研制和生产。多场所、一体化、最优能力集成的研制生产新模式，提高了集团的协同创新能力。波音公司的全球协同环境，空客公司的混合并行工程环境都是这样的协同平台。一个全三维的数字化协同平台，对提高设计效率和质量，改善专业设计方式，提高设计能力非常重要，这是典型的、十分先进的“互联网＋制造”。

第二个是关联设计系统。关联设计系统通过和虚拟现实系统的集成，实现虚拟现实环境下的设计协调，干涉检查和分析，可以支持成百上千的在线用户进行实时并行设计。利用这个技术，任何一个系统或一台装备的总体、各子系统、机械结构等三维设计的结果均可相互关联。只要在整体结构图上对零件进行了更改，就可以自动地完成零件图的修改，对相关零件进行必要的调整，从而缩短设计迭代周期，有效提高设计效率。

第三个是全三维标注技术。原来设计作图，只能做到二维，三维就非常困难了。利用这项技术，任何一个产品零件都是三维的，在全三维的模型中可以传递所有零部件的制造信息，保证所有产品单一数据源；还可以使设计制造并行工程效率大大提高，通过基于成熟度数据的并行，工艺设计、工装设计几乎可以同步开展，生产准备周期因而大幅缩短。显然，这个基于全三维模型定义的设计制造系统，也完全依赖于网络化。

上述的这些技术代表了现代制造业的先进水平，但是这些技术依托的核心技术就是各种各样的工业软件。这些软件的开发费用非常昂贵，有着“投入很大，用户很少”的特点。因此，这些软件的研发离不开国家的支持和帮助。

（三）企业智能化的发展

智能制造的核心问题有两个：一个是产品，制造业生产的产品必须智能化，尤其是装备制造企业生产出来的装备；另一个是生产过程，即生产过程必须智能化。生产过程的智能化，包括使用各种各样的信息技术、传感器技术，还有高性能计算来完成建模、模拟分析，也包括机器人、过程监测、自动化等等。生产制造的智能化，早在数字化时期已经开始。早期的二维CAD技术，就是一种智能化的设计技术，三维CAD软件，更是一项高度智能化的产品。网络制造，如“数字化、网络化协同平台”、“关联设计系统”、“全三维标注技术”等，都是带有高度智能化特征的产品，是集数字化、网络化、智能化于一体的，高度信息化的技术和产品，仍然是“互联网＋”时代企业信息化必须追求和努力实现的目标。目前，企业的智能化正在向更新和更高的目标发展，具有代表性的就是德国提出的工业4.0和美国提出的工业互联网。二者殊途同归，最终目标是要构造一个实现人、（计算）机、物一体化集成的、智能化的系统，这是企业信息化向高端发展和创新的方向。

我们回顾下过去几十年制造业信息化的发展历程。20世纪60年代，企业信息化主要还是集中在图4的左下角，产生了很多的工业软件，推动了制造业数字化的发展，并且已经开始有了一些自动化的产品，如数控机床、嵌入式系统；到了80年代中期以后，开始走向网络化，即局域网、广域网等，同时也产生很多相应的工业软件，随着网络化的发展有了内部网和外部网，还有互联网；在智能化方面出现了全三维标注、关联设计、全球协同平台等等。21世纪以来，企业信息化进入方框里的关注焦点区域内，如业务智能技术的应用。近年来，全球物联网成为全球信息化的一个热点，同时，智能产品、工业互联网、智能互联网系统都成为新一代企业信息化发展的核心问题。

二、认识工业互联网系统

未来企业信息化的发展，现在有两个说法，一个是工业4．0，一个是工业互联网。工业互联网与工业4．0，在提法上有不同的侧重点，但本质上是一回事。强调的都是实现企业信息系统的一体化、智能化、自动化。工业互联网和工业4．0都是过去几十年企业信息化成就的总结，而且提出了未来10至15年企业信息化追逐的更高层次的目标。通过研究这两个新概念和新思想，我们可以看到，新一代的企业信息化将往哪里走，在企业实现了网络化、全三维数字化平台、关联设计等等之后，企业信息化又要关注什么，最终的目标又是什么。

从我国大多数企业信息化的实际情况来看，不可能奢求在几年之内就完全实现工业4．0提出的各种设想和功能目标。当前企业应该审慎思考和评估的是，企业该做的、基础的、重要的信息系统是否都已完成，应用得好不好。企业必须在工业4．0或者工业互联网这个大方向的引导之下，抓紧企业数字化建设的“补课”。

（一）工业4.0

工业4．0不仅强调了内、外网的一体化，还强调了智能物理系统（CPS，Cyber－Physical System）在企业的应用，核心是推动企业的智能化和数字化的自动化。智能物理系统与嵌入式系统是两个不同的概念。嵌入式系统为产品的计算机化服务，强调在产品中增加新功能，提高产品性能。智能物理系统解决的是如何使企业的各种计算机系统和企业的各个物理系统协同工作，从而实现劳动生产率的最高化，系统运行的最优化，以及管理有效性的最大化。现有的系统工程理论中，还没有一套系统的、完善的、关于智能物理系统的理论体系。美国国家自然科学基金会认为，CPS是系统工程理论未来一二十年重大的发展方向；早在2006年，就将这个领域作为信息时代系统工程理论的一个重大研究方向给予资助。无疑智能物理系统将促进理论研究的发展，也带来很多创新的空间。

共4页