工業4.0時(shí)代！我國制造業在物聯網的時(shí)代的機會與挑戰

    在衆多的物聯網應用中，毋庸置疑其中一(yī)個(gè)很大的受益行業是制造業。在2017年8月(yuè)(yuè)15日的IHSMarkit物聯網研討(tǎo)會上(shàng)，IHSMarkit資深分(fēn)析師WilmerZhou跟大家分(fēn)享了(le)題目為(wèi)”制造業轉型：一(yī)個(gè)全新(xīn)的數字化(huà)制造世界”的演講，助您更好(hǎo)(hǎo)的了(le)解制造業在物聯網的時(shí)代的機會與挑戰。

　　制造業革命可以分(fēn)成從1.0到4.0的四個(gè)階段。從工業1.0，以英國的紡織制造業為(wèi)代表；到工業2.0：代表性的行業是汽車制造業；再到工業3.0：自動化(huà)和信息化(huà)的融合，自動化(huà)代表性的産品是工業機器(qì)人(rén)和PLC等自動化(huà)産品，信息化(huà)代表性的方案是ERP和MES等；再演變到現(xiàn)在的工業4.0：代表性的概念是CPS。不管是工業互聯網還是工業4.0，都在探索未來(lái)的制造業發展路(lù)徑，比如(rú)從大規模制造向大規模定制發展，從集中式的制造向分(fēn)布式制造發展，還有制造業的服務(wù)化(huà)等等。我們不應該被工業4.0和工業互聯網的定義所束縛，凱文凱利說(shuō)過，屬于20年後最偉大的産品還沒有被發現(xiàn)。同樣，我們目前對工業4.0和工業互聯網的所知估計也(yě)不超過20年後真實的工業4.0的5%。

　　工業4.0時(shí)代的一(yī)些(xiē)特征：

　　1.更多更智能(néng)的傳感器(qì)被加裝到設備上(shàng)；

　　2.更緊密的連接：從工廠現(xiàn)場(chǎng)總線，工業以太網的連接到工業雲的鏈接：

　　3.工業大數據：工業大數據比消費大數據數據量更大，數據結構更複雜，實時(shí)性和精确性要求更高

　　4.人(rén)機界面更加友好(hǎo)(hǎo)，更加人(rén)性化(huà)，很多消費電子(zǐ)産品，比如(rú)PAD，智能(néng)手機和Google眼鏡在工廠得到應用；

　　5.人(rén)機協作(zuò)：機器(qì)人(rén)從籠子(zǐ)裏解放(fàng)出來(lái)，與人(rén)一(yī)起協作(zuò)；

　　前三次工業革命都是後來(lái)人(rén)總結的，而工業4.0是正在發生(shēng)的現(xiàn)實。從技術上(shàng)來(lái)說(shuō)，從3.0到4.0更像是進化(huà)而不是革命。設備更智能(néng)，連接更緊密，數據量更大，更加人(rén)性化(huà)，更加友好(hǎo)(hǎo)等等，并沒有殺手級的應用和颠覆性的技術。

　　隻緣身(shēn)在此山中，我們對正在發生(shēng)的工業4.0革命隻感受到量變沒感受到質變是非常正常的。工業3.0向工業4.0的進化(huà)，雖然技術上(shàng)隻是原有技術的融合和演化(huà)，但(dàn)20年之後再回頭看實際效果，我們可能(néng)會發現(xiàn)工業4.0是一(yī)場(chǎng)正在發生(shēng)的革命。

　　傳統的工廠架構和4.0時(shí)代的工廠架構的區别：

　　1.傳統自動化(huà)工廠的架構是金(jīn)字塔架構；從底層傳感器(qì)，執行器(qì)到各種設備，再到控制器(qì)，PLC，IPC，再上(shàng)層是SCADA系統，最上(shàng)層是工廠管理(lǐ)層，包括ERP和生(shēng)産制造MES系統；

　　2.簡化(huà)來(lái)看，工業自動化(huà)可以分(fēn)成三層架構：現(xiàn)場(chǎng)設備層，控制通訊層和工廠管理(lǐ)層，這(zhè)個(gè)三層架構和物聯網的感知層，傳輸層和應用層其實是類似的。在這(zhè)個(gè)金(jīn)字塔架構中，各種器(qì)件通過PLC進行控制，PLC再通過現(xiàn)場(chǎng)總線和工業以太網，将信息和數據傳到雲端。

　　目前，這(zhè)樣的傳統架構正在發生(shēng)變化(huà)，第一(yī)個(gè)變化(huà)就(jiù)是傳統的金(jīn)字塔架構正在網絡化(huà)和雲化(huà)，一(yī)些(xiē)功能(néng)比如(rú)SCADA已經開始被集成到雲端，這(zhè)就(jiù)是雲計算(suàn)在工業上(shàng)的應用。另外一(yī)個(gè)變化(huà)就(jiù)是邊緣計算(suàn)，越來(lái)越多的終端設備具備更強的計算(suàn)能(néng)力；一(yī)些(xiē)開放(fàng)的協議(yì)，比如(rú)OPCUA和IO-LINK也(yě)開始大量運用。

　　工業的工廠架構從工業3.0到工業4.0的變化(huà)：

　　1．工業3.0時(shí)代，現(xiàn)場(chǎng)設備層計算(suàn)資源有限，主要的計算(suàn)資源集中在控制器(qì)端和工廠管理(lǐ)端，而工業4.0時(shí)代，分(fēn)布式控制的嵌入式系統，CPS系統有了(le)更多的智能(néng)計算(suàn)資源和邊緣計算(suàn)能(néng)力；

　　2．控制層：3.0時(shí)代，流程工業由中央集中控制型的SCADA控制，而不同設備有廠商(shāng)專屬的的通訊協議(yì)，設備之間(jiān)有不同陣營的通訊協議(yì)，設備之間(jiān)，産線之間(jiān)的互操作(zuò)性很差；工業4.0時(shí)代有更加開放(fàng)的總線協議(yì)，比如(rú)OPCUA和IOLink，支持實時(shí)的，互操作(zuò)性更強的，更加安全的傳感器(qì)和雲連接；

　　3．工廠管理(lǐ)層：3.0時(shí)代數據收集上(shàng)來(lái)需要人(rén)再做判斷和決策，而4.0時(shí)代，數據收集上(shàng)來(lái)後，因為(wèi)設備和系統具備自适應，自決策，自判斷等能(néng)力，人(rén)工智能(néng)可以對數據信息進行分(fēn)析判斷；工業3.0時(shí)代的IT和OT是分(fēn)開的，很難連接的，設備之間(jiān)是信息孤島，工序之間(jiān)的數據流動有斷層，部門之間(jiān)信息也(yě)很難共享。從投入方式來(lái)看，工業3.0主要是固定資産投入，工業4.0轉變為(wèi)運營投入。

　　IHSMarkit對于工業雲和工業物聯網在用戶端的使用情況作(zuò)了(le)一(yī)些(xiē)調查。客戶最大的憂慮是網絡安全問題。比如(rú)，客戶會問公司的生(shēng)産制造等重要數據信息放(fàng)在第三方會安全嗎(ma)？客戶擔心的第二個(gè)問題是新(xīn)瓶裝舊酒。客戶會認為(wèi)所謂的工業4.0和工業互聯網的技術和産品都是舊的，隻是換了(le)一(yī)個(gè)吸引眼球的新(xīn)詞彙而已。廠商(shāng)的目的隻是換一(yī)種方式買産品，買設備，買解決方案而已。這(zhè)樣的想法有一(yī)定道理(lǐ)，對于我們正在進行的智能(néng)制造項目和所謂的示範工程我們的确需要三思而後行。

　　從工業4.0或者工業互聯網的參與者來(lái)看，整個(gè)産業鏈比較長，從上(shàng)遊的芯片廠商(shāng)到自動化(huà)産品廠商(shāng)，再到OT廠商(shāng)和IT廠商(shāng)，每一(yī)家企業都能(néng)提供專門的知識和Know-how。最近幾年的漢諾威工業展專門設置了(le)數字工廠展廳，有很多IT和軟件企業參展，比如(rú)微軟，SAP，亞馬遜，PTC，Oracle等。另外，客戶也(yě)參與到上(shàng)遊的軟硬件甚至平台運營中來(lái)，比如(rú)海爾就(jiù)在打造自己的工業制造解決方案。

    另外一(yī)個(gè)明顯的趨勢就(jiù)是很多公司都想打造平台，我們預計制造業也(yě)将像手機一(yī)樣，誕生(shēng)為(wèi)制造業服務(wù)的的操作(zuò)系統。目前宣稱自己正在打造工業雲或者制造業的操作(zuò)系統的公司很多，主要有以下(xià)幾種：一(yī)種是基礎設施的平台，比如(rú)微軟Azure，AmazonAWS，阿裏巴巴的阿裏雲，他們基本上(shàng)是提供的IAAS服務(wù)；第二種是工業雲平台，主要做工業制造業的設備運營維護，數據信息管理(lǐ)等，比如(rú)GEPredix和西(xī)門子(zǐ)MindShphese，國内還有徐工工業雲和三一(yī)根雲，這(zhè)些(xiē)工業雲平台提供垂直行業的設備維護運維等PAAS服務(wù)；還有一(yī)種是物聯網平台，主要提供工具，SDK，API等，可以幫助客戶建立自己的工業雲，比如(rú)PTCThingworx，機智雲等；第二和第三種的界限比較模糊，比如(rú)西(xī)門子(zǐ)MindShpere，既是工業雲平台，又是物聯網平台。除了(le)以上(shàng)三類，其實還有一(yī)些(xiē)底層算(suàn)法平台和技術平台。和手機行業一(yī)樣，平台之間(jiān)一(yī)定會整合，市(shì)場(chǎng)上(shàng)容納不了(le)這(zhè)麽多的平台，但(dàn)由于工業制造行業種類衆多，不同的細分(fēn)行業一(yī)定會有一(yī)些(xiē)細分(fēn)的行業平台。

　　大型的高價值的設備既有一(yī)次性的資本性投入，又有設備的運行維護的費用，比如(rú)半導體(tǐ)設備和液晶顯示生(shēng)産設備，購(gòu)買設備的支出非常高，同時(shí)做overhaul的維護成本也(yě)非常的高。制造業的商(shāng)業模式正在從賣産品過渡到買方案，賣服務(wù)；通過提供專業的服務(wù)，廠商(shāng)和客戶的關(guān)系更加緊密。

　　建築機械市(shì)場(chǎng)波動非常大，中國建築機械市(shì)場(chǎng)經曆2011年的暴漲後，持續了(le)好(hǎo)(hǎo)幾年的慘淡經營，直到2016年下(xià)半年由于一(yī)帶一(yī)路(lù)政策的拉動作(zuò)用，建築機械廠商(shāng)業績才開始大幅度回暖，大起大落的銷售很難預測，對廠商(shāng)來(lái)說(shuō)經營風(fēng)險很大。另外國内的建築機械市(shì)場(chǎng)日益飽和，市(shì)場(chǎng)上(shàng)現(xiàn)有的建築機械數量驚人(rén)，很多業主選擇租賃而不是購(gòu)買設備，促使建築機械廠商(shāng)轉變商(shāng)業模式，開始開發售後的機械服務(wù)市(shì)場(chǎng)。

　　工業4.0和工業互聯網不僅為(wèi)大公司打造服務(wù)平台提供了(le)機會，也(yě)為(wèi)中小型的公司創造了(le)新(xīn)的機會。電機和軸承是非常傳統的産品，通過在這(zhè)些(xiē)産品上(shàng)安裝傳感器(qì)，監測震動情況可以做在線監控，預測性維護，失效預測等。這(zhè)些(xiē)傳感器(qì)可以很方便的将收集到的數據上(shàng)傳到雲端，成為(wèi)平台的重要一(yī)員(yuán)。不能(néng)做平台，就(jiù)被平台化(huà)，被平台化(huà)說(shuō)明小公司也(yě)有價值。

　　資産維護有很多層次，最初級的層次是應急維修服務(wù)，這(zhè)曾經也(yě)是我們制造業的競争優勢之一(yī)。再上(shàng)一(yī)層是定期巡檢和定期更換，比如(rú)電梯巡檢，半年或者一(yī)年檢查一(yī)次，但(dàn)兩次檢查的間(jiān)隔中間(jiān)會有問題，定期更換的維護費用也(yě)是很昂貴的。更進一(yī)步是在線狀态監控，主要通過傳感器(qì)在線遠(yuǎn)程監控設備的運行情況，當監測到設備工作(zuò)狀态不好(hǎo)(hǎo)的時(shí)候就(jiù)報(bào)警，但(dàn)這(zhè)樣的方式也(yě)是事(shì)後補救維修。

　　而預測性維護可以通過大數據積累設備運行情況預判将要發生(shēng)失效的時(shí)間(jiān)，這(zhè)樣工廠就(jiù)可以防患于未然，提前派出工程師去處理(lǐ)，減少工廠停機時(shí)間(jiān)，減少損失。如(rú)果說(shuō)狀态監控是處理(lǐ)What的問題，那麽預測性的維護處理(lǐ)What和When的問題。在預測性維護階段Why和How這(zhè)類問題需要有經驗的人(rén)進行判斷和處理(lǐ)，但(dàn)是在PrescriptiveMaintenance階段，整個(gè)工廠系統通過人(rén)工智能(néng)，機器(qì)學習，雲計算(suàn)等技術手段，具備一(yī)定的認知能(néng)力，思考能(néng)力，不但(dàn)能(néng)給出信息建議(yì)，還能(néng)對信息做出适當的反饋，使未來(lái)的工廠系統成為(wèi)自感知，自适應，自決策的智能(néng)CPS系統。PrescriptiveMaintenance将能(néng)夠處How，Who和Why的問題。将會知道事(shì)故為(wèi)什(shén)麽會發生(shēng)，并判斷應該怎樣處理(lǐ)，派誰來(lái)處理(lǐ)，工作(zuò)流程和順序應該怎樣？

　　另外，在PrescriptiveMaintenance階段，資産管理(lǐ)不但(dàn)會和整個(gè)工廠的數字系統集成在一(yī)起，還會合工廠的外部數據系統結合，比如(rú)，在預測性維護可能(néng)通過監測電機的震動和溫度變化(huà)給出某台設備需要大修的建議(yì)，在結合外部數據系統找到專家和方案，綜合評估整個(gè)工廠系統，為(wèi)現(xiàn)場(chǎng)工程師給出一(yī)套大修的工作(zuò)流程和順序。

　　總結：

　　1，未來(lái)已來(lái)，工業互聯網和工業4.0正在發生(shēng)，潤物細無聲，将會對我們的工作(zuò)和生(shēng)活造成影響；

　　2，工業4.0和工業互聯網技術的發展是原有技術的大融合，從技術角度來(lái)看，更像是在演化(huà)而不是革命，但(dàn)是從應用和商(shāng)業模式的角度看，這(zhè)些(xiē)變化(huà)産生(shēng)的影響卻可能(néng)是革命性的；

　　3，IT和OT的融合是大勢所趨，第一(yī)是公司工廠内部的IT和OT的融合，第二是公司與外部資源IT和OT的融合；

　　4，工業4.0也(yě)好(hǎo)(hǎo)，工業互聯網也(yě)好(hǎo)(hǎo)，人(rén)是發展的主要的變量，可能(néng)是技術的載體(tǐ)，可能(néng)成為(wèi)發展瓶頸，也(yě)可能(néng)成為(wèi)推動因素。

參考資料：

http://www.eqingxi.com/user/invite.php?user=sinyet