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为制造业插上创新的翅膀
  • 出处:中国计算机报 作者:■ 本报记者 张楠 日期:2016-11-21
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  ——记首届中国产业互联网大会

  当前,世界经济在深度调整中曲折复苏,增长乏力,全球贸易持续低迷,世界主要国家都在加快推动网络信息技术和传统产业的融合,实现数字化、网络化、智能化转型,移动互联网、德国工业4.0、“中国制造2025”都是如此。

  我国经济发展正处在加速换挡、结构优化、动力转换的关键节点,面临传统产业需求不振、工业技术水平相对较低、产业结构亟待调整、经济发展新动能不足等突出问题。

  同时我们也要看到,信息技术革命为我国破解产业发展难题,增强了新的发展动能,提供了难得的机遇。回顾互联网对我国产业发展的影响,互联网率先从媒体、社交、零售、金融等发力,不断降低经营成本,提高了行业运营效率。

  近年来,随着互联网、云计算、大数据等新技术的持续创新,互联网已经成为经济社会发展的新动力,对产业发展思维、组织模式、行业规则带来了颠覆性的变革,产业的叠加效应、聚合效应、倍增效应更加明显。

  产业互联网本质是利用价值发现、资源聚合、大众协同的应用特性,通过网络互联、信息共享、能力聚合,实现产业链的开放融合。产业互联网的根本优势是促进社会整体技术水平提升,优化生产要素的流通与配置,大幅降低生产管理交易和资源环境保护成本,提高全要素生产力。

  传统产业数字化转型之路

  “传统产业要实现转型,靠什么呢?首先是‘两化’融合,是企业的数字化转型,这是产业互联网的起点。进一步是企业互联网化,它是产业互联网的基础。再进一步就要发展到智能制造和智能工厂,覆盖全产业链和全生命周期,以及跨企业的信息物理系统的融合,这是实现产业互联网的路径。”中国互联网协会理事长、中国工程院邬贺铨院士在首届中国产业互联网大会(以下简称大会)上表示,“产业互联网不是目标,目标是生产智能产品和提高产品的市场竞争力。”

  邬贺铨院士表示,企业的数字化转型首先是从管理的数字化开始,现在很多企业早就实现了会计的数字化、财务的数字化,这仅是企业数字化的一部分。实际上,现在很多企业已经从企业的信息化发展到行业信息化,发展到供应链管理、价值链管理、生态链管理,不仅是财务管理,还包括供应链管理、人力资源管理、物流管理、价值管理和客户关系管理。最常用的软件有PLA产品寿命管理、SCM供应链管理、ERP企业资源规划、CRM客户关系管理。未来产品价值变化的三大趋势是:硬件的价值体现在软件,网络连接的价值转到云,商业模式的价值从产品转向服务。

  另外,除了管理数字化,生产制造也要数字化。制造数字化是全过程的数字化,覆盖供应、质检、销售等环节,应该是闭环的。过去,很多企业有个数控机床就觉得很不错了,它按照程序对工件进行加工,实际上这并不够好。工件会随着时间和温度的变化,如果按照一样的温度加工,并不完全合理。所以要发展智能化制造,通过实时的加工模式,反馈到计算机系统。日本MAZAK的智能机床,不仅对产品监测,对机床运行过程中的状态也进行监测,包括切削振动、机床干涉、主轴检测等,它可以很好地保障生产装备始终处于最优的状态。

  邬贺铨院士强调:“在产业互联网里,首先是制造业,它占全球GDP的17%,然后扩展到其他工业上,比如建筑、石油等,加起来占全球GDP的30%,再拓展到交通、通信和医疗保健,它们加在一起在2011年占全球GDP的46%,2025年将占全球GDP的50%。GE公司曾经分析过,假如产业互联网发挥1%的威力,从2011年到2025年会为航空、电力、石油、医疗部门分别带来270亿美元到900亿美元的经济增长红利。”

  麦肯锡公司发布的报告显示,产业互联网一定会用到大数据,大数据每年将为美国保健公司和公共管理服务提供商分别带来2500亿美元到6000亿美元的营业收入,为零售商增加60%的利润,帮助制造业降低50%的成本。如果政府在保证国家安全和公民隐私的情况下,开放应该开放的数据,会给教育、运输、消费、代理、游戏、保健、消费者财务等七大领域带来32000亿美元到54000亿美元的经济增长红利。

  波士顿咨询公司分析了2012年互联网对G20国家GDP的贡献,贡献最高的英国达到12.4%,其次是韩国达到8%,中国互联网对GDP的贡献在2020年可以达到6.9%,这个数字比同年的美国的5.4%高很多。麦肯锡公司分析,2013年到2025年,中国互联网对生产力提升的贡献度达到22%,产生就业岗位1500万个。

  “发展产业互联网就是推动数字经济的发展,数字经济是什么?G20峰会上取得的共识是,数字经济是指使用数字信息和知识作为生产的关键要素,以现代信息网络作为重要的活动空间,以信息和通信技术的有效使用作为生产率增长和经济结构优化的重要驱动力的各类经济活动。”邬贺铨院士强调,“所以数字经济不是虚拟经济,是活的经济,数字经济在经济里起着增长的作用。埃森哲公司把数字经济概括为各类数字化投入,包括数字技能、数字设备,以及用于生产环节的数字化中间产品和服务带来的全部经济产出。”

  邬贺铨院士最后表示,企业从数字化转型、互联网化变革、服务化制造到智能化生产,这是实施产业互联网之路。产业互联网是数字经济的主要载体,“两化”融合的应用是数字经济的重要支柱。中国企业的互联网化还处于起步阶段,未来发展空间很大。

  工业互联网安全很重要

  “工业互联网会带来新鲜的链接模式、新鲜的商业模式,但也会碰到新的安全威胁。在公共系统里必须采用纵深防御的安全理念。”中国科学院何积丰院士在大会上表示,“应该有便捷系统、中间核心防御系统和防止威胁的系统。这样就可以通过工控防火墙、工控网管等安全措施解决各类安全问题。”

  工业互联网应该有安全检测和抵御入侵的能力。也就是说即使被黑客攻击而且突破了安全防线,也应该可以维持工控系统的物理安全。

  何积丰院士认为:第一,软件安全性面临严峻形势;第二,工控信息安全标准需求强烈;第三,传统边界防护的技术难以保证工业控制的环境。在信息工程公司里,应该有安全公司专门提供安全服务。安全服务应该作为一种信息服务的类型,提到议事日程上。

  在工业互联网中,要解决围绕它的三个核心问题:控制、计算和通信,构建工业互联网的设计体系,研究工业互联网的共性关键技术,形成工业互联网的设计验证环境。

  “安全基本策略的三个要求是:通信可控、区域隔离、报警追踪。从整个架构来说,纵深防御是我们的基本,要有五条防线:第一条是第三方商用防火墙,第二条是联合安全网关,第三条是工业PC安全防护,第四条是现场设备的控制保护,第五条是安全可靠的现场设备。” 何积丰院士表示,除此之外还有五大安全策略保证系统安全,“安全措施的五大策略是去中心化、智能下移、异构冗余、分布协同和蜜罐技术。”

  (一)去中心化。基本想法是要建立一个开放式、扁平化、平整性的系统结构,要利用区域化的系统实现操作员工作站和企业工作站的漂移,要建立信任模型,改变唯一的端到端信任,形成负反馈协同验证机制。

  (二)智能下移。以前大家认为基本含义是傻瓜式的执行节点对上层盲目服从,致使攻击者只需做好上层系统的攻击,即可实现对整个工控系统的攻击。这里有两个必要条件,第一解决芯片的智能化,第二是计算机的泛在化。此外,还要提供能力和系统相连,分别是计算的冗余能力和感知的认知能力。所以工业和信息化部把传感器看成一个重要的发展基础,从这个例子就可以想象。

  (三)异构冗余。希望采用不同结构的设备来提供不同种类的安全冗余服务,使攻击者疲于应付系统的异构动态变换,通过不断的变化,使攻击者不知道系统的薄弱点在什么地方。从软件和系统算法入手,采用不同的系统模型,实现功能等价的异构多变体,适应动态变化的需求。在设计过程中要避免系统及关键应用的静态性和相似性,增强系统的安全性。

  (四)分布协同。分布协同要有两类分布系统:第一是功能分布协同,工控系统各层之间、同层之间、各种设备之间通过某种通信协议,协同完成特定的工业任务;第二,安全管理分布协同,自学性和认知性,要增强实时性和跨层的协同性。

  (五)蜜罐技术。有一个很大的罐子里装了大量的蜂蜜,把东西都吸到蜜罐里,是攻击情报的收集系统。它用来模拟工业设置的特殊蜜罐,是相对主动的安全检测手段。它可以实现网络切片、数据捕获、数据控制和数据分析。这类东西可以利用新的发展技术来构建虚拟化,支持悬挂和恢复的功能。在工业控制系统里很有用处。

  工业互联网标准很重要

  “我们调研了200多条离散生产线,我们觉得缺的是标准。”中国电信集团产业互联网创新主任张东在大会上表示,“在做标准之前,可以先和大家分享几个观点。”

  张东认为,工业领域中除了缺标准,还缺少安全。从企业和设备提供商的角度来看,有两件事需要解决:一是从企业角度,不希望生产线完全互联网化,因为工艺数据和核心生产数据是企业的机密;二是从设备提供商角度,中国80%的高端设备来自欧洲,但是中国用户在购买设备的同时并没有购买设备的管理服务,所以数据并没有完全开放给中国用户。

  “我们认为,工业互联网的核心基础是把标识做成标准,标识不仅涵盖了生产环节的机器设备,还要涵盖生产完成的成品。物体标识方面我们缺失很多。在这方面我们和互联网协会一直在探索,希望在工业体系里先把标准探索出来,基于标识建立全国性的增值平台。标识提出以后,才可以谈如何采集物体信息,标识和采集器如何连接……有很多标准要落实,目前标准缺失很多。” 张东强调,“数据采集之后,还要进行数据处理和传输。数据先采集后传输,还有数据存储。”

  从智慧工厂到认知工厂

  说到智慧工厂,必须要先提一下德国工业4.0。德国工业4.0有许多的组成部分,第一个是工业4.0平台,这个平台是由政治、经济、科学研究、社会等多个方面共同促进实施的。这个平台的主要作用是制定标准,完善安全和对员工的资质培养。第二个是工业互联网联盟,近年来它和德国签订了多项协议,并且已经产生了实质进展。第三个是研究层面,要提到的机构是卡尔斯大学的智能数据创新实验室,这个实验室的主要作用是研究评价数据、分析数据,并利用数据进行软件的优化和更新。

  IBM德国研究院工业4.0专家马蒂亚斯·迪特尔(Matthias Dietel)举了智慧工厂的案例:“工厂在整个加工过程中所收集的数据一直在增长,其中大部分的数据是未整理和无序的数据,比如说音频、视频和传感器产生的数据。”

  未来,这些没有整理过的数据也可以通过新的信息技术进行整合分析。IBM要在终端上进行数据的收集、整理和分析,从而优化生产,这也是IBM的认知计算所要达到的目的。

  所谓的认知计算和人工智能有所不同,它不仅可以理解数据,而且可以进行自主的分析、计算,在专业知识的框架内,帮助人们做出更好的选择。它的主要作用并不是把人类的信息语言翻译到数据库,而是它可以和人一起进行工作。

  什么是认知计算呢?首先要了解认知的概念。认知的过程主要有观察、理解、评估、判断。IBM所说的认知工厂的工作方式可以模拟人类的思维方式进行理解。新的认知工厂会给人们带来新的生产方式,比如它可以学会预先性的防止措施、修正措施,还可以和员工以人类的语言进行对话,还有自主学习判断能力的机器人,以及具有认知安全智能的设备,可以帮助持续改进生产。

  新的认知工厂可以以人类的语言和人类进行交流,也可以对不同的方案做出评估和判断,为人类的生产做出贡献,同时可以对工厂的一些设备异常进行及时检测、反馈与维修。还有一点就是这个设备应该能够具有自我完善和自我优化功能,它也应该能够做出最有力的决定和判断。

  “在今年的汉诺威工业展上,IBM展示了沃森超级系统,展示中沃森可以帮助工厂实现智能维护,工程师可以和沃森直接进行自然语言对话,沃森可以在维修方面给予工程师技术指导。” Matthias Dietel强调,“现在,沃森已经连接到物联网的设备,也可以成为认知工厂的一部分。未来,人们戴的手表、帽子都可以配备传感器,与认知系统相连接,为人们创造更好的工作环境。将来员工可以实时获取生产过程中所需要的各种数据,也可以从机器中获得生产所需要的指导。未来,认知工厂会改善工作环境和车间的条件,让人们获得更高的生产效率。”

  C2B助力制造业转型

  在今年的云栖大会上,阿里巴巴董事局主席马云表示,未来的制造业会由厂商主导的B2C(商业到消费者)模式向消费者驱动的C2B模式转型。

  20世纪的美国开创了大规模生产的B2C商业模式,这个商业模式不仅涉及生产制造端、零售端,更成了人们的思维模式:大生产、大零售、大品牌、大营销,生产是同质化的生产、大规模的生产,追求低成本。整个销售体系也是大批量的,包括以广告的方式营销,塑造大品牌。零售商通过全国的零售网络,把商品推给消费者。但是这套方式已经越来越行不通了。因为客户变了。由于云计算、大数据、社交网络赋能,导致过去的商业模式坍塌了。

  “我们认为,在五六十年前出现的以丰田为代表的精益生产,从某种意义上可以看作商业模式的局部瓦解,其实精益生产不是一种生产方式,而是一种商业模式,它使丰田可以生产出小批量、多款式的汽车。”阿里研究院副院长游五洋在大会上表示,“互联网对产业的渗透是从消费端发起的。从消费者开始,营销和消费是最早被互联网化的环节。我们认为,没有消费互联网,产业互联网就无从谈起。实际上,在鞋帽、箱包领域都出现了个性化、定制化的消费需求。在生产制造端也出现了柔性、个性化定制的趋势。我们认为,这两个环节是紧密结合在一起的,包括很多工业化的企业在做定制,如果说零售方式和配销环节没有改变,生产制造端做生产改造没有动力,是看不到效益的。”

  游五洋认为,互联网倒逼了制造业转型,通过线上消费、网络零售,能够让市场的需求信息快速反馈到生产制造端。游五洋进一步解释了他所认为C2B所涉及的四个方面。

  第一是客户定义价值。互联网时代讲究的是用户参与,企业和消费者共同研发、设计新产品,由消费者决定产品具备什么功能和定价,而不是过去由企业自己主导。第二是个性化营销。未来的产品种类、款式会非常多,是一个更大规模的长尾市场。过去的B2C单向式灌输的模式会失效,企业必须捕捉个性化需求。目前大数据广告技术已经非常成熟,一个个细分市场可以聚集起来。第三是拉动式配销体系。拉动式的生产方式是根据市场的实际消费需求组织配送,把货物推送到生产制造端,推送到市场端。第四是柔性生产。如果没有柔性生产,工厂必须在全国各地有总仓,才能满足需求。如果有了柔性生产,就可以将库存减到最小。

  游五洋总结了自己对制造业转型的四个观点。第一,“互联网+”制造业更大的价值在于实现产销结合,而不是提高产能。互联网是一种广域的连接工具,完全可以突破市场的物理范围,市场配销数据可以自由流动到生产端,生产端可以实现快速反应,加速资金周转,精确控制库存,减少积压和断货等情况的发生。第二,快速响应比降低生产成本更重要。当货物在最佳的生产销售周期上架销售,所获得的利润完全可以覆盖生产和配送的成本。第三,机器换人核心问题是软件如何柔性化。自动化的高速运转的设备在换模、换壳的时候很困难,解决柔性化是关键。第四,基于产业集群的分布式制造想象空间巨大。

  游五洋认为,C2B是一种商业范式。德国工业4.0是C2B在实物商品领域的具体表达。在实物生产领域,德国工业4.0可以帮助C2B落地,包括配销方式、零售方式,生产方式要配合商品模式的实施。

  互联网个性化定制

  说到个性化定制,有句话叫“量体裁衣”,可以说服装行业是最适合个性化定制的行业。“报喜鸟真正量体裁衣从2003年开始,现在的个性化完全是以个人为主,由客户自己设计,‘一人一版’。”浙江报喜鸟服饰有限公司副总裁邱成奎在大会上表示,“如果单纯从个性化角度来讲很简单,服装一条街就可以,但是它们规模比较小、层次上不来。如果要做10套衣服可以,但是100套难度就很大了。报喜鸟智能制造具备了日常1000套衣服的生产能力,可以‘大规模、个性化定制’,整个生产流程与个性化结合,客户可以参与、监督。”

  报喜鸟的智能制造被称为“云翼互联”。“云翼互联”以报喜鸟的透明云工厂为主体,定制云平台、数据云平台为两翼。定制云平台目前主要面向全国的消费大众,未来会面向世界的消费者。为了实现这样的目标,报喜鸟改造了电子商务平台,开发了虚拟现实仿真技术和3D渲染技术,构建了产品生命周期管理系统、客户管理系统、供应链系统。“ 我们不仅实现了线上线下的协同,而且打造了‘一人一版’、‘一衣一款’的全品类模块化客户自主设计的全渠道服务模式。” 邱成奎补充道。

  值得一提的是,在报喜鸟的透明云工厂中,布料进入生产车间以后,每一个环节都可以看到,这其中运用到了拍版信息技术、CAPP工艺管理技术、RFID物联网技术、智能吊挂等一系列信息技术。“客户身体的数据输入以后,智能车间可以直接进行设计,自动打版、自动裁剪、自动缝制,衣服制作完成之后自动输送到报喜鸟的智能物流仓库。只有有了智能车间才可以进行大规模生产。” 邱成奎表示,“‘云翼互联’涵盖了企业运行的每一个环节、每一个部分,打通了服装生产的测量、设计、生产各个环节。”

(责任编辑:孙悦)

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