工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)協(xié)同制造

文 | 王喜文

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)協(xié)同制造

文 | 王喜文

工學(xué)博士，博士后，高級(jí)工程師。曾在北京第一機(jī)床廠工作過(guò)兩年，后開發(fā)10年計(jì)算機(jī)軟件，2009年8月進(jìn)入工業(yè)和信息化部國(guó)際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作中心工作，歷任信息部副主任、主任、電子商務(wù)研究所所長(zhǎng)、工業(yè)4.0研究所所長(zhǎng)。

隨著新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，許多國(guó)家、許多企業(yè)都意識(shí)到協(xié)同制造聯(lián)網(wǎng)，是代表互聯(lián)網(wǎng)+制造融合創(chuàng)新大方向的頂級(jí)生態(tài)系統(tǒng)。也就是說(shuō)，無(wú)論是美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還是德國(guó)工業(yè)4.0，其最具代表性的跨國(guó)平臺(tái)正在展露，正在凝聚大量生產(chǎn)資源和大量工業(yè)大數(shù)據(jù)。

美國(guó)：重在服務(wù)以及衍生新價(jià)值

GE推出的Predix云平臺(tái)是一個(gè)的工業(yè)操作系統(tǒng)，其中有很多模塊可以由各個(gè)企業(yè)根據(jù)其行業(yè)背景，構(gòu)建適用于自己的解決方案。Predix主要是三層架構(gòu)，是面向工業(yè)領(lǐng)域的第一個(gè)基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的云平臺(tái)，底部是提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的IaaS層，中間是平臺(tái)PaaS層，最上端軟件及服務(wù)層SaaS。Predix利用這三層云計(jì)算架構(gòu)，將各種工業(yè)設(shè)備或機(jī)器以及供應(yīng)商等相互聯(lián)結(jié)，提供資產(chǎn)性能管理（APM）和運(yùn)營(yíng)優(yōu)化服務(wù)，每天監(jiān)控和分析來(lái)自數(shù)萬(wàn)億設(shè)備資產(chǎn)上的千萬(wàn)個(gè)傳感器所發(fā)回的5000萬(wàn)條大數(shù)據(jù)，幫助客戶優(yōu)化資源配置和業(yè)務(wù)流程，減少風(fēng)險(xiǎn)和實(shí)現(xiàn)100%無(wú)故障運(yùn)行。

隨著越來(lái)越多的機(jī)器和設(shè)備加入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)跨越整個(gè)機(jī)組和網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器儀表的協(xié)同效應(yīng)，形成智能數(shù)據(jù)，帶來(lái)巨大的潛在價(jià)值。

優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)：在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的各種設(shè)備或機(jī)器，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)相互協(xié)作，提高網(wǎng)絡(luò)整體的運(yùn)營(yíng)效率。例如，在醫(yī)療領(lǐng)域，將醫(yī)生和護(hù)士等醫(yī)療數(shù)據(jù)互聯(lián)，數(shù)據(jù)可以無(wú)縫地傳輸給醫(yī)療機(jī)構(gòu)和病人，等待的時(shí)間將會(huì)更短，能夠更迅速地幫助病人使用正確的醫(yī)療設(shè)備，從而使得醫(yī)療設(shè)備利用率更高，醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量更好。智能數(shù)據(jù)的巨大價(jià)值也可體現(xiàn)于交通網(wǎng)絡(luò)中的路徑優(yōu)化。許多車輛實(shí)現(xiàn)互聯(lián)之后，就會(huì)知道自己的位置和目的地，同時(shí)能夠了解到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)其他車輛的位置和目的地，允許優(yōu)化路由來(lái)尋找到最有效的人工智能解決方案。

優(yōu)化運(yùn)維：通過(guò)智能數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化、低成本，并有利于整個(gè)設(shè)備或機(jī)器的運(yùn)行維護(hù)。例如，將機(jī)器、組件和各個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)網(wǎng)之后，將實(shí)現(xiàn)一個(gè)可監(jiān)測(cè)的設(shè)備狀態(tài)，可以在正確的時(shí)間將最優(yōu)數(shù)量的零部件交付到準(zhǔn)確的位置，將減少零部件庫(kù)存需求和維護(hù)成本，提升設(shè)備或機(jī)器的穩(wěn)定性。

恢復(fù)系統(tǒng)：通過(guò)建立廣泛的大數(shù)據(jù)信息，幫助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在發(fā)生毀滅性打擊之后更加快速、有效的進(jìn)行恢復(fù)。例如，當(dāng)?shù)卣鸹蚱渌匀粸?zāi)害發(fā)生時(shí)，可以用智能儀表、傳感器和其他智能設(shè)備和系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行快速檢測(cè)，隔離發(fā)生故障的設(shè)備或機(jī)器，不至于發(fā)生串聯(lián)而導(dǎo)致更大規(guī)模的故障發(fā)生。

自主學(xué)習(xí)：每臺(tái)設(shè)備或機(jī)器的操作經(jīng)驗(yàn)可以聚合為一個(gè)大數(shù)據(jù)，使得整個(gè)設(shè)備或機(jī)器能夠自主學(xué)習(xí)。這種自主學(xué)習(xí)的方式是不可能在單個(gè)機(jī)器上來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，從許多飛機(jī)上收集的數(shù)據(jù)加上位置和飛行的歷史數(shù)據(jù)，才可以提供有關(guān)各種環(huán)境下飛機(jī)性能的信息。當(dāng)越來(lái)越多的機(jī)器連接在一個(gè)系統(tǒng)中，產(chǎn)生無(wú)數(shù)智能數(shù)據(jù)的結(jié)果將是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大并能自主學(xué)習(xí)，而且越來(lái)越智能化。

一旦智能設(shè)備采集到大量的智能數(shù)據(jù)，就可以通過(guò)智能系統(tǒng)，挖掘出具備商業(yè)經(jīng)營(yíng)價(jià)值的智能決策。設(shè)備與數(shù)據(jù)相互結(jié)合，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同且實(shí)時(shí)更新，將對(duì)諸多行業(yè)帶來(lái)較大裨益。

據(jù)GE公司的預(yù)測(cè)，航班延誤每年給航空公司帶來(lái)的損失超過(guò)400億美元。其中10%的延誤是由于對(duì)飛機(jī)的維護(hù)欠缺所造成的。同時(shí)，全球航空業(yè)每年燃油費(fèi)用高達(dá)1700億美元（營(yíng)業(yè)收入約為5600億美元），而根據(jù)國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（IATA）的調(diào)查，這些油耗中有18%~22%屬于資源浪費(fèi)。GE的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)對(duì)飛機(jī)航運(yùn)輸局和零部件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)，分析維修保養(yǎng)上的問(wèn)題，每年可減少1000次延誤情況。同時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，進(jìn)行維修保養(yǎng)，也可以降低設(shè)備投資成本。通過(guò)航運(yùn)數(shù)據(jù)，挖掘減少燃油能耗的實(shí)現(xiàn)路徑，從而對(duì)飛行調(diào)度的優(yōu)化，可減少2%的能耗使用，每年節(jié)約2000萬(wàn)美元成本，減少大量二氧化碳排放。

醫(yī)療占全球GDP的10%，是一個(gè)相當(dāng)大的行業(yè)。據(jù)GE公司的預(yù)測(cè)，醫(yī)療領(lǐng)域由于低效率，每年會(huì)造成7310億美元的浪費(fèi)，尤其是臨床醫(yī)療占到59%，高達(dá)4290億美元的浪費(fèi)。醫(yī)療從業(yè)人員與醫(yī)療器械之間的信息不對(duì)稱是主要原因。例如：護(hù)士換藥、磁共振成像情況、醫(yī)生診斷等過(guò)程都沒(méi)能實(shí)時(shí)共享。將醫(yī)療從業(yè)人員、醫(yī)療器械進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，對(duì)診斷、手術(shù)、藥方等信息進(jìn)行共享，開展網(wǎng)絡(luò)協(xié)同式的診療。GE的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)綜合管理每個(gè)病床，每個(gè)診斷的工作流、患者流，搬運(yùn)和醫(yī)療器械，改進(jìn)醫(yī)療從業(yè)人員、業(yè)務(wù)流程和器械通信情況，可減少15%~30%的醫(yī)療器械成本，提升醫(yī)療從業(yè)人員的工作效率，節(jié)約的時(shí)間可多為15%~20%的患者提供服務(wù)。

GE將這個(gè)平臺(tái)開放給所有工業(yè)合作伙伴，期望未來(lái)形成一個(gè)巨大的、完善的生態(tài)系統(tǒng)，由各個(gè)企業(yè)積極開發(fā)具有行業(yè)輻射效果的應(yīng)用軟件（APP），并在此平臺(tái)上發(fā)布共享、互相借鑒、互惠互利。

德國(guó)：既抓服務(wù)又抓生產(chǎn)

作為德國(guó)工業(yè)4.0的領(lǐng)軍企業(yè)，西門子2015年年底宣布將設(shè)立一個(gè)跨行業(yè)的軟件平臺(tái)Sinalytics，為數(shù)字化服務(wù)提供技術(shù)基礎(chǔ)。Sinalytics與Predix極為類似。據(jù)資料顯示，這一平臺(tái)將整合遠(yuǎn)程維護(hù)、數(shù)據(jù)分析及網(wǎng)絡(luò)安全等一系列現(xiàn)有技術(shù)和新技術(shù)，還能夠?qū)C(jī)器感應(yīng)器產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和分析，并利用這些大數(shù)據(jù)為客戶提供全新的服務(wù)。比如，可以通過(guò)這些大數(shù)據(jù)提升對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、火車、醫(yī)療成像系統(tǒng)的監(jiān)控。據(jù)說(shuō)，已經(jīng)約有30萬(wàn)臺(tái)設(shè)備已連接至Sinalytics平臺(tái)。

2016年4月，西門子對(duì)外正式推出“MindSphere—西門子工業(yè)云平臺(tái)”，當(dāng)時(shí)西門子宣稱該工業(yè)云平臺(tái)將為工業(yè)企業(yè)提供“數(shù)字化服務(wù)——譬如預(yù)防性維護(hù)、能源數(shù)據(jù)管理以及工廠資源優(yōu)化，特別是，機(jī)械設(shè)備制造商及工廠建造者可以通過(guò)該平臺(tái)監(jiān)測(cè)其設(shè)備機(jī)群，以便在全球范圍內(nèi)有效提供服務(wù)，縮短設(shè)備停工時(shí)間，同時(shí)，MindSphere還為西門子的工廠數(shù)字化服務(wù)提供包括數(shù)控機(jī)床以及驅(qū)動(dòng)鏈的預(yù)防性維護(hù)服務(wù)”。

據(jù)資料顯示，MindSphere是一個(gè)數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)平臺(tái)，通過(guò)收集、整合和分析來(lái)自用戶端、供應(yīng)商、信息化系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，匯總形成數(shù)據(jù)企業(yè)的唯一數(shù)據(jù)中心，由此創(chuàng)建完整的、容易應(yīng)用的產(chǎn)品性能大數(shù)據(jù)結(jié)果。同時(shí)，基于云計(jì)算的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)處理能力，相關(guān)結(jié)果將能夠即時(shí)反饋到企業(yè)的信息系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)，從而提高企業(yè)對(duì)業(yè)務(wù)相關(guān)流程的響應(yīng)——實(shí)現(xiàn)智能制造。

實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造

2015年7月,國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》中，“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造是重點(diǎn)行動(dòng)之一，旨在推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)融合，提升制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作，發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同制造新模式。在重點(diǎn)領(lǐng)域推進(jìn)智能制造、大規(guī)模個(gè)性化定制、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造和服務(wù)型制造，打造一批網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造公共服務(wù)平臺(tái)，加快形成制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。

實(shí)際上，早在2000年，國(guó)際著名的咨詢機(jī)構(gòu)ARC針對(duì)生產(chǎn)制造模式新的發(fā)展，詳細(xì)地分析了自動(dòng)化、制造業(yè)以及信息化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，從科技發(fā)展趨勢(shì)對(duì)生產(chǎn)制造可能產(chǎn)生影響的角度，作出過(guò)全面的調(diào)查研究，并提出了用工程、生產(chǎn)制造、供應(yīng)鏈三個(gè)維度描述的數(shù)字工廠模型。

其中，從生產(chǎn)流程管理、企業(yè)業(yè)務(wù)管理一直到研究開發(fā)產(chǎn)品生命周期的管理而形成的“協(xié)同制造模式”（Collaborative Manufacturing Model，CMM）。CMM協(xié)同制造模式為制造行業(yè)的變革提出了一個(gè)理論依據(jù)和行之有效的方法。它利用信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)將研發(fā)流程，企業(yè)管理流程與生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈流程有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，形成一個(gè)協(xié)同制造流程，從而使得制造管理、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品服務(wù)生命周期和供應(yīng)鏈管理、客戶關(guān)系管理有機(jī)地融合在一個(gè)完整的企業(yè)與市場(chǎng)的閉環(huán)系統(tǒng)之中，使企業(yè)的價(jià)值鏈從單一的制造環(huán)節(jié)向上游設(shè)計(jì)與研發(fā)環(huán)節(jié)延伸，企業(yè)的管理鏈也從上游向下游生產(chǎn)制造控制環(huán)節(jié)拓展，形成一個(gè)集成了工程、生產(chǎn)制造、供應(yīng)鏈和企業(yè)管理的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造系統(tǒng)。

當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)化的信息空間和現(xiàn)實(shí)化的物理空間可共同組成協(xié)同空間，信息空間對(duì)未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)力將產(chǎn)生至關(guān)重要的影響，未來(lái)制造業(yè)將進(jìn)入虛實(shí)交互的協(xié)同時(shí)代。

未來(lái)的智能制造形態(tài)將是將制造商、零部件供應(yīng)商、銷售商乃至消費(fèi)者搬到線上，構(gòu)成生產(chǎn)資源、人力物力、研發(fā)創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同結(jié)構(gòu)，主要目的是實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)與研發(fā)的協(xié)同、研發(fā)與生產(chǎn)的協(xié)同、管理與通信的協(xié)同，從而形成一個(gè)完整的制造網(wǎng)絡(luò)——協(xié)聯(lián)網(wǎng)（Internet of Collaborative Manufacturing），由多個(gè)制造企業(yè)或參與者組成，它們相互交換商品和信息，共同執(zhí)行業(yè)務(wù)流程。企業(yè)、價(jià)值鏈和產(chǎn)品生命周期這三個(gè)維度貫穿于各個(gè)價(jià)值鏈中的制造參與者之間。

“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造將成為未來(lái)智能制造的核心，協(xié)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)具體應(yīng)滿足三個(gè)“CM”要素。

具體而言，在前端，顧客對(duì)工廠（C2M）將提供自己的標(biāo)準(zhǔn)化模塊供消費(fèi)者組合，或是吸引消費(fèi)者參與到設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中來(lái)；在內(nèi)部，通過(guò)并行制造（CM）提升生產(chǎn)組織能力，以柔性化的智能制造去服務(wù)于海量消費(fèi)者的個(gè)性化定制需求；在后端，通過(guò)云制造（CM）積極調(diào)整供應(yīng)鏈，使之具備更強(qiáng)的資源整合能力，做到低成本、高效率和短工期。

以往，制造業(yè)企業(yè)一定要通過(guò)原料、設(shè)備、生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售五大環(huán)節(jié)組織生產(chǎn)制造。而這五個(gè)環(huán)節(jié)是相對(duì)固定的，且不可或缺的。并行制造時(shí)代，這五個(gè)環(huán)節(jié)可以相對(duì)獨(dú)立，變成五個(gè)可以動(dòng)態(tài)配置的模塊。每個(gè)模塊都有自己相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，自己的物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)，根據(jù)消費(fèi)者需求，五個(gè)模塊可以自行高效整合，滿足生產(chǎn)制造的工藝需求。除了大幅縮短工期之外，還能大幅降低成本。

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，只有等到所有產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙全部完成以后才能進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)工作，所有工藝設(shè)計(jì)圖完成后才能進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備和采購(gòu)，生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備和采購(gòu)?fù)瓿珊蟛拍苓M(jìn)行生產(chǎn)。而并行制造則將各有關(guān)流程細(xì)化后進(jìn)行并行交叉，盡早開始各項(xiàng)工作。

通過(guò)分散價(jià)值網(wǎng)絡(luò)上的并行制造，產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備、采購(gòu)、生產(chǎn)等種種活動(dòng)并行交叉進(jìn)行。充分利用信息化和自動(dòng)化的手段，在產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、物流、服務(wù)的過(guò)程中，借助軟件和網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)、交流溝通，根據(jù)最新情況，靈活、實(shí)時(shí)地調(diào)整生產(chǎn)工藝，而不再是完全遵照幾個(gè)月或者幾年前的計(jì)劃。從而，有效實(shí)現(xiàn)靈活性的大幅提升。

未來(lái)，除了研發(fā)設(shè)計(jì)之外，制造業(yè)的各個(gè)工藝流程都將并行化、透明化、扁平化，實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能制造。并行化的智能制造過(guò)程將通過(guò)利用網(wǎng)絡(luò)世界無(wú)限的數(shù)據(jù)和信息資源，突破物理世界資源有限的約束。這樣一來(lái)，可以一邊設(shè)計(jì)研發(fā)、一邊采購(gòu)原材料零部件、一邊組織生產(chǎn)制造、一邊開展市場(chǎng)營(yíng)銷，從而降低了運(yùn)營(yíng)成本、提升了生產(chǎn)效率、縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，也減少了能源使用。