中國工程院院士鄔賀銓
——企業(yè)信息化是一場革命

本刊記者 杜悅英

“企業(yè)信息化是一場革命，大數(shù)據(jù)、智能化、移動互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算及物聯(lián)網(wǎng)的興起，助力企業(yè)信息化發(fā)展到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)階段。對于企業(yè)來說，管理創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上?！比涨?，在由國務(wù)院發(fā)展研究中心指導(dǎo)，國務(wù)院發(fā)展研究中心信息中心、中國發(fā)展出版社、騰訊公司聯(lián)合主辦，國研文化傳媒股份有限公司（國研智庫）承辦的“互聯(lián)網(wǎng)+”支撐環(huán)境建設(shè)研討會上，中國工程院院士、京津冀協(xié)同發(fā)展專家委員會副組長鄔賀銓做出上述表示。在本次會議上，他做了題為《從“互聯(lián)網(wǎng)+”先進(jìn)制造到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)》的主題演講，為中國企業(yè)信息化建設(shè)點(diǎn)明了路徑。

新階段，新技術(shù)，新趨勢

鄔賀銓說，從研發(fā)設(shè)計(jì)到倉儲物流，從企業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈到產(chǎn)品的全生命周期，信息化技術(shù)正在給中國企業(yè)帶來巨變。企業(yè)信息化歷程經(jīng)歷了流程電子化、管理數(shù)字化、生產(chǎn)自動化、企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化、企業(yè)智能化幾個(gè)階段。

流程電子化包括財(cái)務(wù)電算化、辦公自動化、門戶網(wǎng)站化；管理數(shù)字化包括產(chǎn)品壽命管理、供應(yīng)鏈管理、企業(yè)資源規(guī)劃、客戶關(guān)系管理、物流倉儲管理；生產(chǎn)自動化包括監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、分布控制系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造；企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化包括電子商務(wù)、協(xié)同制造、產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云制造；企業(yè)智能化包括大數(shù)據(jù)、人工智能、信息－物理系統(tǒng)、價(jià)值鏈管理、生態(tài)鏈管理。

王東海 攝

“從互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，從物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)際上是不一樣的。”鄔賀銓說，互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相比較，互聯(lián)網(wǎng)以面向人為主，全球聯(lián)網(wǎng)，終端為PC、手機(jī)等，時(shí)延不敏感，可靠性一般，安全性一般。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以面向物為主，企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，終端品種很多，時(shí)延敏感，高可靠性，高安全性。

物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相比較，物聯(lián)網(wǎng)是傳感網(wǎng)架構(gòu)，以感知為主，通常對時(shí)間同步不敏感，但通常對功耗敏感，有廣域工作要求，由政府或業(yè)主運(yùn)營管理。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是云計(jì)算架構(gòu)，以控制為主，對時(shí)間同步敏感，通常對功耗不敏感，通常無廣域工作要求，由企業(yè)運(yùn)營管理。

德國提出工業(yè)4.0，工業(yè)1.0是機(jī)械化，工業(yè)2.0是電動化，工業(yè)3.0是自動化，工業(yè)4.0是智能化。工業(yè)4.0是制造業(yè)+互聯(lián)網(wǎng)，產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)長入產(chǎn)業(yè)，智能機(jī)器、先進(jìn)分析工具、人機(jī)交互共同來支撐產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。“互聯(lián)網(wǎng)+”的范圍比產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更大，除了產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，還包括消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)和政務(wù)互聯(lián)網(wǎng)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的CPS（信息物理系統(tǒng)）模型，從頂向下包括數(shù)據(jù)服務(wù)層（工業(yè)數(shù)據(jù)集成平臺，包括云計(jì)算、大數(shù)據(jù)，工業(yè)APP等服務(wù)），企業(yè)管理層（供應(yīng)鏈管理、企業(yè)資源計(jì)劃、生命周期管理、物流倉儲管理），運(yùn)營管理層（產(chǎn)品研發(fā)仿真、生產(chǎn)過程仿真；制造執(zhí)行系統(tǒng)，包括排產(chǎn)、管理、物料、生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備），現(xiàn)場控制層（包括監(jiān)控系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)、其他現(xiàn)場控制系統(tǒng)；控制器、傳感器、執(zhí)行器等新型智能設(shè)備、儀器儀表、傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備及其他設(shè)備）。

工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)字化，過去是單一環(huán)節(jié)的數(shù)字化，現(xiàn)在則是覆蓋制造全過程的數(shù)字化。數(shù)字化制造是跨過所制造的產(chǎn)品生命周期的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的集合和應(yīng)用，基于實(shí)時(shí)的信息作出更快和更好的決策。

鄔賀銓說，未來產(chǎn)品價(jià)值變化有三大趨勢：硬件創(chuàng)造的價(jià)值體現(xiàn)在軟件，網(wǎng)絡(luò)連接的價(jià)值轉(zhuǎn)向云，商業(yè)模式的價(jià)值從產(chǎn)品轉(zhuǎn)向服務(wù)。其中云架構(gòu)包括：知識即服務(wù)，數(shù)據(jù)即服務(wù)，軟件即服務(wù)，平臺即服務(wù)，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)。

四個(gè)層面詳解應(yīng)用場景

從生產(chǎn)現(xiàn)場級、車間級、工廠級、企業(yè)級四個(gè)層面，鄔賀銓詳細(xì)介紹了企業(yè)信息化應(yīng)用的最新技術(shù)及發(fā)展趨勢。

在生產(chǎn)現(xiàn)場級應(yīng)用層面，2016年通過了NB-IOT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）國際標(biāo)準(zhǔn)，窄帶物聯(lián)網(wǎng)具有廣覆蓋（比GSM覆蓋大100倍）、大連接（單扇區(qū)支持10萬連接）、低功耗（待機(jī)長達(dá)10年）、低成本（模塊目標(biāo)成本1美元）的特點(diǎn)，適于工業(yè)應(yīng)用。

同時(shí)，機(jī)器人在生產(chǎn)中的應(yīng)用將越來越廣泛。以浙江省為例，到2020年，該省企業(yè)使用機(jī)器人的數(shù)量將達(dá)到10萬臺。此外，自動生產(chǎn)線將越來越多，目前特斯拉生產(chǎn)線有數(shù)百臺機(jī)器人。

在車間級應(yīng)用層面，首先值得關(guān)注的是增材制造。傳統(tǒng)的制造通過切削等將大塊原料加工為產(chǎn)品，屬于“減法制造”。3D打印將擬加工的產(chǎn)品虛擬切成多層2D平面圖，通過一個(gè)“打印機(jī)”，將材料層層疊加，通過激光燒結(jié)等方式便成為產(chǎn)品。3D打印是“加法制造”，其優(yōu)勢在于縮短新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，適應(yīng)個(gè)性化生產(chǎn)。

車間級應(yīng)用的第二方面是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，通過數(shù)控車床、智能儀器儀表、現(xiàn)場總線儀表以及工業(yè)以太網(wǎng)、對象的連接與嵌入過程控制服務(wù)器（OPC）、監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）服務(wù)器等，收集數(shù)據(jù)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫，通過操作員站實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、生產(chǎn)管理、調(diào)度管理。

車間級應(yīng)用的第三方面是企業(yè)網(wǎng)通信技術(shù)，相關(guān)技術(shù)一直在演進(jìn)。1984年，現(xiàn)場總線的概念正式提出，現(xiàn)場總線精簡了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，簡化了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)、檢修維護(hù)，但世界范圍內(nèi)至今沒有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，交互兼容性差。

現(xiàn)場總線之后是以太網(wǎng)技術(shù)，傳統(tǒng)以太網(wǎng)使用廣泛，它采用CSMA/CD（載波征聽/碰撞避免）方式來避免共享總線的各節(jié)點(diǎn)沖突，傳送時(shí)間是不確定的，適用于辦公自動化而不適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，工業(yè)上節(jié)點(diǎn)多重發(fā)效率太低，實(shí)時(shí)性差。

由以太網(wǎng)發(fā)展而來的工業(yè)以太網(wǎng)，從高速（100M/1Gbps）、交換機(jī)和同步機(jī)制三方面來保證實(shí)時(shí)性和可靠性。工業(yè)以太網(wǎng)有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，如西門子的Profinet、施耐德的ModbusTCP/IP、羅克韋爾的Ethernet/IP、還有EtherCAT、POWERLINK、CC-Link等，在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議基礎(chǔ)上改進(jìn)，但互不兼容，造成了市場割據(jù)。

目前最新的技術(shù)是時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN），通過使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的組件，改進(jìn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，基于服務(wù)質(zhì)量（QOS）等級確定傳輸優(yōu)先權(quán)，可在此底層的通用架構(gòu)上跨越車間級、工廠級、企業(yè)級等多層級的直接通信，真正實(shí)現(xiàn)操作技術(shù)（OT）和信息技術(shù)（IT）的融合。

我國提出的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（EPA——對應(yīng)國標(biāo)GB/T20171-2006），是工業(yè)自動化領(lǐng)域由中國主持的首個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)（IEC61158/Type14）。EPA可用在各種傳輸介質(zhì)、各類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、各種業(yè)務(wù)。采用IEEE1588精確時(shí)鐘同步技術(shù)，將各節(jié)點(diǎn)同步精度控制在5μs以內(nèi)，可支持等時(shí)同步業(yè)務(wù)。

時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的核心組件之一“時(shí)間感知調(diào)度器（TAS）”，利用以太網(wǎng)報(bào)頭的虛擬局域網(wǎng)標(biāo)簽中的服務(wù)類型優(yōu)先級來區(qū)分高優(yōu)先級流量和后臺流量。基于服務(wù)類型（CoS）優(yōu)先級和傳輸時(shí)間來調(diào)度常規(guī)以太網(wǎng)幀的數(shù)據(jù)傳輸，提供搶占功能，可以在信息傳輸?shù)臅r(shí)候讓高優(yōu)先級的幀打斷低優(yōu)先級的幀，最大限度地降低高優(yōu)先級信息流的延遲。

在工廠級應(yīng)用層面，需要制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。MES位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)，它為操作人員/管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源（人、設(shè)備、物料、客戶需求等）的當(dāng)前狀態(tài)。與企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）相比，MES是現(xiàn)場作業(yè)級系統(tǒng)，ERP是業(yè)務(wù)管理級系統(tǒng)；MES是ERP在生產(chǎn)現(xiàn)場的細(xì)化，是對ERP計(jì)劃的監(jiān)控和反饋。

這一領(lǐng)域的一個(gè)新技術(shù)是數(shù)字雙胞胎（Digital Twin），它是借助安裝在物理對象上的傳感器數(shù)據(jù)來映射產(chǎn)品實(shí)時(shí)狀態(tài)、工作條件或位置，獲得物理對象的屬性及狀態(tài)的最新和準(zhǔn)確的鏡像，可用于監(jiān)測、診斷和預(yù)測。

過去金字塔結(jié)構(gòu)（從下往上分別為：現(xiàn)場級（現(xiàn)場總線）、控制級（工業(yè)以太網(wǎng)）、過程管理級（以太網(wǎng)）、企業(yè)級（互聯(lián)網(wǎng)））將復(fù)雜的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序分解為多重功能級別。很少看到跨越多個(gè)階層的直接通訊，這一結(jié)構(gòu)雖嚴(yán)謹(jǐn)?shù)粔蜢`活。TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）實(shí)現(xiàn)了IT（信息技術(shù)）和OT（操作技術(shù)）的融合，從現(xiàn)場級到高速實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)到云計(jì)算，淡化了現(xiàn)場層、控制層、管理層等層級的劃分，MES制造執(zhí)行系統(tǒng)有可能整體消失，作為子集融入其他IT軟件系統(tǒng)和云服務(wù)。

企業(yè)級應(yīng)用層面，首先，企業(yè)離不開倉儲與物流，倉儲與物流自動化十分重要。鄔賀銓說，2013年全國平均自動化立體倉儲系統(tǒng)普及率在20%左右，而發(fā)達(dá)國家平均普及率達(dá)到80%左右，2014年我國倉儲物流總費(fèi)用占GDP比重5.8%，而美國僅占GDP的2.7%。機(jī)器人分揀系統(tǒng)對貨單識別準(zhǔn)確率達(dá)到99.99%，每小時(shí)處理包裹可達(dá)2萬單，可減少日常倉內(nèi)作業(yè)人員70%。

企業(yè)級應(yīng)用的第二個(gè)方面是設(shè)計(jì)制造軟件。1972年阿波羅登月飛行器軟件僅有4K代碼，高鐵的列控軟件有數(shù)百萬行代碼，雪佛蘭、奔馳等汽車軟件規(guī)模達(dá)到1000萬行到1億行代碼，空客飛機(jī)軟件則有10億行代碼，PC的Windows7操作系統(tǒng)超過3000萬行代碼，蘋果IOS和安卓手機(jī)操作系統(tǒng)軟件也有上百萬行代碼，傳感器有10K代碼。

波音飛機(jī)公司設(shè)計(jì)與制造飛機(jī)需要使用8000多種軟件，但僅有1/8是外購商用軟件，其他軟件為自行開發(fā)，可見波音也是軟件公司。西門子有超過1.7萬名軟件人員，聲稱是歐洲第二大軟件公司。豐田、菲亞特和尼桑通過網(wǎng)絡(luò)與設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)工程師快速共享數(shù)據(jù)，對不同設(shè)計(jì)部件及供應(yīng)商的選擇并仿真，使新產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間減少30%－50%。

企業(yè)級應(yīng)用的第三個(gè)方面是眾包設(shè)計(jì)，聚智創(chuàng)新。鄔賀銓舉例說，GE公司在網(wǎng)上公布了噴氣式發(fā)動機(jī)托架設(shè)計(jì)要求及3D打印的設(shè)計(jì)工具，鼓勵(lì)創(chuàng)客社區(qū)參與設(shè)計(jì)，收到來自56個(gè)國家/地區(qū)將近700件設(shè)計(jì)作品，勝出的設(shè)計(jì)將產(chǎn)品重量減輕了85%。世界第一臺眾包汽車FIAT Mio，全球17000多名參加者為設(shè)計(jì)和開發(fā)及商標(biāo)貢獻(xiàn)了超過11000件創(chuàng)意和方案，許多都是由志愿者提供。在海爾公司，企業(yè)是平臺，員工是創(chuàng)客，用戶是中心，用戶也是設(shè)計(jì)者和開發(fā)者。

企業(yè)級應(yīng)用的第四個(gè)方面是大數(shù)據(jù)挖掘，包括數(shù)據(jù)源（數(shù)據(jù)資源管理）、大數(shù)據(jù)平臺和大數(shù)據(jù)應(yīng)用。大數(shù)據(jù)應(yīng)用包括數(shù)據(jù)可視化（文本可視化，網(wǎng)絡(luò)可視化，時(shí)空數(shù)據(jù)可視化，多維數(shù)據(jù)可視化，可視分析的交互）、智能BI（大數(shù)據(jù)化的BI，與典型行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合分析）、數(shù)據(jù)挖掘（機(jī)器學(xué)習(xí)，人工智能，模式識別，聚類分析，知識探索，關(guān)聯(lián)關(guān)系）、安全與隱私保護(hù)（訪問控制，匿名技術(shù)，數(shù)據(jù)挖掘過程中的隱私保護(hù)，云存儲審計(jì)，數(shù)據(jù)存儲加密）。

企業(yè)級應(yīng)用的第五個(gè)方面是人工智能（AI）。經(jīng)過60年的發(fā)展，人工智能已經(jīng)擁有計(jì)算能力、模仿能力、學(xué)習(xí)能力、分析能力。2017年10月，擁有1臺設(shè)備、4TPU，經(jīng)過三天時(shí)間自學(xué)圍棋規(guī)則的Alpha Zero在和擁有多臺設(shè)備、48TPU，經(jīng)過三個(gè)月人工訓(xùn)練的AlphaGo對弈時(shí)，以100∶0的大比分勝出，這說明機(jī)器學(xué)習(xí)的效果隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的加深而提升。2016年10月，美國發(fā)布了國家人工智能研發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃，指出人工智能具有變革我們生活、工作、學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)和交往的潛力，它的研究能夠增加國家優(yōu)勢，包括繁榮經(jīng)濟(jì)、改進(jìn)教育機(jī)會與生活質(zhì)量，增強(qiáng)國家安全。Gartner公司預(yù)計(jì)未來十年幾乎每一應(yīng)用都將含一定的AI，IDC公司預(yù)計(jì)到2019年30%的數(shù)字化轉(zhuǎn)型由AI來支持，瑞銀公司預(yù)測2020年全球AI市場可達(dá)1800億美元。

企業(yè)級應(yīng)用的第六個(gè)方面是基于區(qū)塊鏈的合同與支付管理。區(qū)塊是包含帶時(shí)間戳的數(shù)字資產(chǎn)交易信息的數(shù)據(jù)塊。區(qū)塊鏈（Block Chain）是由密碼關(guān)聯(lián)的區(qū)塊串組成的分布式數(shù)據(jù)庫，也被稱為分布式賬本。

鄔賀銓說，一旦信息經(jīng)過驗(yàn)證并添加到區(qū)塊鏈就會永久地儲存，區(qū)塊鏈的賬本復(fù)制到多個(gè)位置，所有當(dāng)前參與的節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)交易及區(qū)塊鏈，實(shí)現(xiàn)分布式記賬，因此區(qū)塊鏈的穩(wěn)定性與可靠性很高。

“互聯(lián)網(wǎng)+”先進(jìn)制造的挑戰(zhàn)與未來

鄔賀銓在演講中還談到，當(dāng)前“互聯(lián)網(wǎng)+”先進(jìn)制造面臨六大挑戰(zhàn)。一是我國在智能制造方面技術(shù)上仍有不少差距。二是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)面臨信息安全與網(wǎng)絡(luò)安全的挑戰(zhàn)。三是消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)雖然有用戶數(shù)十億，但存在共性化，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)隨行業(yè)的不同而不同，甚至同一行業(yè)也因企業(yè)而不同，差異化很大。四是企業(yè)信息化不是靠錢就能買得來，需要提供一攬子解決方案，需要有服務(wù)支持隊(duì)伍。五是缺乏既懂得信息技術(shù)、又了解企業(yè)流程的人才。六是企業(yè)信息化是一場革命，需要企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者下決心推動。

鄔賀銓表示，大數(shù)據(jù)、智能化、移動互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算及物聯(lián)網(wǎng)的興起，助力企業(yè)信息化發(fā)展到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)階段。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以智慧工廠為目標(biāo)，覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈和全生命周期及跨企業(yè)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)“兩化”（信息化和工業(yè)化）深度融合發(fā)展。他說，中國企業(yè)信息化發(fā)展不充分、不平衡，不同程度的企業(yè)可以分步實(shí)施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，前提是要有開放的標(biāo)準(zhǔn)和全局觀念的頂層設(shè)計(jì)及重視網(wǎng)絡(luò)安全。同時(shí)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推動企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，需要企業(yè)流程再造來適應(yīng)，“管理創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上”。