導(dǎo)讀:隨著新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合,許多國家、許多企業(yè)都意識到協(xié)同制造聯(lián)網(wǎng),是代表新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合創(chuàng)新大方向的頂級生態(tài)系統(tǒng)。
【編者按】通過5G等新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合將形成智能化發(fā)展的新興業(yè)態(tài)和應(yīng)用模式。有利于促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施演進(jìn)升級,推動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用從虛擬到實(shí)體、從生活到生產(chǎn)的跨越,極大拓展網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)空間。
未來的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺,既包括生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)材料、生產(chǎn)產(chǎn)品等硬件領(lǐng)域,也包括各種管理軟件、數(shù)據(jù)和服務(wù)領(lǐng)域。信息通信技術(shù)與制造業(yè)深度融合,工業(yè)生產(chǎn)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的趨勢愈發(fā)明顯,數(shù)字化的知識和信息數(shù)據(jù)已成為關(guān)鍵生產(chǎn)要素。
新平臺
美國通用電氣公司(GE)推出的Predix云平臺是一個(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,底部是提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的IaaS層,中間是平臺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)營優(yōu)化服務(wù),每天監(jiān)控和分析來自數(shù)萬億設(shè)備資產(chǎn)上的千萬個(gè)傳感器所發(fā)回的5000萬條大數(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%無故障運(yùn)行。
平臺作為“工業(yè)操作系統(tǒng)”的定位,既對設(shè)備、軟件、用戶、開發(fā)者、數(shù)據(jù)等不同要素的管理與服務(wù)能力,同時(shí)又考慮了平臺的基礎(chǔ)技術(shù)和投入產(chǎn)出要求。其中,平臺資源管理和應(yīng)用服務(wù),重點(diǎn)包括設(shè)備接入、軟件部署、用戶和開發(fā)者管理、數(shù)據(jù)管理、存儲計(jì)算服務(wù)、應(yīng)用開發(fā)服務(wù)、平臺間調(diào)用服務(wù)、安全防護(hù)服務(wù)和新技術(shù)服務(wù)共9個(gè)子項(xiàng);平臺基礎(chǔ)技術(shù)和投入產(chǎn)出能力,涵蓋了平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)、研發(fā)投入、產(chǎn)出效益、應(yīng)用效果和質(zhì)量審計(jì)共6方面內(nèi)容。
新業(yè)態(tài)
5G的商用正好使互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入下半場,消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)深化和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)起步的時(shí)期,也是大數(shù)據(jù)和人工智能的基礎(chǔ),發(fā)現(xiàn)勢頭正旺的時(shí)期,5G生逢其時(shí),將開拓在消費(fèi)領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的新應(yīng)用,5G的再出發(fā)還會出現(xiàn)我們現(xiàn)在還想象不到的新業(yè)態(tài)。例如:制造能力的平臺化,通過將數(shù)據(jù)化的制造資源在平臺上進(jìn)行模塊化部署,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制造能力(工業(yè)設(shè)計(jì)APP、工業(yè)檢測APP、工業(yè)仿真APP等)在線交易。
隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)和實(shí)體系統(tǒng)將緊密聯(lián)系在一起,也就是物聯(lián)網(wǎng)將生產(chǎn)現(xiàn)場的處理器、傳感器連接起來,使得機(jī)器人之間可以進(jìn)行通信,可以互相溝通,形成智能工廠。智能工廠是5G技術(shù)的重要應(yīng)用場景之一。利用5G網(wǎng)絡(luò)將生產(chǎn)設(shè)備無縫連接,并進(jìn)一步打通設(shè)計(jì)、采購、倉儲、物流等環(huán)節(jié),使生產(chǎn)更加扁平化、定制化、智能化,從而構(gòu)造一個(gè)面向未來的智能制造網(wǎng)絡(luò)。在未來智能工廠生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中涉及到物流、上料、倉儲等方案判斷和決策,5G技術(shù)能夠?yàn)橹悄芄S提供全云化網(wǎng)絡(luò)平臺。
精密傳感技術(shù)作用于不計(jì)其數(shù)的傳感器,在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行信息狀態(tài)上報(bào),大量工業(yè)大數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡(luò)收集起來,龐大的數(shù)據(jù)庫開始形成,工業(yè)機(jī)器人結(jié)合云計(jì)算的超級計(jì)算能力進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和精確判斷,給出最佳解決方案。在一些特定場景下,借助5G下的D2D(Device-to-Device,意為:設(shè)備到設(shè)備)技術(shù),物體與物體之間直接通信,進(jìn)一步降低了業(yè)務(wù)端到端的時(shí)延,在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷實(shí)現(xiàn)分流的同時(shí),反應(yīng)更為敏捷。
新趨勢
數(shù)據(jù)是智能工廠的命脈?;谙到y(tǒng)性分析,數(shù)據(jù)將有助于推動各流程順利開展,檢測運(yùn)營失誤,提供用戶反饋。當(dāng)規(guī)模和范圍均達(dá)到一定水平時(shí),數(shù)據(jù)便可用于預(yù)測運(yùn)營和資產(chǎn)利用效率低下的問題,以及采購量和需求量的變動。智能工廠內(nèi)部數(shù)據(jù)可以多種形式存在,且用途廣泛,例如與環(huán)境狀況相關(guān)的離散信息,包括濕度、溫度或污染物。數(shù)據(jù)的收集和處理方式,以及基于數(shù)據(jù)采取相應(yīng)行動才是數(shù)據(jù)發(fā)揮價(jià)值的關(guān)鍵所在。
要實(shí)現(xiàn)智能工廠的有效運(yùn)作,制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)?shù)姆绞匠掷m(xù)創(chuàng)建和收集數(shù)據(jù)流,管理和儲存產(chǎn)生的大量信息,并通過多種可能比較復(fù)雜的方式分析數(shù)據(jù),且基于數(shù)據(jù)采取相應(yīng)行動。
此外,智能制造系統(tǒng)里還有人機(jī)交互,即人和機(jī)器人之間的互動。還有用人工智能驅(qū)動、優(yōu)化產(chǎn)品和流程等。工廠需要做一些預(yù)測性維護(hù)或者是預(yù)測機(jī)器的能耗等等,越來越多的這些功能都可以在智能工廠里實(shí)現(xiàn),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展整體呈現(xiàn)四大特征。
(1)泛在連接。即具備對設(shè)備、軟件、人員等各類生產(chǎn)要素?cái)?shù)據(jù)的全面采集能力。
(2)云化服務(wù)。即實(shí)現(xiàn)基于云計(jì)算架構(gòu)的海量數(shù)據(jù)存儲、管理和計(jì)算。
(3)知識積累。即能夠提供基于工業(yè)知識機(jī)理的數(shù)據(jù)分析能力,并實(shí)現(xiàn)知識的固化、積累和復(fù)用。
(4)應(yīng)用創(chuàng)新。能夠調(diào)用平臺功能及資源,提供開放的工業(yè)APP開發(fā)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)工業(yè)APP創(chuàng)新應(yīng)用。
我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的主要任務(wù)其中有一條就是夯實(shí)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。
推動網(wǎng)絡(luò)改造升級提速降費(fèi)。面向企業(yè)低時(shí)延、高可靠、廣覆蓋的網(wǎng)絡(luò)需求,大力推動工業(yè)企業(yè)內(nèi)外網(wǎng)建設(shè)。加快推進(jìn)寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與改造,擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍,優(yōu)化升級國家骨干網(wǎng)絡(luò)。
信息化革命愈演愈烈,機(jī)器設(shè)備、人和產(chǎn)品等制造元素不再是獨(dú)立的個(gè)體,它們通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)緊密聯(lián)系在一起,實(shí)現(xiàn)更協(xié)調(diào)和高效的制造系統(tǒng)。
在5G網(wǎng)絡(luò)的連接下,智能工廠成為了各項(xiàng)智能技術(shù)的應(yīng)用平臺。除了上述四類技術(shù)的運(yùn)用,智能工廠有望與未來多項(xiàng)先進(jìn)科技相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)資源利用、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)收益的最大化。
例如借助5G高速網(wǎng)絡(luò),采集關(guān)鍵裝備制造、生產(chǎn)過程、能源供給等環(huán)節(jié)的能效相關(guān)數(shù)據(jù),使用能源管理系統(tǒng)對能效相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析,及時(shí)發(fā)現(xiàn)能效的波動和異常,在保證正常生產(chǎn)的前提下,相應(yīng)地對生產(chǎn)過程、設(shè)備、能源供給及人員等進(jìn)行調(diào)整,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的能效提高;使用ERP(Enterprise Resource Planning,意為:企業(yè)資源計(jì)劃)進(jìn)行原材料庫存管理,包括各種原材料及供應(yīng)商信息。當(dāng)客戶訂單下達(dá)時(shí),ERP自動計(jì)算所需的原材料,并且根據(jù)供應(yīng)商信息即時(shí)計(jì)算原材料的采購時(shí)間,確保在滿足交貨時(shí)間的同時(shí)做到庫存成本最低甚至為零。
因此,5G時(shí)代的智能工廠將大幅改善勞動條件,減少生產(chǎn)線人工干預(yù),提高生產(chǎn)過程可控性,最重要的是借助于信息化技術(shù)打通企業(yè)的各個(gè)流程,實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到銷售各個(gè)環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通,并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)資源的整合優(yōu)化,從而進(jìn)一步提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
5G能支持1000億級別物的連接,并提供工業(yè)級的可靠性和實(shí)時(shí)性,這些能力使得5G能成為支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略順利實(shí)施的關(guān)鍵基礎(chǔ)。
傳統(tǒng)制造業(yè)時(shí)代,材料、能源和信息是工廠生產(chǎn)的三個(gè)要素。傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)展的歷史,就是工廠利用材料、能源和信息進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)的歷史。材料、能源和信息領(lǐng)域的任何技術(shù)革命,必然導(dǎo)致生產(chǎn)方式的革命和生產(chǎn)力的飛躍發(fā)展。
但是,隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)到智能手機(jī)等移動終端的演進(jìn),越來越多功能強(qiáng)大的智能設(shè)備以無線方式實(shí)現(xiàn)了與互聯(lián)網(wǎng)或設(shè)備之間的互聯(lián)。由此衍生出物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng),推動著物理世界和信息世界以信息物理系統(tǒng)(CPS)的方式相融合。也可以說,是這種技術(shù)進(jìn)步使得制造業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了資源、信息、物品、設(shè)備和人的互通互聯(lián)。
而未來,通過互通互聯(lián),云計(jì)算、大數(shù)據(jù)這些新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),和以前的自動化的技術(shù)結(jié)合在一起,生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)縱向系統(tǒng)上的融合,生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)備之間,工人與設(shè)備之間的合作,把整個(gè)工廠內(nèi)部的聯(lián)結(jié)起來,形成信息物理系統(tǒng),互相之間可以合作、可以響應(yīng),能夠開展個(gè)性化的生產(chǎn)制造,可以調(diào)整產(chǎn)品的生產(chǎn)率,還可以調(diào)整利用資源的多少、大小,采用最節(jié)約資源的方式。
5G網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)橹悄苤圃焐a(chǎn)應(yīng)用提供端到端定制化的網(wǎng)絡(luò)支撐。5G網(wǎng)絡(luò)可以達(dá)到低至1ms的端到端通信時(shí)延,并且支持99.99%的連接可靠性,強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)能力能夠極大滿足智能制造生產(chǎn)對時(shí)延和可靠性的挑戰(zhàn)。在智能制造生產(chǎn)場景中,需要機(jī)器人有自組織和協(xié)同的能力來滿足柔性生產(chǎn)。智能制造需要設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接到云端,基于超高計(jì)算能力的平臺,并通過大數(shù)據(jù)和人工智能對生產(chǎn)制造過程進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算控制。
通過企業(yè)將大量運(yùn)算功能和數(shù)據(jù)存儲功能移到云端,這將大大降低設(shè)備的硬件成本和功耗。并且為了滿足柔性制造的需求,機(jī)器人需要滿足可自由移動的要求。因此在智能制造生產(chǎn)過程中,需要無線通信網(wǎng)絡(luò)具備極低時(shí)延和高可靠的特征。
隨著新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合,許多國家、許多企業(yè)都意識到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是未來工業(yè)的頂級生態(tài)系統(tǒng),將對未來工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生全方位、深層次、革命性影響。未來的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通過系統(tǒng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全三大功能體系,打造人、機(jī)、物全面互聯(lián)的新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,既包括生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)材料、生產(chǎn)產(chǎn)品等硬件領(lǐng)域,也包括各種管理軟件、數(shù)據(jù)和服務(wù)領(lǐng)域,通過5G等新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合將形成智能化發(fā)展的新興業(yè)態(tài)和應(yīng)用模式。
有利于促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施演進(jìn)升級,推動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用從虛擬到實(shí)體、從生活到生產(chǎn)的跨越,極大拓展網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)空間。