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工業(yè)4.0時(shí)代！我國(guó)制造業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)

    在眾多的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，毋庸置疑其中一個(gè)很大的受益行業(yè)是制造業(yè)。在2017年8月15日的IHSMarkit物聯(lián)網(wǎng)研討會(huì)上，IHSMarkit資深分析師WilmerZhou跟大家分享了題目為”制造業(yè)轉(zhuǎn)型：一個(gè)全新的數(shù)字化制造世界”的演講，助您更好的了解制造業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)。

　　制造業(yè)革命可以分成從1.0到4.0的四個(gè)階段。從工業(yè)1.0，以英國(guó)的紡織制造業(yè)為代表；到工業(yè)2.0：代表性的行業(yè)是汽車制造業(yè)；再到工業(yè)3.0：自動(dòng)化和信息化的融合，自動(dòng)化代表性的產(chǎn)品是工業(yè)機(jī)器人和PLC等自動(dòng)化產(chǎn)品，信息化代表性的方案是ERP和MES等；再演變到現(xiàn)在的工業(yè)4.0：代表性的概念是CPS。不管是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還是工業(yè)4.0，都在探索未來(lái)的制造業(yè)發(fā)展路徑，比如從大規(guī)模制造向大規(guī)模定制發(fā)展，從集中式的制造向分布式制造發(fā)展，還有制造業(yè)的服務(wù)化等等。我們不應(yīng)該被工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的定義所束縛，凱文凱利說(shuō)過(guò)，屬于20年后最偉大的產(chǎn)品還沒有被發(fā)現(xiàn)。同樣，我們目前對(duì)工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的所知估計(jì)也不超過(guò)20年后真實(shí)的工業(yè)4.0的5%。

　　工業(yè)4.0時(shí)代的一些特征：

　　1.更多更智能的傳感器被加裝到設(shè)備上；

　　2.更緊密的連接：從工廠現(xiàn)場(chǎng)總線，工業(yè)以太網(wǎng)的連接到工業(yè)云的鏈接：

　　3.工業(yè)大數(shù)據(jù)：工業(yè)大數(shù)據(jù)比消費(fèi)大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量更大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，實(shí)時(shí)性和精確性要求更高

　　4.人機(jī)界面更加友好，更加人性化，很多消費(fèi)電子產(chǎn)品，比如PAD，智能手機(jī)和Google眼鏡在工廠得到應(yīng)用；

　　5.人機(jī)協(xié)作：機(jī)器人從籠子里解放出來(lái)，與人一起協(xié)作；

　　前三次工業(yè)革命都是后來(lái)人總結(jié)的，而工業(yè)4.0是正在發(fā)生的現(xiàn)實(shí)。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，從3.0到4.0更像是進(jìn)化而不是革命。設(shè)備更智能，連接更緊密，數(shù)據(jù)量更大，更加人性化，更加友好等等，并沒有殺手級(jí)的應(yīng)用和顛覆性的技術(shù)。

　　只緣身在此山中，我們對(duì)正在發(fā)生的工業(yè)4.0革命只感受到量變沒感受到質(zhì)變是非常正常的。工業(yè)3.0向工業(yè)4.0的進(jìn)化，雖然技術(shù)上只是原有技術(shù)的融合和演化，但20年之后再回頭看實(shí)際效果，我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)工業(yè)4.0是一場(chǎng)正在發(fā)生的革命。

　　傳統(tǒng)的工廠架構(gòu)和4.0時(shí)代的工廠架構(gòu)的區(qū)別：

　　1.傳統(tǒng)自動(dòng)化工廠的架構(gòu)是金字塔架構(gòu)；從底層傳感器，執(zhí)行器到各種設(shè)備，再到控制器，PLC，IPC，再上層是SCADA系統(tǒng)，最上層是工廠管理層，包括ERP和生產(chǎn)制造MES系統(tǒng)；

　　2.簡(jiǎn)化來(lái)看，工業(yè)自動(dòng)化可以分成三層架構(gòu)：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，控制通訊層和工廠管理層，這個(gè)三層架構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)的感知層，傳輸層和應(yīng)用層其實(shí)是類似的。在這個(gè)金字塔架構(gòu)中，各種器件通過(guò)PLC進(jìn)行控制，PLC再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)，將信息和數(shù)據(jù)傳到云端。

　　目前，這樣的傳統(tǒng)架構(gòu)正在發(fā)生變化，第一個(gè)變化就是傳統(tǒng)的金字塔架構(gòu)正在網(wǎng)絡(luò)化和云化，一些功能比如SCADA已經(jīng)開始被集成到云端，這就是云計(jì)算在工業(yè)上的應(yīng)用。另外一個(gè)變化就是邊緣計(jì)算，越來(lái)越多的終端設(shè)備具備更強(qiáng)的計(jì)算能力；一些開放的協(xié)議，比如OPCUA和IO-LINK也開始大量運(yùn)用。

　　工業(yè)的工廠架構(gòu)從工業(yè)3.0到工業(yè)4.0的變化：

　　1．工業(yè)3.0時(shí)代，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層計(jì)算資源有限，主要的計(jì)算資源集中在控制器端和工廠管理端，而工業(yè)4.0時(shí)代，分布式控制的嵌入式系統(tǒng)，CPS系統(tǒng)有了更多的智能計(jì)算資源和邊緣計(jì)算能力；

　　2．控制層：3.0時(shí)代，流程工業(yè)由中央集中控制型的SCADA控制，而不同設(shè)備有廠商專屬的的通訊協(xié)議，設(shè)備之間有不同陣營(yíng)的通訊協(xié)議，設(shè)備之間，產(chǎn)線之間的互操作性很差；工業(yè)4.0時(shí)代有更加開放的總線協(xié)議，比如OPCUA和IOLink，支持實(shí)時(shí)的，互操作性更強(qiáng)的，更加安全的傳感器和云連接；

　　3．工廠管理層：3.0時(shí)代數(shù)據(jù)收集上來(lái)需要人再做判斷和決策，而4.0時(shí)代，數(shù)據(jù)收集上來(lái)后，因?yàn)樵O(shè)備和系統(tǒng)具備自適應(yīng)，自決策，自判斷等能力，人工智能可以對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析判斷；工業(yè)3.0時(shí)代的IT和OT是分開的，很難連接的，設(shè)備之間是信息孤島，工序之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)有斷層，部門之間信息也很難共享。從投入方式來(lái)看，工業(yè)3.0主要是固定資產(chǎn)投入，工業(yè)4.0轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)營(yíng)投入。

　　IHSMarkit對(duì)于工業(yè)云和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在用戶端的使用情況作了一些調(diào)查。客戶最大的憂慮是網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。比如，客戶會(huì)問(wèn)公司的生產(chǎn)制造等重要數(shù)據(jù)信息放在第三方會(huì)安全嗎？客戶擔(dān)心的第二個(gè)問(wèn)題是新瓶裝舊酒?？蛻魰?huì)認(rèn)為所謂的工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和產(chǎn)品都是舊的，只是換了一個(gè)吸引眼球的新詞匯而已。廠商的目的只是換一種方式買產(chǎn)品，買設(shè)備，買解決方案而已。這樣的想法有一定道理，對(duì)于我們正在進(jìn)行的智能制造項(xiàng)目和所謂的示范工程我們的確需要三思而后行。

　　從工業(yè)4.0或者工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的參與者來(lái)看，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈比較長(zhǎng)，從上游的芯片廠商到自動(dòng)化產(chǎn)品廠商，再到OT廠商和IT廠商，每一家企業(yè)都能提供專門的知識(shí)和Know-how。最近幾年的漢諾威工業(yè)展專門設(shè)置了數(shù)字工廠展廳，有很多IT和軟件企業(yè)參展，比如微軟，SAP，亞馬遜，PTC，Oracle等。另外，客戶也參與到上游的軟硬件甚至平臺(tái)運(yùn)營(yíng)中來(lái)，比如海爾就在打造自己的工業(yè)制造解決方案。

    另外一個(gè)明顯的趨勢(shì)就是很多公司都想打造平臺(tái)，我們預(yù)計(jì)制造業(yè)也將像手機(jī)一樣，誕生為制造業(yè)服務(wù)的的操作系統(tǒng)。目前宣稱自己正在打造工業(yè)云或者制造業(yè)的操作系統(tǒng)的公司很多，主要有以下幾種：一種是基礎(chǔ)設(shè)施的平臺(tái)，比如微軟Azure，AmazonAWS，阿里巴巴的阿里云，他們基本上是提供的IAAS服務(wù)；第二種是工業(yè)云平臺(tái)，主要做工業(yè)制造業(yè)的設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)，數(shù)據(jù)信息管理等，比如GEPredix和西門子MindShphese，國(guó)內(nèi)還有徐工工業(yè)云和三一根云，這些工業(yè)云平臺(tái)提供垂直行業(yè)的設(shè)備維護(hù)運(yùn)維等PAAS服務(wù)；還有一種是物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，主要提供工具，SDK，API等，可以幫助客戶建立自己的工業(yè)云，比如PTCThingworx，機(jī)智云等；第二和第三種的界限比較模糊，比如西門子MindShpere，既是工業(yè)云平臺(tái)，又是物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。除了以上三類，其實(shí)還有一些底層算法平臺(tái)和技術(shù)平臺(tái)。和手機(jī)行業(yè)一樣，平臺(tái)之間一定會(huì)整合，市場(chǎng)上容納不了這么多的平臺(tái)，但由于工業(yè)制造行業(yè)種類眾多，不同的細(xì)分行業(yè)一定會(huì)有一些細(xì)分的行業(yè)平臺(tái)。

　　大型的高價(jià)值的設(shè)備既有一次性的資本性投入，又有設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用，比如半導(dǎo)體設(shè)備和液晶顯示生產(chǎn)設(shè)備，購(gòu)買設(shè)備的支出非常高，同時(shí)做overhaul的維護(hù)成本也非常的高。制造業(yè)的商業(yè)模式正在從賣產(chǎn)品過(guò)渡到買方案，賣服務(wù)；通過(guò)提供專業(yè)的服務(wù)，廠商和客戶的關(guān)系更加緊密。

　　建筑機(jī)械市場(chǎng)波動(dòng)非常大，中國(guó)建筑機(jī)械市場(chǎng)經(jīng)歷2011年的暴漲后，持續(xù)了好幾年的慘淡經(jīng)營(yíng)，直到2016年下半年由于一帶一路政策的拉動(dòng)作用，建筑機(jī)械廠商業(yè)績(jī)才開始大幅度回暖，大起大落的銷售很難預(yù)測(cè)，對(duì)廠商來(lái)說(shuō)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)很大。另外國(guó)內(nèi)的建筑機(jī)械市場(chǎng)日益飽和，市場(chǎng)上現(xiàn)有的建筑機(jī)械數(shù)量驚人，很多業(yè)主選擇租賃而不是購(gòu)買設(shè)備，促使建筑機(jī)械廠商轉(zhuǎn)變商業(yè)模式，開始開發(fā)售后的機(jī)械服務(wù)市場(chǎng)。

　　工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不僅為大公司打造服務(wù)平臺(tái)提供了機(jī)會(huì)，也為中小型的公司創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)。電機(jī)和軸承是非常傳統(tǒng)的產(chǎn)品，通過(guò)在這些產(chǎn)品上安裝傳感器，監(jiān)測(cè)震動(dòng)情況可以做在線監(jiān)控，預(yù)測(cè)性維護(hù)，失效預(yù)測(cè)等。這些傳感器可以很方便的將收集到的數(shù)據(jù)上傳到云端，成為平臺(tái)的重要一員。不能做平臺(tái)，就被平臺(tái)化，被平臺(tái)化說(shuō)明小公司也有價(jià)值。

　　資產(chǎn)維護(hù)有很多層次，最初級(jí)的層次是應(yīng)急維修服務(wù)，這曾經(jīng)也是我們制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)之一。再上一層是定期巡檢和定期更換，比如電梯巡檢，半年或者一年檢查一次，但兩次檢查的間隔中間會(huì)有問(wèn)題，定期更換的維護(hù)費(fèi)用也是很昂貴的。更進(jìn)一步是在線狀態(tài)監(jiān)控，主要通過(guò)傳感器在線遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行情況，當(dāng)監(jiān)測(cè)到設(shè)備工作狀態(tài)不好的時(shí)候就報(bào)警，但這樣的方式也是事后補(bǔ)救維修。

　　而預(yù)測(cè)性維護(hù)可以通過(guò)大數(shù)據(jù)積累設(shè)備運(yùn)行情況預(yù)判將要發(fā)生失效的時(shí)間，這樣工廠就可以防患于未然，提前派出工程師去處理，減少工廠停機(jī)時(shí)間，減少損失。如果說(shuō)狀態(tài)監(jiān)控是處理What的問(wèn)題，那么預(yù)測(cè)性的維護(hù)處理What和When的問(wèn)題。在預(yù)測(cè)性維護(hù)階段Why和How這類問(wèn)題需要有經(jīng)驗(yàn)的人進(jìn)行判斷和處理，但是在PrescriptiveMaintenance階段，整個(gè)工廠系統(tǒng)通過(guò)人工智能，機(jī)器學(xué)習(xí)，云計(jì)算等技術(shù)手段，具備一定的認(rèn)知能力，思考能力，不但能給出信息建議，還能對(duì)信息做出適當(dāng)?shù)姆答仯刮磥?lái)的工廠系統(tǒng)成為自感知，自適應(yīng)，自決策的智能CPS系統(tǒng)。PrescriptiveMaintenance將能夠處How，Who和Why的問(wèn)題。將會(huì)知道事故為什么會(huì)發(fā)生，并判斷應(yīng)該怎樣處理，派誰(shuí)來(lái)處理，工作流程和順序應(yīng)該怎樣？

　　另外，在PrescriptiveMaintenance階段，資產(chǎn)管理不但會(huì)和整個(gè)工廠的數(shù)字系統(tǒng)集成在一起，還會(huì)合工廠的外部數(shù)據(jù)系統(tǒng)結(jié)合，比如，在預(yù)測(cè)性維護(hù)可能通過(guò)監(jiān)測(cè)電機(jī)的震動(dòng)和溫度變化給出某臺(tái)設(shè)備需要大修的建議，在結(jié)合外部數(shù)據(jù)系統(tǒng)找到專家和方案，綜合評(píng)估整個(gè)工廠系統(tǒng)，為現(xiàn)場(chǎng)工程師給出一套大修的工作流程和順序。

　　總結(jié)：

　　1，未來(lái)已來(lái)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0正在發(fā)生，潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲，將會(huì)對(duì)我們的工作和生活造成影響；

　　2，工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展是原有技術(shù)的大融合，從技術(shù)角度來(lái)看，更像是在演化而不是革命，但是從應(yīng)用和商業(yè)模式的角度看，這些變化產(chǎn)生的影響卻可能是革命性的；

　　3，IT和OT的融合是大勢(shì)所趨，第一是公司工廠內(nèi)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(yè)4.0也好，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也好，人是發(fā)展的主要的變量，可能是技術(shù)的載體，可能成為發(fā)展瓶頸，也可能成為推動(dòng)因素。

參考資料：

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