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美国面向未来的数字化装备竞争战略

      为了保持德国制造业的未来,德国提出了基于信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)的工业4.0概念和体系,似乎德国已经在装备领域占据先机,但最近工业4.0研究院一份关于美国数字化装备的研究报告显示,美国有可能在面向未来的竞争领域,觅得一个新的技术领地。

美国创造并推动数字化装备市场

      在德国正式推出工业4.0之前,曾经做了一个专门研究信息物理系统的agendaCPS项目,其目的就是帮助德国构建装备制造的无人区,并且期望在这个市场占领主要的市场份额。

      在装备制造和市场生态双领先策略的指引下,诸如西门子、SAP和博世等德国企业结合嵌入式系统的优势,成功的构建了数字化工厂(Digital Factory)的解决方案。但从解决方案本身具有的新意和创新性来看,美国基于数字孪生体(Digital Twin)和数字线程(Digital Thread)构建的数字制造系统,更具有生命力。

数字孪生体的应用成为可能

      在数字孪生体为主题的工业4.0研讨会上,工业4.0研究院指出,美国发明数字孪生体,其目的就是为了解决复杂系统的本质问题,这是美国先进制造战略计划在创造新市场方面的一个重要体现。

      关于数字孪生体解决的四大本质问题,情况如下:

      问题一:实现真正的全生命周期管理

      虽然制造执行系统(MES,Manufacturing Execution System)以及产品生命周期管理(PLM,Product Lifecycle Management)被创造出来很多年,但只是在少数一些行业实现了应用,并没有在种类繁多的工业领域得到普遍应用,其根本原因就是数字空间与物理现场的交互比较复杂,现有手段难以解决很多工程问题,实用性不强。

      要实现真正的产品全生命周期管理,必须实现虚拟与现实世界的一一精准对应,才可能产生较好的工程效果。数字孪生体可谓就是应需而生,它的主要创始人Michael Grieves就是一位PLM专家,他在知名的数字孪生体白皮书中就明确指出了这个需求。

      问题二:复杂制造工程需要新的工具

      为了制造复杂的产品(例如航天军工等),需要高级的数字化工具,以保证复杂产品的数字化设计和生产现场的数字化管理需要,传统的IT系统难以胜任这样的工作,而且传统的IT工具难以适应生产制造环节的较大调整,这对于任何一个复杂产品都是难以接受的限制。

      问题三:钢铁及化工等流程行业的需要

      一直以流程行业企业为主的美国智能制造领导联盟(SMLC,Smart Manufacturing Leadership Coalition)对这个问题做了较为全面深入的研究,在提交给NNMI审议的全国智能制造创新中心(CESMI,Clean Energy Smart Manufacturing Institute),就是为了解决清洁能源(Clean Energy)的智能制造创新问题的,其中,就明确指出流程行业所面临的数字化挑战。

      问题四:物联网带来的大量数字化挑战

      除了以想象不到的规模增长的物理设备数字化要求,还有它们之间联网所带来的关系数字化等,这都给传统的IT基础设施和应用工具带来了灾难性的挑战,一方面需要可以随时随地的数据存储平台,另外一方面还需要对大量的数字化后的数据进行智能化处理,这直接需要知识自动化等应用,因为要实现更好的智能产品自决策,迫切需要把人工智能、数据科学等新型研究成果应用到物联网场景。

      总的来讲,美国在为数字化装备创造新概念和新工具方面,已经走到了较为前沿的地方。中国国内具有互联网思维和IT技术能力的企业相对较多,但面向未来布局数字化装备的企业,目前还不多,这需要国家产业政策以及风险资本对数字化装备产生兴趣,从而推进数字化装备的快速发展。

正确认识工业大数据的三大挑战

  在参与工业4.0创新平台与清华大数据产业联合会举办的“工业大数据概念与关键问题”小型工业4.0研讨会中,笔者应邀分享了工业4.0研究院对工业大数据的一些看法,分别对工业大数据概念、工业大数据流派和工业大数据生态三个关键问题做了分析,并与各位专家进行了有意义的探讨。

  全面认识“工业大数据”概念

  工业大数据这个概念目前很受关注,特别是对于资本市场来讲,其想象空间比较大,但由于相关技术范式还不明确,因此大部分看法都是基于一些不完全的技术理解所做出的判断。

  从字面上理解,工业大数据很容易被认为是大数据在工业领域的应用,也容易把工业领域的一些信息系统使用的传统数据库上升到工业大数据的数据不够大的场景,当然,还有一些商业企业更会把收集的一些毫无价值的实时数据存储起来称为工业大数据。

  迄今为止,工业4.0研究院发现的工业大数据应用场景,虽然可能从生产现场采集了大量的数据,但实际上作为分析之用的数据并不多,一般都要对数据进行清洗和预处理,以便进行更具有知识的数据分析。

  为什么不能采用诸如金融或互联网领域的大数据分析方法?这是很多互联网企业涉足到工业大数据最为困惑的问题。

  实际上,互联网企业大都不清楚工业领域的“非标”特征,大量的装备设备是非标准化的,工艺流程也是非标准化的,因此在构建工业大数据架构和模型的时候,更应该考虑行业知识的应用,这样分析的结果会更加实用。

  一些国际型工业企业(例如西门子)在构建其工业大数据范式的时候,就非常强调应用场景知识的结合,了解互联网大数据或金融大数据的行业人士可以发现,两者考虑的技术关键点是不完全相同的。

  价值观驱动了工业大数据流派

  库恩在《科学革命的结构》一书中指出,科学范式实际上是代表世界观和价值观的。工业大数据作为正在形成的一种科学革命范式,也在逐步形成各种流派,他们代表了各自派别的价值观。

  工业4.0研究院初步研究认为,广泛意义上来认识工业大数据(例如工业互联网、智能服务等概念),美国通用电气牵头的工业互联网联盟可以用“工业互联网”来代表其价值观,由德国西门子等企业组成的工业4.0平台(Plattform Industrie 4.0)更愿意用“智能服务”和“智能数据”来阐释他们对未来工业大数据的认识,当然,中国简单直接用“工业大数据”来代表未来工业的一种新范式。

  对国内的工业大数据认识更进一步细分,还可以分为清华大数据产业联合会、中关村大数据联盟以及工业4.0研究院等具有鲜明特征的流派。

  总的来说,清华大数据产业联合会和中关村大数据联合会都是基于一般意义上的大数据(例如4V标志)来谈工业大数据,更多体现为工业应用场景大数据技术的应用。前者更体现了清华背景企业对大数据应用的商业模式,而后者体现了诸如亚信、用友等企业大数据应用的理解。

  构建工业大数据生态的关键

  任何熟悉IT领域的行业人士都清楚,企业最直接的业务模式是项目,但特别希望可以把项目通用化,形成产品或平台,但实际情况是,除了微软等国际型IT企业有能力形成较为通用的产品或平台,大部分IT企业很难达到预想目标。

  工业大数据生态要求企业有能力平台化,不管企业是生态的主导者还是参与者,工业大数据将来肯定是一种生态存在业态,只不过各家企业在其中的角色是不同的。

  德国工业4.0体系中明确指出了三大集成,工业4.0研究院利用产业经济学和双边市场经济学的理论把三大集成进一步深化为其发展路径。一般情况下,企业需要先完成企业边界内的纵向集成,然后才有机会在单一价值链上延展,实现端到端集成,形成一定的产业链控制力的企业才会更进一步跨界(跨越多条价值链),达到横向集成的结果。

  具有理想的工业大数据企业也许也要经历这样的过程,他们需要通过单个项目帮助企业完成内部的纵向集成,然后把解决方案产品化和平台化,进一步延展自己的核心竞争力。

  正如在工业大数据主题的工业4.0研讨会上讨论中提到的一样,也许工业大数据生态的演进还是要遵循技术、经济和社会的过程,谁能够深刻理解,它也许就会获得未来工业大数据生态的主导权。

工业4.0研究院成立“3C大数据研究中心”

  2015年12月25日,工业4.0研究院正式宣布成立“3C大数据研究中心”,这是工业4.0研究院自2015年4月成立CPS研究中心以来,成立的针对行业的研究中心,据了解,这也是国内第一个针对3C行业设立的大数据研究机构。

  3C大数据研究中心将秉承为3C行业及企业需求为基础,潜心研究3C产业链的发展特点,通过研究探索3C企业转型智能硬件的发展之路。

智能硬件产业链平台战略构建图示

  工业4.0研究院院长胡权指出:

      “3C行业目前处于转型智能硬件的时期,处于3C产业链不同环节的企业,面临不同的战略路径。以OEM或ODM发展起来的制造企业,应该选择重资产和重制造的智能制造+模式;当然,以风险融资介入的互联网企业,选择轻资产的互联网+模式,也在情理之中。”

  由于智能制造+将以智能设备数据和工业大数据(混合数据)作为智能化转型的关键点,3C大数据研究中心基于工业4.0研究院为大量3C企业服务的基础,设立3C大数据研究中心,推动3C制造企业转型智能化战略。

  目前3C大数据研究中心主要解决两个方面的问题:一是生产制造车间或工厂(智能工厂)利用智能数据推动转型的问题,二是利用工业大数据和消费大数据推动端到端集成,实现产业链平台战略的目标。

  在2016年,3C大数据研究中心将依托已经建立联系的3C企业(苹果产业链上的合作伙伴),率先利用设备数据和工业大数据,实现智能工厂的落地实施,同时,利用智能硬件领域的一些创新机会(例如虚拟现实、无人机、机器人等),探索产业链平台战略落地实施的可能性。

  有兴趣的企业或专家,可以发送邮件给:wangmf(#)innobase.cn,王女士。