面向未来的竞争

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The Road Ahead to Industrie 4.0 for SME

      In 1995, Bill Gates wrote a book called THE ROAD AHEAD, which summarized the implications of the personal computing revolution and described a future profoundly changed by the arrival of a global information superhighway. And it happened in the past 20 years.

      Almost 18 years later, Germany introduced Industrie 4.0,  which emerged as future project in Germany. Industrie 4.0 is the concept of the Fourth Industrial Revolution, and it could follow some principles such as technological/financial cycle.

      During the one-day course on Industrie 4.0, we would introduce the following key points:

  • Industrie 4.0 is a technological revolution, and it could lead us to a smart and networked industrial world.
  • In industrial world, it has three trends: vertical integration, end-to-end connection and horizontal ecosystem.
  • At the era of Industrie 4.0, the traditional manufacturing systems could be transformed and even revolutionized.
  • For SMEs, the critical impact from Industrie 4.0 is business model innovation and disruption.

      With the introduction of Industrie 4.0, we would present some case studies that have been happening in China, Germany, United States etc..

      SECTION 1: INTRODUCTION TO INDUSTRIE 4.0

      Industrie 4.0 was coined by German, and it used industrial cycle theory to define the Fourth Industrial Revolution, which follows Industrie 1.0, 2.0, and 3.0.

      According to the technological revolution history and knowledge, Industrie 4.0 has 4 phases, which is Paradigm Configuration, Infrastructure Phase, Market Innovation and Market Maturity.

The Lifecycle of Technological Revolutions

      For example, before e-commerce became a mature market, the government or some companies had to build the infrastructure for e-commerce to develop, such as e-payment systems and cheap logistics systems.

      China Academy of Industrie 4.0 found two key features for Industrie 4.0. One is Industrial Intelligence, which could help manufactures use Artificial Intelligence in the workplace. The other is Industrial Internet, which could connect all the facilities and products in the world.

      SECTION 2: THREE TRENDS AHEAD FOR SME

      If we analyze the industrial value networks, we could find three trends- vertical integration, end-to-end connection and horizontal ecosystem.

      TREND 1: VERTICAL INTEGRATION

      The setting for vertical integration is the factory. In tomorrow’s smart factories, manufacturing structures will not be fixed and predefined. Instead, a set of IT configuration rules will be defined that can be used on a case-by-case basis to automatically build a specific structure (topology) for every situation.

Vertical Integration

      China Academy of Industrie 4.0 considered vertical integration is the foundation for business innovation and other complex manufacturing systems.

      TREND 2: END-TO-END CONNECTION

      The appropriate IT systems should be deployed in order to provide end-to-end support to the entire value chain, from product development to manufacturing system engineering, production and service.

End-to-End Connection

      For the e-commerce companies or B2Cs, they could focus on end-to-end connection. Actually in China, some internet companies tried to apply C2M(Customer to Manufactory), in order to find new opportunities in e-commerce field.

      TREND 3: HORIZONTAL ECOSYSTEM

      If your company wants to disrupt the some niche market or invent some new market, horizontal ecosystem could be the choice.

Horizontal Ecosystem

      SECTION 3: OPPORTUNITIES AHEAD FOR SME

      From the observation around the world, there are two types of opportunities for SMEs.

      First of all, if the industrial world is transforming to Industrie 4.0, the physical and digital suppliers are needed. These companies that can help manufactures improve their manufacturing systems could make money.

      The second opportunity is to apply the advanced technologies in the workplace and value chain(if you have control in the value chain). For example, Apple, Tesla, Xiaomi, Huawei and Haier tried to use the CPS(Cyber-Physical Systems) technologies in their own factories, and have gained a lot in efficiency and effectiveness.

      SECTION 4: BUSINESS MODEL INNOVATION

      For a SME company, we suggest it to transform its business model using digital technologies, such as Digital Twin, Industrial Internet and Artificial Intelligence etc..

      There are three choices on business model innovation, but they are all data-oriented.

      Choice 1: Focus on the workplace

      Try to solve the workplace/factory problems, using CPS. Its goal is to transform the traditional factories to smart factories.

      Choice 2: Focus on value chain innovation

      It’s a good choice for e-commerce SME. For example, Alibaba is working on it in China. But it’s different from the pure e-commerce opportunity, and SMEs can have the opportunity to transform the traditional e-commerce.

      Choice 3: Focus on technological innovation

      The third opportunity is data platform or other businesses. From the evolution of Industrie 4.0, there could be some new types of businesses different from the traditional incumbents such as Siemens, GE, and others.

      * 说明:本培训课程是针对海外或需要英文授课的场景。可以联系:yuewd(#)innobase.cn

重庆工业互联网大机遇研讨会胜利召开

      2018年6月8日下午,由工业4.0研究院主办,翼络工业互联网公司承办的“迎接重庆工业互联网发展大机遇”研讨会在重庆江北嘴金融城举办。来自二十多家单位的领导和专家参与了研讨会,倾听了工业4.0研究院胡权院长做的《迎接重庆工业互联网发展大机遇》的演讲,并进行了热烈的讨论。

      这次活动是由工业4.0研究院2016年发起的工业互联网沙龙(原为工业4.0研讨会)系列的一部分,首次在重庆举办。据承办方翼络工业互联网公司的负责人介绍,本次举办的工业互联网沙龙已经是第九十七期,同时也是在重庆举办的第一期。

重庆工业互联网沙龙会议现场

      重庆工业互联网沙龙具有三个方面的特点:精简、开放和务实。

      首先,与国内不少研讨会动辄上百人的规模不同,重庆工业互联网沙龙通常保持在20人以下,以保证沟通的私密性和深度。由于规模较小,所有参与的人员都有机会跟主讲嘉宾有互动交流的机会,这样可以达到更好的沟通效果。

      其次,重庆工业互联网沙龙强调开放性,这与不少企业会销或赞助等模式迥然不同,由于有了具体的企业进行赞助,很难保证其包容性(inclusive),通过开放性原则的实施,可以融百家之长,让不同的观念和想法进行碰撞,促进重庆工业互联网生态的有机发展。

      最后,研讨会或沙龙虽然是思想交流的地方,但由于规模较小,参与者有充分的机会进行沟通与互动,较容易就具体的事情达成共识,甚至于建立合作关系,这可以延展沙龙的创新推进价值。

      本次研讨会参与人员比较广泛,有来自巴南区经信委、北碚区经信委等政府机构的领导,也有来自国投创新投资管理有限公司、重庆科技风险投资有限公司和东方园林投资等的投资管理人员,还有来自咨询公司、系统集成商、制造企业、工业互联网平台等行业专家。

迎接重庆工业互联网发展大机遇与会人员合影

      工业4.0研究院胡权院长对工业互联网概念及发展规律进行了介绍,提出了生产力陷阱(Productivity Slump)是工业互联网产生的历史背景,同时,胡院长还就重庆工业互联网发展机会进行了深入介绍,主要对工业电子商务、杀手级应用(Killer App)和工业互联网操作系统等三大机遇进行了深入浅出的分析,并提出将在重庆建设人才、技术和资本三位一体的工业互联网创新生态。

      针对重庆的工业互联网人才培养,胡院长透露,在2018年下半年期间,翼络工业互联网公司将重点把工业4.0研究院的工业4.0大学在重庆落地,帮助重庆构建领先的工业互联网人才高地,为重庆经济的创新发展助力。

      长达3个小时的重庆工业互联网沙龙结束之后,与会人员在研讨会的横幅下合影留念,大家纷纷表示,对于即将举办的第二期工业互联网沙龙颇为期待,同时,大家也表示,希望通过本次沙龙活动,加强重庆产业的交流以及企业的合作,共同打造良性发展的重庆工业互联网生态。

数字孪生体研究中心近期正式成立

      数字孪生体研究中心(Digital Twin Research Center,DTRC)是工业4.0研究院设立在重庆的研究中心,由旗下全资公司翼络工业互联网(重庆)有限公司负责运行,主要为智能制造、工业互联网、智能服务等奠定技术创新基础,实现颠覆性创新的价值。

      秉承工业4.0研究院一贯的开放式创新理念,数字孪生体研究中心欢迎任何有意愿贡献研究力量的机构加入,并成为中心的会员单位。

Digital Twin Research Center(DTRC)

      数字孪生体(Digital Twin)这个概念是由美国空军研究实验室(U.S. Air Force Research Laboratory, AFRL)在2011年首先提出,该概念迅速得到了系统工程领域的行业人士认同。

      工业4.0研究院认为,数字孪生体概念体系的提出,弥补了美国国家科学基金会(NSF,National Science Foundation)在2006年提出信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)的不足。

      按照数字孪生体研究中心的规划,预计未来3年时间,将把中心打造成为全球领先的创新中心,能基本跟上美国相关机构的创新速度,成为国际系统工程(Systems Engineering)领域的重要参与者。

数字孪生体研究中心组织架构图

      数字孪生体研究中心下设人工智能实验室、大数据实验室、MBSE标准组、开源工业互联网、工业APP创新和工业4.0大学等,直接瞄准全球先进制造相关技术,争取可以为中国工业互联网的发展提供一些基础研究成果。

      遵循研究及工程(R&E,Research & Engineering)的方法,数字孪生体研究中心紧紧围绕工业互联网解决方案的需要进行推进,重点解决工业企业在转型升级过程中实现数字化、网络化和智能化的难点及痛点问题。

      数字孪生体研究中心的官方网站:http://www.digitaltwincenter.com

中美德工业4.0及未来制造技术交流

      2018年5月22日,来自德国大众汽车集团未来制造技术(Future Production Technologies)专家、美国Plug and Play、国务院发展研究中心、国投创新投资管理有限公司、工业4.0研究院等多家单位聚集在奥迪中国大厦会议室,展开了一场工业4.0及未来制造技术的交流会。

德国大众汽车集团专家交流会合影

      本次工业4.0研讨会是应德国大众汽车集团访华进行创新考察邀请召开,工业4.0研究院胡权院长到场做了The Status of Industrie 4.0 in China的发言,德国大众汽车集团未来制造技术负责人Holger Heyn以Volkswagen’s View on Industrie 4.0 & Innovation做了演讲。

      随后,国务院发展研究中心产业经济研究部宋紫峰主任、国投创新投资管理有限公司简练高级研究员、美国Plug and Play的汽车专家梁一功以及德国大众集团的大众品牌、奥迪品牌专家也一一进行了发言和交流,就工业哲学、工业4.0、数字孪生体、MQB/MEB等相关技术进行深入交流。

      Holger Heyn对工业4.0研究院提出的工业哲学颇有兴趣,与工业4.0研究院胡权院长进行了热烈的交流。同时,Holger Heyn表示,德国大众汽车对于中国制造企业的创新能力非常关注,希望可以在中国找到可以提供创新技术的企业,以投资或项目合作共同推进汽车行业的创新。

      经过近2个小时的交流,与会人员仍然感到言犹未尽,纷纷表示,希望可以在后续进一步交流过程中,探讨工业4.0及未来制造技术的研究和应用,特别是在中国,通过多方协作,提升创新的速度和质量。

关于中国CPS发展方向及趋势的建议

      由于德国提出的工业4.0概念体系是基于信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems,后面统一用CPS表示),工业4.0研究院自2013年成立以来,CPS一直是研究和试验的重点。除了研究CPS概念和体系,工业4.0研究院还积极通过对美国CPS-VO开放的开源项目进行研究,对CPS希望解决的各种关键技术问题有较好的了解。

      按照工业4.0研究院重点研究方法技术成熟度水平(TRL,Technology Readiness Level),CPS的核心价值体现在科学层面,而不是技术和工程,这是建议的核心内容。

      一、CPS的基本概况及发展

      在2006年,美国NSF提出了CPS的概念,并开始了10年时间的“新学科”(New Science)建设过程。根据NSF公开的资料称,美国希望通过10-20年的时间,为信息系统与物理系统融合构建一套新的学科。

      事实上,在2016年,美国科学、工程研究院发布了《美国信息物理系统教育规划报告》(A 21st Century Cyber-Physical Systems Education),同时,美国商务部下属NIST在2014年也开始推进CPS PWG相关工作,由此可见,美国认为CPS的基本体系已经形成,并开始进入应用阶段了。

      在2010年3月1日,德国工程院就启动了agendaCPS项目,并通过近2年时间的研究,发布了《信息物理系统综合研究报告》(Integrierte Forschungsagenda Cyber-Physical Systems),在这个项目中,德国首次提出了“CPS+制造业=工业4.0”的提法,从而使得2012年继续开展了工业4.0的研究,并于2013年发布了《德国工业4.0未来项目实施建议》(Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0)。

      总体来讲,根据工业4.0研究院的判断,虽然德国工业4.0是基于CPS来构建的,但由于德国相关研究不够系统深入,事实上,掌握CPS相关技术比较深入的,仍然是美国各个研究机构及大型企业(特别是航天军工等),这也是为什么德国企业(例如西门子、SAP等)在推广解决方案的时候,谈及CPS较少的缘故。不过,CPS对于构建工业系统仍然是非常重要的,德国工业4.0平台与NIST建立了联系,希望“跟进”美国在CPS或物联网方面的研究,为此,美德两国建立了U.S.-German Workshop on the Internet of Things (IoT) / Cyber-Physical Systems (CPS)。

      二、CPS的最新进展情况

      通过过去10年时间的探索,美国学界(主要以NSF的认识为主)及企业基本上达成了一个认识,那就是CPS更大程度上是一种科学(Science),虽然在技术(Technology)和工程(Engineering)上有应用的可能,但也比较适用于较为复杂的场景——例如,航天、航空、军工、汽车等。不过,CPS作为一门新学科,具有较大发展潜力,之所以说CPS在工程上比较困难,主要原因还是工程工具难以发明,或者还没有发明。

      NSF仍在继续以Cyber-Physical Systems(CPS)项目方式发放研究支持资金,其项目号为:NSF 18-538,在2018年的项目申请要求中,NSF明确指出由于人工智能的应用,给CPS带来了大量的研究机会。

      在NSF 18-538长达80页的文档中,有几个重点可以关注,供同行参考:

      1. 在第16页,NSF强调了CPS的科学(Science)、技术(Technology)和工程(Engineering)研究内容,做了很好的区分,建议行业人士重点关注。

      2. 由于CPS是一个跨领域的项目,NSF联合其他单位,早期就设立了CPS Virtual Organization(CPS-VO),有效的分享了各种信息,真正实现了创新生态(Innovation Ecosystem)的建设,大大促进了产学研的沟通与交流。

      3. NSF在推进CPS的时候,并没有仅仅把该项目限定到NSF 18-518,而是延展到NSF 18-513(Major Research Instrumentation Program:Instrument Acquisition or Development)、NSF 17-581(CISE Research Infrastructure)、NSF 18-520(Smart and Connected Communities)等项目,通过多个研究项目协作,实现CPS的全面发展。

      三、中国CPS发展的思路

      由于CPS涉及到科学、技术和工程,需要协调的资源和要完成的研究比较多,它在中国的发展面临三方面的挑战。

      第一,中国要发展CPS,还存在认知上的挑战。目前我国科研体系并没有把CPS作为一个主题来研究,虽然科技部有部分相关研究,甚至于在2006年美国NSF提出CPS的时候,中科院也有相关专家跟进该主题,但随着我国提出希望一步到位发展物联网,导致CPS的基础研究工作一直处于停滞地位。随着德国工业4.0把CPS作为基础技术,促使我国也开始探讨CPS的应用,由于CPS作为科学的相关知识体系没有建立,导致其普及程度和速度远远低于其他概念,例如智能制造、工业互联网、人工智能等。

      因此,要进一步推动CPS的发展,应该注意:

      1. 明确CPS的边界,特别是科学、技术和工程的边界,科学研究应该给科技部、中科院或高校来完成,而工信部相关单位应主要集中到工程及相关标准的制定和完善,可以涉足到部分技术问题。当然,由于三个层面的CPS并非泾渭分明,与各参与单位保持沟通和协作,颇有必要。

      2. 建设类似CPS-VO的平台,让科学研究者、技术开发者和工程设计者都可以找到一个了解认识CPS的平台,同时还可以参与相关的主题研讨会,以及与同行进行切磋的机会。

      第二,对于CPS的发展,还存在创新体制和模式的挑战。客观的讲,美国通过NSF组织科学家重点解决CPS科学原理创新的问题,各个大学及大企业的研究机构重点解决技术问题(例如Berkeley就做了一个开源的CPS项目,名为Ptolemy I/II),而美国商务部下属的NIST重点为企业应用CPS扫清了参考架构(Framework)和标准的障碍。这是美国创新体制和模式的最佳体现。

      由于美国、德国和欧盟等已经在CPS的科学和技术研究上做了大量的投入和研究,大部分研究成果都可以通过公开途径获得,目前利用这些成果的难点是缺乏专家和投入进行梳理和解读,这将导致我国在应用CPS的过程中困难重重,特别是一些装备提供企业,在利用CPS为客户提供解决方案的时候,往往发现缺乏充足的资料和参考。

      建议可以依托前面提及的类似CPS-VO平台,组织行业内专家,通过翻译国外资料或组织专家团队撰写系列书籍等方式,为中国制造业发展提供一些公共产品(Public Goods),这些工作也将为其它计划(诸如工业互联网、智能制造等)提供专业的基础知识。

      第三,在工程应用层面,不管是德国的企业(例如西门子等),还是美国的企业,很少有把CPS作为解决方案来进行营销的。之所以出现这种状况,跟CPS更多以科学存在颇有关系,所以,建议不宜把CPS的应用层面定位为CPS自身,可以借鉴美国企业的做法,它们主要把更容易理解的数字孪生体(Digital Twin)和数字线程(Digital Thread)作为MBSE的应用。

      德国在推进工业4.0的时候,由于其主要工业哲学是高度集成,初期也是希望利用CPS来构建其工程体系,并设计了诸如管理壳(Administration Shell)等概念,甚至于日本也模仿其方式,采取了差不多的方法来构建系统工程(Systems Engineering)的最小单元,但从主流企业实际采用的方法来看,CPS并不是特别适合构建MBSE,而是应该采取其他MBSE工具。从各企业的实践来看,数字孪生体和数字线程已经成为标配,甚至于德国企业西门子也通过这个概念重构了其解决方案。

      建议在推进CPS工程解决方案的时候,应该重点注意新概念和工具的引入,特别是诸如数字孪生体和数字线程,还有人工智能等新技术,这样才会使得CPS保持活力,同时也使得中国CPS发展与全球同步。

      四、工业4.0研究院可发挥作用

      从公开可以看到的信息资料来看,工业4.0研究院长达5年时间对CPS的跟踪研究,已经处于国内前列。在跟踪美国、德国和欧盟的CPS研究和应用方面,工业4.0研究院一方面重视相关资料的收集和翻译,例如,针对NSF、NIST和德国工程院等撰写的白皮书或报告,都有全文的翻译,涉及字数高达近百万;另外一方面,工业4.0研究院一直把原理技术验证放到重要位置,例如,对于NSF推进的CPS-VO提供的CPS相关开源项目,大都做了技术上的解读和验证,特别对于GE在IIC提供的DMC开源项目,工业4.0研究院组织人员做了较详细的剖析。

      目前,工业4.0研究院已经在重庆设立了全资公司(翼络工业互联网(重庆)有限公司),主要目标是利用CPS的研究成果,构建一套“工业互联网操作系统”。虽然行业内大部分把PaaS认为是工业互联网平台,但工业4.0研究院认为,整合硬件(传感和促动层)和基础设施(IaaS),应该是工业互联网一种形态,可以体现为基于CPS的“工业互联网操作系统”,这是等同于PC领域的虚拟硬件(例如,电脑的打印是通过驱动来实现的,驱动就是数字孪生体的一部分,而实体的数字孪生体是物理的打印机),这至少是未来工业互联网的发展方向之一。

      以上是工业4.0研究院针对中国CPS的一些思考和研究成果,分享给行业人士,便于大家共同推进相关工作,实现中国的工业互联网和CPS创新发展。