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2019年10月2日 星期三

SmartPlant and the Internet of Things / IOT

AKD 寰楚專業級全系列監控設備


來源: e-works数字化企业网 作者:黃培
最近,工業網路的熱潮湧動,各種工業網路平台和工業APP,如雨後春筍般冒了出來。近幾年製造業熱潮迭起,從 3D 列印到機器人,從工業 4.0 到智慧製造,從「機器換人」到「工業雲」,讓人目不暇接,理解不透。

面對這些熱潮,作者撰寫了幾篇「冷思考」系列的文章。本文將解讀工業網路的概念,以及與相關術語之間的關係,希望能夠幫助讀者客觀、理性地看待當前的工業網路熱潮,找到應用的突破口。

如何理解工業網路?
工業網路是指工業互聯的網,而不是工業的互聯網。

在企業內部,要實現工業設備(生產設備、物流裝備、能源計量、品質檢驗、車輛等)、資訊系統、業務流程、企業的產品與服務、人員之間的互聯,實現企業IT網路與工控網路的互聯,實現從車間到決策層的縱向互聯。

在企業間,要實現上下游企業(供應商、經銷商、客戶、合作夥伴)之間的橫向互聯;從產品生命週期的維度,要實現產品從設計、製造到服役,再到報廢回收再利用整個生命週期的互聯。這實際上與工業4.0提出的三個整合的內涵是相通的。

IT領域的線上詞典Techopedia,對工業網路給出的解釋是:工業網路將智慧機器,或特定類型的設備,與嵌入式技術和物聯網結合起來。

實例是將機器和車輛配備智慧技術,包括M2M(機器與機器互聯)技術,實現製造裝備和其它設備,可以相互傳輸數據。工業網路也應用於交通項目,例如無人(或自主)駕駛汽車和智慧軌道交通系統。

工業網路與工業物聯網(IIOT)是什麼關係?
工業物聯網指的是,物聯網在工業的應用。工業網路涵蓋了工業物聯網,但進一步延伸到企業的資訊系統、業務流程和人員。

工業網路的概念,實際上與國外提出的萬物互聯(Internet of Everything,將人、流程、數據和事物結合一起,使得網路連接變得更加相關,更有價值)理念有相似之處,相當於是工業企業的萬物互聯。

何謂工業網路平台?工業網路平台與工業雲平台的關係如何?

工業網路平台是開發和運行,各種工業網路應用功能的平台。工業雲平台指的是工業領域的雲平台,包括了 IAAS(基礎設施服務化)、PAAS(平台服務化)、SAAS(軟體服務化)三個層面,工業雲平台的目的,是將工業軟體演化為一種雲端服務(SAAS),並為客戶提供可以對軟體功能,進行配置或二次開發的平台(PAAS),將數據和資訊系統儲存到雲端,從而使工業企業應用資訊系統,更加便捷、更有利於管理(例如,實現伺服器和桌面虛擬化),因此,工業雲端平台本質上,屬於 IT 平台。

工業網路平台,是工業雲端平台的擴展與延伸,不僅能夠支持工業雲端平台的所有功能,而且要支撐工業物聯網應用,實現 IT 與 OT 融合。

在 IAAS 和邊緣(設備端)層,工業網路平台需要實現,從設備的控制系統、感測器、可穿戴設備、攝影機和儀表,進行數據採集、傳輸和儲存。

在 PAAS 層,工業網路平台需要能夠支撐,更加複雜的算法,例如利用深度學習技術,進行圖像分析,利用 SPC 方法分析品質數據,利用仿真技術,對設備的數位化模型(Digital twin)進行性能仿真,利用 GIS 數據對車輛進行定位,從而對物流運輸過程進行追溯等。

在 SAAS 層,則應當提供豐富的 APP,將原來工業軟體固化的功能,拆分成很多功能相對獨立的插件,可以在 PAAS 平台即插即用。因此,工業網路平台,比工業雲端平台要複雜得多。

工業網路與智慧製造的關係如何?
工業網路的核心是互聯,是製造企業實現智慧製造的關鍵使能技術之一。根據 e-works 提出的智慧製造金字塔模型,企業推進智慧製造包含四個層次、十個場景。




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▲智能製造四層次、十場景


第一層是推進產品的智慧化服務,從而實現商業模式的創新,在這一層,工業網路可以支撐企業,開發智慧互聯產品,基於物聯網提供智慧服務。

第二層是如何應用智慧裝備、部署智慧產線、打造智慧車間、建設智慧工廠,從而實現生產模式的創新,在這一層,工業互聯網技術,可以幫助企業實現M2M,從設備聯網到產線的數據採集,從車間的智慧監控到生產無紙化等。

第三層是智慧研發、智慧管理和智慧物流供應鏈,實現企業營運模式的創新,在這一層,工業網路的主要作用,是實現企業內的資訊整合,和企業間的供應鏈整合;

第四層是智慧決策,在這個層次,工業網路的作用,是實現異構數據的整合與即時分析。

工業網路與工業大數據的關係如何?
工業網路平台需要管理海量和異構的,結構化、半結構化和非結構化的數據,包括來自各種設備、已服役的產品、資訊系統和社交媒體的數據,對於工業企業而言,這些數據就是工業大數據,需要用專業的平台來儲存、分析、展現這些數據,透過數據驅動,實現對產品、製造技術和設備,進行監控、控制和優化等功能,這樣的平台就是工業大數據平台。應該說,工業大數據平台,是工業網路平台的一個子集。

工業網路有哪些現實的應用場景?
目前,最現實的應用場景是裝備製造企業利用工業網路平台來對已服役的產品進行遠端的狀態監控,乃至預測性維護。

例如,FANUC 公司與思科公司合作,為 FANUC 機器人的客戶提供 ZDT(Zero Downtime,零宕機)服務;樹根互聯的根雲端平台,可以實現行動設備(例如工程機械)的定位,和遠端監控服務,提供工作時間統計、故障預警、發現並糾正客戶的危險操作習慣等服務,還可以幫助客戶實現服務電商。

另一個工業網路典型的應用場景,是企業內部設備聯網的基礎上,實現車間生產設備的監控。同樣是對岸美的家電,已經建立了空調生產車間的Digital Twin,可以對設備狀態即時監控。

華中科技大學一個科研團隊,透過對中國江蘇省一家製造企業的機床,其消耗的即時電流進行採集,捕捉細微的波動,來判斷是否是刀具斷刀的前兆,從而使企業不用按時更換刀具,延長刀具使用壽命。目前的工業網路應用,主要還是工業物聯網的範疇。

工業網路目前的成熟度如何?
工業網路涵蓋的領域非常廣,要實現各種軟體、硬體、機器設備、產品與業務流程和人員的互聯,實際上難度非常大。

工業網路是個美好願景,但要實現這一願景,還需要很長的過程,需要打造一個健康的生態系統。工業網路的概念很大,不少各種功能各異的雲端平台,都在宣傳自己是工業網路平台,讓企業難以分辨。

本文總結
總體來說,雖然目前工業網路熱潮湧動,但是目前的工業網路應用,還處於初級的階段,各界對工業網路的認識與理解,還不太統一,就是連提倡工業 4.0 的德國也是如此。

市場上已有的工業網路平台,實際上只能支援某些單點應用,或特定功能,還缺乏真正基於多租戶的工業網路平台。各種平台之間要實現整合,涉及到諸多的標準和安全問題。按照目前「百花齊放」的發展態勢,勢必形成很多「雲孤島」。

在這次工業網路熱潮中,一些廠商過度炒作,甚至出現了類似「畝產小麥 18 萬斤」一樣的吹噓。對於製造企業和工業軟體企業而言,將所有工業軟體都變成 APP,既不現實,也沒必要,製造企業已經應用了很多 IT 系統,不可能把所有的應用,都轉到工業網路平台。

另外,要實現不同工業網路平台上的,APP 之間的互操作,還面臨很多難題。製造企業推進工業網路應用,還需要認真梳理自己的需求,分析投資收益,千萬不要盲目冒進。

實現工業網路應用,對用戶企業,對於工業網路平台開發商、整合商、APP 開發者,對整個產業鏈而言,都還任重道遠!771180808


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