今日主題 工業4.0、車聯網、環保節能、智慧城市、經營管理探討、智慧應用方案
工業4.0
2016年3月11日 星期五
‧ 第四次工業革命來臨 美國與德國兩強間的競爭優勢探討
騰訊科技 林靖東
據國際媒體報導，在德國，最受人尊重的職業是工程師，但是令德國政府官員們煩惱的是，在如今這個軟體為王和網路益發普及的時代，以硬體技術和製造為支柱的經濟模式，蘊含著巨大的風險。
更糟糕的是，德國政府為了讓德國企業，在建造未來工廠方面具備一定的優勢，而採取的措施也受到了威脅，因為美國的很多技術公司也發起了類似的計畫。
Trumpf是德國的一家主營金屬加工機械製造的家族式企業，這家企業還參加了「工業4.0」計畫。
這家企業的開發總監海因斯·普羅科普（Heinz-Jürgen Prokop）表示：「人們非常擔心谷歌或者蘋果可能會掌控整個製造行業。重要的是我們自己也想做到這一點，而且我們也有機會做到這一點。」
工業4.0是由德國政府在兩年前創辦一個聯盟性質的組織，組織成員全部是企業、高等院校和政治團體的領導人。德國政府的想法是鼓勵處於經濟結構核心位置的小型企業接受新技術。
前年，AT&T、思科、通用電氣、英特爾和IBM組建了一個類似的聯盟組織，名為「工業網路聯盟」（Industrial Internet Consortium，IIC）。
這兩個組織的目標，都是讓企業供應鏈上的所有制造設備，能夠更容易相互通訊，以提高工作效率。比如，通過預測一家工廠何時會出現閒置生產能，或需要更換配件，來減少工廠的停工時間。
據顧問公司麥肯錫稱，工廠可以內置感應器來收集各種資料，以便更好地分配資源，從而幫助製造商將能耗降低20%，將人工費用降低25%。
只是德國製造業可能會受到衝擊，這個行業的從業人數在1500萬人左右，大約佔德國勞動力總人數的三分之一。
據普華永道預計，到2020年的時候，與工業4.0有關的工程吸引的資本投資額，將佔到德國製造商的資本投資總額的一半左右，大約為450億美元。
據市場調研機構Wikibon估計，全球範圍的工業網路投資總額，將在2020年超過5000億美元，是2012年的200億美元投資額的25倍。德國工商業商會（German Chambers of Commerce & Industry）的副會長沃爾克·特裡（Volker Treier）表示，為了避免落後，中小型企業必須與客戶保持密切聯繫，不要輸給最終可能掌握著寶貴的市場資料的軟體公司。
德國在十八世紀工業革命時期落到了英國的後面，當時的機械製造業主要是通過蒸汽來推動的。在德國人所說的二次工業革命時期，由電氣推動的裝配生產線變成了行業標準，德國成為這方面的開拓者，最好的例子就是西門子。第三階段的工業革命始於上個世紀中葉，最明顯的特點是由電腦來管理生產。德國提出的工業4.0則是下一波革命浪潮，目標是實現機器之間的相互通訊。
當這個市場起飛的時候，德國佔有一定的優勢。
與使用標準化鍵盤和USB介面的計算技術不同，工業4.0時代的工業設備不存在佔主導地位的標準。這就給當今的硬體廠商甚至是象Trumpf這樣的小廠商提供了一個機會，讓它們可以具備領先於谷歌或蘋果那樣的巨頭公司的優勢。
為了抓住這個機會，Trumpf去年將軟體程式設計部門的員工增加了3倍，現在達到了25人。普羅科普說：「我們認識到我們需要更多的IT專業人才和知識，我們必須能夠分析資料。」
儘管德國擔心自己能否在新工業經濟時代保持其優勢，但工業4.0也只能起到宣傳造勢的作用，而無法在財務資金方面提供什麼幫助。在德國政治家和勞工代表的主導下，工業4.0組織將工作重心放在了資助高等學府的科研專案上面。
相反，以美國技術公司為主的工業網路聯盟則比較重視新技術的測試。據說它已經啟動了11個試驗專案，比如一種能夠跟蹤可擕式工具的使用效率的系統，和用以連接各種機械設備的100Gbps網路。
雖然該組織沒有透露過總投資額，但僅通用電氣一家公司就宣稱，它在過去的4年裡已經在工業網路項目上投入了10億美元的資金。工業網路聯盟的成員數量已經增加到200個，包括日本的日立，甚至連德國的SAP和西門子也加入進來。
維吉尼亞州阿靈頓市的「製造商生產力與創新聯盟」（Manufacturers
Alliance for Productivity & Innovation）的經濟研究主任克日什托夫·布裡道斯基（Krzysztof Bledowski）表示：「兩家組織最大的區別是，工業4.0是由政府主導的，而且是德國工業政策的一個組成部分。而工業網路聯盟已經團結起來，共同試驗新技術。」
在德國機械製造商協會負責領導工業4.0項目的雷納·格拉茨（Rainer Glatz）表示，雖然工業網路聯盟似乎走在了前面，但是德國採用的方法會讓工業4.0組織走得更遠，因為製造業可能要花數十年的時間，才能廣泛應用速度更快的連網技術。
格拉茨說：「在美國，他們採用的是碎步快走的策略。 而在德國，採用的模式在理論上更加合理，那就是先找到一種成功的模式，然後再執行和推廣。」
‧ 2016 智慧製造十大核心技術
來源：互聯網金融投資
所謂智慧製造（Intelligent Manufacturing，IM）是指由智慧型機器和人類專家共同組成的人機一體化智慧系統，它在製造過程中能進行智慧活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等，通過人與人、人與機器、機器與機器之間的協同，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在製造過程中的腦力勞動。
智慧製造是機械化、自動化和資訊化應用，到成熟階段的必然產物。智慧製造使得企業的競爭要素發生根本性的變化，由之前的材料、能源兩種資源為核心，轉變為材料、能源和資訊三種資源為核心的競爭，從而產生了兩種生產力，即以傳統的材料和能源為代表的工業生產力，和以資訊為代表的資訊生產力，這三種資源、兩種生產力合在一起，形成未來企業競爭的核心。（引自：李翔等，《企業資訊化評估與規劃之路》，機械工業出版社，2015）
1、網路–實體(賽博物理)系統
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CPS：透過網路連結實體的系統，對岸中國稱之為賽博物理系統，Cyber-Physical Systems，是一個綜合計算、網路和實體環境的多維複雜系統，通過3C（Computing、Communication、Control）技術的有機融合與深度協作，實現大型工程系統的即時感知、動態控制和資訊服務，讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠端協調和自治等五大功能，從而實現虛擬網路世界與現實物理世界的融合。
CPS可以將資源、資訊、物體以及人緊密聯繫在一起，從而創造物聯網及相關服務，並將生產工廠轉變為一個智慧環境。
2、人工智慧
AI：即人工智慧（Artificial Intelligence），它是研究、開發用於模擬、延伸和擴展人的智慧的理論、方法、技術及應用系統。它企圖瞭解智慧的實質，並生產出一種新的能以人類智慧相似的方式做出反應的智慧型機器，該領域的研究包括機器人、語言辨識、圖像辨識、自然語言處理和專家系統等。
3、增強現實技術
AR：即增強現實技術，Augmented Reality，它是一種將真實世界資訊和虛擬世界資訊「無縫」整合的新技術，是把原本在現實世界的一定時間、空間範圍內，很難體驗到的實體資訊（視覺、聲音、味道、觸覺等資訊）通過電腦等科學技術，模擬後再疊加，將虛擬的資訊應用到真實世界，被人類感官所感知，從而達到超越現實的感官體驗。
真實的環境和虛擬的物體，即時地疊加到了同一個畫面，或空間同時存在。增強現實技術，不僅展現了真實世界的資訊，而且將虛擬的資訊同時顯示出來，兩種資訊相互補充、疊加。增強現實技術包含了多媒體、三維建模、即時影像顯示及控制、多感測器溶合、即時跟蹤及註冊、場景融合等新技術與新手段。
4基於模型的企業
MBE：即基於模型的企業，Model-Based Enterprise，是一種製造實體，它採用建模與模擬技術對其設計、製造、產品支援的全部技術的和業務的流程進行徹底的改進、無縫的整合以及戰略的管理；利用產品和過程模型來定義、執行、控制和管理企業的全部過程；並採用科學的類比與分析工具，在產品生命週期（PLM）的每一步做出最佳決策，從根本上減少產品創新、開發、製造和支援的時間和成本。
5、物聯網
IoT：即物聯網，Internet of Things，物聯網就是物物相連的網路，指通過各種資訊傳感設備，即時採集任何需要監控、連接、互動的物體，或過程等各種需要的資訊，與網路結合形成的一個巨大網際網路。其目的是實現物與物、物與人，所有的物品與網路的連接，方便辨識、管理和控制。
6、雲端運算
CC：即雲端運算，Cloud Computing，是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網路訪問，進入可配置的計算資源分享池（資源包括網路、伺服器、儲存、應用軟體、服務），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互。
7、工業大數據
IBD，即工業大數據，Industrial Big Data，是將大數據理念應用於工業領域，為使將設備數據、活動數據、環境數據、服務數據、經營數據、市場數據和上下游產業鏈數據等原本孤立、海量、多樣性的數據相互連接，實現人與人、物與物、人與物之間的連接，尤其是實現終端使用者與製造、服務過程的連接，通過新的處理模式，根據業務場景對時實性的要求，實現資料、資訊與知識的相互轉換，使其具有更強的決策力、洞察發現力和流程優化能力。
相比其他領域的大數據，工業大數據具有更強的專業性、關聯性、流程性、時序性和解析性等特點。
（說明，因為對工業大數據尚未有成熟的定義，本定義是根據自己的理解，在綜合Gartner、IBM等對大數據的定義及李傑教授《工業大數據》一書的理解，形成本定義，希望各位批評指正）
8、預測與健康管理
PHM，即預測與健康管理，Prognostics and Health Management，是綜合利用現代資訊技術、人工智慧技術的最新研究成果，而提出的一種全新的管理健康狀態的解決方案。一般而言，PHM系統主要有六個部分構成：資料獲取、資訊歸納處理、狀態監測、健康評估、故障預測決策、保障決策。
9、混合製造
將3D列印（增材製造）技術與銑削加工（減材製造）技術有機的結合起來，形成一種新型的製造模式。通過混合製造可以有效借助增材製造的優勢，實現全新幾何形狀的加工，同時使增材製造技術，不再只限於加工小型工件，加工效率也大幅得以提升。
10.工廠資訊安全
工廠資訊安全是將資訊安全理念應用與工業領域，實現對工廠及產品使用維護環節所涵蓋的系統，及終端進行安全防護。所涉及的終端設備及系統包括工業乙太網、資料獲取與監控（SCADA）、分散式控制系統（DCS）、程序控制系統（PCS）、可程式設計邏輯控制器（PLC）、遠端監控系統等網路設備，及工業控制系統的運行安全，確保工業乙太網及工業系統，不被未經授權的訪問、使用、洩露、中斷、修改和破壞，為企業正常生產和產品正常使用提供資訊服務。
（說明，隨著智慧製造不斷深入，針對工業領域的資訊安全，將面臨全新的挑戰，對工廠資訊安全尚未有成熟的定義，本定義是根據自己的理解結合資訊安全的特點，而形成本定義，希望各位批評指正）
這些技術有些已經成熟，並進入實用階段；有的理論已初步完善，處於攻關開發階段；有的還處於理論探討階段。總之，伴隨智慧製造不斷的深入，將會有更多的新技術不斷湧現。
‧ 無人駕駛汽車蓄勢待發 未來交通行業將顛覆
騰訊數碼 張秀梅
當我開車行駛在布魯克林皇后區的高速公路上，目的地是我父母的房子。快到終點的時候，我忽然產生了鬆開方向盤會如何的念頭，並迅速付諸了行動。我忽然鬆開手，汽車的反應很直接，它在我鬆開手的瞬間向隔壁車道駛去。我的手心開始冒汗，瞳孔放大，就在我的車快要撞上隔壁車道SUV的時候，那車的死機輕巧地往旁邊一躲，然後使勁按下喇叭，暗示我快回自己的車道去。
幾天後，我被塞在了曼哈頓的西邊高速公路上。當時正值交通高峰期，馬路上汽車向海浪一樣此起彼伏，喇叭聲不斷，沒有耐心的早已搖下車窗謾駡起來。我點下方向盤上的一顆按鈕後鬆開了手，又將腳從油門和離合上挪開，然後舒服地靠在了椅背上。我的汽車接管了一切。它時走時停，但始終在車道中心上。此時開車的是我的汽車，那感覺又刺激又讓人害怕。
這可不是發生在科幻電影中的場景，就在上周而已。當時我開著富豪2016款XC90，它搭載了最先進的 Pilot Assist半自動駕駛技術。
很顯然，XC90不是真正意義上的自動駕駛汽車。但是它能自己加速和刹車，而不需要駕駛員提供任何説明。不過這種技術下，汽車最多只能以每小時30英里的速度行駛，而且不能變換車道，也就是說無法在日常公路行駛中發揮作用。
儘管限制不少，但Pilot Assist半自動駕駛技術仍然令人印象深刻。它最大的意義就在於，告訴大家完全自動駕駛的汽車，也許在很短時間內就能成為現實。未來某一天，你只要跳進汽車，它就會將你帶到辦公室。這樣的未來或許會比我們想像的更早到來。
汽車的今天和汽車的未來
很顯然，現在你還不能沖進4S店，大叫著要買部自動駕駛汽車。但是如果你已幾年未接觸汽車市場，那一定會很驚訝的發現，所有主流汽車製造商都正在鑽研這一技術，並開始用無比接近自動駕駛的技術，來裝點自家的新車型。
富豪XC90就是最好的例子。富豪XC90所搭載的Pilot Assist技術，利用一系列攝影機、雷達來跟蹤前方的車輛以及車道標記。Pilot Assist技術，讓富豪XC90能以最高30英里的時速行駛，但是如果你前方沒有車輛，它就失效了。
也有製造商通過車道保持系統，來實現汽車的半自動開始。這種技術能夠確保汽車在自己車道上不偏不倚，當汽車離前面車輛太近的時候，雷達就能偵測到，並自動減速車輛，以確保與前方車輛保持安全距離。
這些都是已經實現的，也就是“今天”的新型汽車技術。今年夏天，富豪會推出新款S90轎車，搭載升級版Pilot Assist系統。新 Pilot Assist支持的時速更高了，並且不再需要前方有車輛用以跟蹤。富豪技術和通信經理Jim Nichols說：“S90 Pilot Assist系統支援的時速上限為80公里”。
半自動駕駛技術越來越普及。現代公司近日宣佈，其2016款伊蘭特將是全球首款價格2萬美元以下，卻繼承了自動巡航控制技術的汽車。現代技術規劃部分高級經理Cason
Grover稱：“這是半自動駕駛技術民主化的表現。我們認為是時候把這項技術推廣至另一個水準了”。
說到自動駕駛，不得不提的還有特斯拉。該公司的自動駕駛系統，也能在公路上自動導航汽車，也能在用戶打出轉向燈後自動變換車道。現代汽車能做的事越來越多，例如檢測到穿越馬路的行人、騎車者和大型大物，並幫助駕駛員自動避開這些“障礙物”。
那麼，汽車製造商為何要挖空心思開發自動駕駛技術呢？因為這能讓駕駛更安全。據國際學院為高速公路安全（IIHS）的研究顯示，配備自動刹車系統的汽車能夠將追尾事故的發生率降低40%。研究還顯示，如果所有汽車都安裝了類似系統的話，每年約能減少70萬起交通事故。
當然，要100%的避免事故發生，汽車製造商們還需努力。
駛向未來
去年12月，一群福特Fusion汽車在冰雪覆蓋的道路上自動行駛，算是創造了歷史。那是福特自主建立的車隊，同時也是美國密西根大學自動駕駛研究課題的一部分。乍看之下，在大雪覆蓋的地面上行駛似乎沒什麼了不起。但實際上，福特在自動駕駛技術的開發上邁出了一大步。
和谷歌及其它汽車製造商一樣，福特的汽車利用LiDAR系統，和攝影機來觀察周圍的環境。但是，當馬路被冰雪覆蓋，汽車無法瞭解自己走到了哪裡。為了解決這個問題，福特給這群汽車安裝了高解析度地圖。通過這地圖，Fusion汽車不僅能看到在普通地圖上能看到的東西，也能看到LiDAR偵測到的數據。這樣一來，汽車就能準確瞭解自己走到了哪。
LiDAR還不是唯一能幫助汽車實現自動駕駛的技術。特斯拉創始人Elon Musk認為LiDAR並不是實現自動駕駛的必要途徑，光學感測器和雷達才是最佳選擇。他指出，LiDAR最大的缺點是需要突出車輛頂部，既不美觀又顯得累贅。
除了LiDAR，一些汽車製造商還在開V2V和V2I通信技術。在這兩種技術的幫助下，汽車能夠互相通信，以及與道路標誌、信號燈等基礎設施通信。搭載了V2V和V2I技術的汽車，會利用無線電信號通知對方，自己開到了哪，以及速度有多快，而紅綠燈也會提醒這些汽車信號即將改變。
2014年，美國國家公路交通安全管理局宣佈支持V2V和V2I通信，因為它們能幫助減少交通事故的發生。事實上，V2V技術並不遙遠。早在2014年，通用首席執行官Mary Barra便承諾，2017款車型均會集成這一技術。
發展障礙
很顯然，汽車的自動駕駛尚未成為現實，汽車製造商還有很多工作要做。儘管福特的車隊，已經能夠在冰雪覆蓋的馬路上行駛，但這一成功並非在所有汽車製造商間普及。
與此同時，自動駕駛汽車所面臨的最大的挑戰是在人流、車流不止的城市道路上行駛。城市街道和高速公路完全不同，在高速公路上，幾乎車輛的所有行為都是可以預測的，因為所有車輛都在向著同一方向前進，沒有紅綠燈，車道標線清晰無比，也沒有急轉彎。
正因為如此，特斯拉那些整合了Autopilot功能的汽車才能在高速公路上自動駕駛。不過，特斯拉還是建議駕駛員在啟用自動駕駛的時候，不要將雙手離開方向盤。
在城市道路上行駛時的請款要複雜的多，即便是集成了V2V或V2I系統，車輛還將面對交通信號燈、行人、路標、自行車、電動車、商店等各種障礙。就像分析師說的，在高速公路上你永遠不會撞上亂跑的孩子。
普及時間
說了這麼多，肯定有很多人想問，什麼時候才能買到一部自動駕駛汽車呢？這個問題的答案在很大程度上取決於你問的是誰以及去和定義“自動駕駛汽車”。
美國汽車工程師（SAE）國際協會認為，自動駕駛汽車的級別從0至5不等。其中，0級指未集成任何類型的自動駕駛技術的汽車，1級和2級指搭載了半自動駕駛技術的汽車，如特斯拉Model S和富豪S90。
3級指的是自動駕駛汽車，但在必要時人類駕駛員可以接手。4級別指遇到危險時會提醒死機而不是要他們接手的自動駕駛汽車。5級則是完全自動駕駛的汽車。
福特CEO Mark Fields最近表示，該公司的全自動駕駛汽車有望在2020年問世。
現代稱，到2020年該公司會有更多車型搭載半自動駕駛系統，完全自主駕駛的汽車則要等到2030年。而本田則稱，2020年該公司的汽車將能夠在高速公路上實現全自動駕駛。到2050年，自動駕駛汽車將會非常普及。
豐田目前正測試能在高速公路上自動駕駛的汽車，該公司相信，2020年這種汽車將能問世。但這種汽車並非全自動駕駛汽車。奧迪認為，自動駕駛技術成為現實約還需要20至30年的發展時間。在此之前，人類需要先解決法律、習慣、風俗等各種難題。
捷豹路虎則對自動駕駛技術持樂觀態度，該公司高管稱，不用10年自動駕駛時代就會到來。谷歌和特斯拉顯然也是如此。最誇張的是特斯拉的Elon Musk，他認為汽車在未來2至3年內就能實現完全自駕。
事實上Elon Musk認為，2至3年後，身在紐約的人能夠通過智慧手機召回停在洛杉磯的車。富豪覺得自己會是第一個讓自動駕駛汽車上路行駛的汽車製造商。該公司明年會在瑞典推出100輛自動駕駛汽車。不過這些汽車只能在有限的區域內實現完全自動駕駛。
看了這些公司的承諾，大家也許對自動駕駛汽車更有信心了。誠然，消費級自動駕駛汽車在10年內就會到來的承諾有些離譜，但不可否認，汽車技術正以我們難以想像的速度發展，新技術從出現到被廣泛應用的發展週期也越來越短。
就像福特說的那樣，“回頭看看，你就會知道汽車技術發展的有多快。2、3年前，提到自動駕駛大家都是半信半疑。後來，工程師開始開發這種技術。現在，它竟然就快變成現實了”。
換句話說，自動駕駛的未來可能會比我們預想的更快到來。到時候，大家只要系上安全帶，享受便好。