作者:黃振林 和利時(shí)科技集團(tuán)有限公司智能數(shù)字化工業(yè)總經(jīng)理
賈 峰和利時(shí)科技集團(tuán)有限公司公共事務(wù)部總經(jīng)理、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書(shū)長(zhǎng)
1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)
1.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的浪潮來(lái)襲
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物,是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施,通過(guò)人、機(jī)、物的全面互聯(lián),全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈的全面鏈接,推動(dòng)形成全新的工業(yè)生產(chǎn)制造和服務(wù)體系,成為工業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵依托、重要途徑、全新生態(tài)。
2017年以來(lái),我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展總體處于“起步期”,2021-2023年是我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的“快速成長(zhǎng)期”;這將成為行業(yè)內(nèi)顯著共識(shí)。
2021年是“十四五”規(guī)劃開(kāi)局之年,也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新的三年建設(shè)的起步之年,為進(jìn)一步貫徹落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院部署,深入推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)加快落地實(shí)施,工業(yè)和信息化部會(huì)同相關(guān)部門,制定了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2021-2023年)》,作為未來(lái)三年的指導(dǎo)性文件,現(xiàn)正式發(fā)布實(shí)施。
1.2發(fā)展趨勢(shì)
到2023年,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)量質(zhì)并進(jìn),新模式、新業(yè)態(tài)大范圍推廣,產(chǎn)業(yè)綜合實(shí)力顯著提升。
新型基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)一步完善。覆蓋各地區(qū)、各行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施初步建成,在10個(gè)重點(diǎn)行業(yè)打造30個(gè)5G全連接工廠。標(biāo)識(shí)解析體系創(chuàng)新賦能效應(yīng)凸顯,二級(jí)節(jié)點(diǎn)達(dá)到120個(gè)以上。打造3~5個(gè)具有國(guó)際影響力的綜合型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。基本建成國(guó)家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心體系,建設(shè)20個(gè)區(qū)域級(jí)分中心和10個(gè)行業(yè)級(jí)分中心。
融合應(yīng)用成效進(jìn)一步彰顯。智能化制造、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸、數(shù)字化管理等新模式新業(yè)態(tài)廣泛普及。重點(diǎn)企業(yè)生產(chǎn)效率提高20%以上,新模式應(yīng)用普及率達(dá)到30%,制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展基礎(chǔ)更加堅(jiān)實(shí),提質(zhì)、增效、降本、綠色、安全發(fā)展成效不斷提升。
技術(shù)創(chuàng)新能力進(jìn)一步提升。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)創(chuàng)新能力顯著提升,網(wǎng)絡(luò)、標(biāo)識(shí)、平臺(tái)、安全等領(lǐng)域一批關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化突破,工業(yè)芯片、工業(yè)軟件、工業(yè)控制系統(tǒng)等供給能力明顯增強(qiáng)。基本建立統(tǒng)一、融合、開(kāi)放的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系,關(guān)鍵領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)研制取得突破。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)進(jìn)一步健全。培育發(fā)展40個(gè)以上主營(yíng)業(yè)務(wù)收入超10億元的創(chuàng)新型領(lǐng)軍企業(yè),形成1~2家具有國(guó)際影響力的龍頭企業(yè)。培育5個(gè)國(guó)家級(jí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)示范基地,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈現(xiàn)代化水平提升。
安全保障能力進(jìn)一步增強(qiáng)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全分類分級(jí)管理有效實(shí)施,聚焦重點(diǎn)工業(yè)領(lǐng)域打造200家貫標(biāo)示范企業(yè)和100個(gè)優(yōu)秀解決方案。培育一批綜合實(shí)力強(qiáng)的安全服務(wù)龍頭企業(yè),打造一批工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全創(chuàng)新示范園區(qū)。基本建成覆蓋全網(wǎng)、多方聯(lián)動(dòng)、運(yùn)行高效的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)監(jiān)測(cè)服務(wù)體系。
1.3玩家角色的分類
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在政府推動(dòng)和產(chǎn)業(yè)新態(tài)勢(shì)急迫需求的雙面帶動(dòng)下,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)卷入工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,“新基建”,甚至是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的潮流中,并成為洪流舞臺(tái)上不可或缺的“角兒”。
伴隨工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和云基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),以及云原生的開(kāi)發(fā)架構(gòu)和微服務(wù)模式的流行,各個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)玩家正結(jié)合自身的產(chǎn)品體系和商業(yè)模式,找尋合適自己的角色定位,謀取還未成型固定但暗潮涌動(dòng)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)舞臺(tái)的一席之地。
1.1.1國(guó)內(nèi)大佬玩家
在工業(yè)特定行業(yè)積淀了豐富經(jīng)驗(yàn)的自動(dòng)化企業(yè),迎著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)浪潮,借助工業(yè)操作系統(tǒng),演變成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)鏈緊密結(jié)合的新道路。自動(dòng)化企業(yè)以各自的產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的某階段,借助傳感器-數(shù)采-監(jiān)控的思路,形成組態(tài)監(jiān)測(cè)。再結(jié)合不同的行業(yè)場(chǎng)景,比如電力、食品醫(yī)藥、交通運(yùn)輸、工業(yè)制造、鋼鐵、水務(wù)、礦山等行業(yè),自動(dòng)化企業(yè)逐步轉(zhuǎn)型為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。
國(guó)內(nèi)自主可控的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)單位包括:
1、自動(dòng)化企業(yè):和利時(shí)、中控;
2、ICT企業(yè):華為、阿里、浪潮;
3、軟件企業(yè):用友、石化盈科、東方國(guó)信、寶信;
4、制造業(yè)企業(yè):富士康、樹(shù)根、航天云網(wǎng)、海爾、美的;
自動(dòng)化企業(yè)以和利時(shí)為例,擁有工業(yè)路由、智能網(wǎng)關(guān)、邊緣控制器等系列產(chǎn)品,憑借大量工業(yè)制造流程和離散行業(yè)的服務(wù)經(jīng)驗(yàn),積淀了大量的行業(yè)解決方案,發(fā)布了工業(yè)操作系統(tǒng),已經(jīng)由工控企業(yè)演變成大佬玩家的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。
1.1.2國(guó)外重量玩家
通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)全流程,全價(jià)值鏈的整體覆蓋。面向流程行業(yè)和離散制造業(yè),提供包括數(shù)字化產(chǎn)品,數(shù)字化項(xiàng)目實(shí)施、數(shù)據(jù)增值服務(wù),從而賦能客戶實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)-生產(chǎn)物理數(shù)字規(guī)劃-生產(chǎn)工程-生產(chǎn)制造-物流配送-服務(wù)的產(chǎn)品全生命周期端到端的服務(wù)。國(guó)外重量級(jí)玩家很多也是自動(dòng)化企業(yè)出身,典型的比如西門子、博世、羅克韋爾、GE等。
2.和利時(shí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展
和利時(shí)近三十余年始終圍繞工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造和企業(yè)運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)、產(chǎn)品和服務(wù),累計(jì)實(shí)施了幾萬(wàn)個(gè)各類工業(yè)自動(dòng)化和信息化項(xiàng)目,具有雄厚扎實(shí)的工業(yè)基因,在包括流程、離散和運(yùn)營(yíng)等不同類型工業(yè)領(lǐng)域和門類。
早在2016年,和利時(shí)就將工業(yè)制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為主攻方向?qū)嵤?zhàn)略轉(zhuǎn)型,打造具有工業(yè)基因特色的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),不斷加大投資和研發(fā),基于信息物理系統(tǒng)(CPS)理念構(gòu)建起和利時(shí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)HolliCube,即“云-邊-端”三層協(xié)同的新一代工業(yè)智能技術(shù)和服務(wù)體系。
基于新一代信息技術(shù),構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)端邊云一體化的數(shù)字化工業(yè)解決方案,建設(shè)由邊緣實(shí)時(shí)計(jì)算層、工業(yè)PaaS層和工業(yè)SaaS層構(gòu)成的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),致力于賦能企業(yè)數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型,服務(wù)大型央企(典型如華潤(rùn)集團(tuán)、中建材、中移動(dòng)等)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型、區(qū)域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)、流程行業(yè)和離散行業(yè)企業(yè)智能工廠打造,是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)者和賦能者。平臺(tái)具備企業(yè)生產(chǎn)要素建模、異構(gòu)數(shù)據(jù)融合、信息模型和機(jī)理模型、業(yè)務(wù)流程承載、創(chuàng)新應(yīng)用快速開(kāi)發(fā)能力,以及基于大數(shù)據(jù)和人工智能的優(yōu)化運(yùn)營(yíng),實(shí)現(xiàn)企業(yè)縱向生產(chǎn)制造、橫向產(chǎn)供銷以及端到端產(chǎn)品價(jià)值的三大集成。
和利時(shí)的優(yōu)勢(shì)在于其對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)、工業(yè)機(jī)理、工業(yè)應(yīng)用工具的深刻理解和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的長(zhǎng)期積累,也積累了大量工業(yè)知識(shí),能夠把握制造類企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求。近年來(lái),和利時(shí)經(jīng)過(guò)大量的案例實(shí)踐,已經(jīng)探索出一套基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型頂層設(shè)計(jì)、落地實(shí)施的完整解決方案,并成功在裝備制造、智慧水務(wù)、智慧礦山、家電電子、食品醫(yī)藥、水泥等行業(yè)助力多家企業(yè)達(dá)成中國(guó)智能制造標(biāo)桿。
除此之外,和利時(shí)還為大量大型企業(yè)客戶和地方政府建設(shè)行業(yè)和區(qū)域級(jí)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),為中小企業(yè)建設(shè)基礎(chǔ)信息化,如設(shè)備管理、數(shù)據(jù)采集與分析應(yīng)用、能源管理,以及基本業(yè)務(wù)流程管理等,真正幫助工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)“提質(zhì)增效降本減存”,提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
2.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)體系架構(gòu)
和利時(shí)積極參與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的各項(xiàng)工作,也參與了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)白皮書(shū)》的”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)”起草,該平臺(tái)采用了一個(gè)融合邊緣計(jì)算和云計(jì)算的三層基礎(chǔ)架構(gòu)。集成平臺(tái)架構(gòu)中既有不同的體系結(jié)構(gòu),又在信息模型、服務(wù)接口和服務(wù)編排部署等方面實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合。
邊緣層在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的邊緣側(cè),一方面,通過(guò)大范圍、深層次的數(shù)據(jù)采集,以及異構(gòu)數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)換與邊緣處理,構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),包括通過(guò)各類通信手段接入不同的設(shè)備、系統(tǒng)和產(chǎn)品,采集海量數(shù)據(jù),以及依托協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的歸一化和邊緣集成;另一方面,邊緣層融合網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、計(jì)算、應(yīng)用核心能力,就近提供數(shù)據(jù)分析和業(yè)務(wù)自動(dòng)化處理等邊緣智能服務(wù),滿足車間或廠站級(jí)智能生產(chǎn)和智能控制,設(shè)備保護(hù)、過(guò)程控制、運(yùn)行監(jiān)控等多種確定性低時(shí)延工業(yè)應(yīng)用要求。最終,邊緣層會(huì)利用邊緣計(jì)算設(shè)備實(shí)現(xiàn)底層數(shù)據(jù)的匯聚處理,優(yōu)化分析和邊緣應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向云端平臺(tái)的集成。
基礎(chǔ)設(shè)施層上疊加工業(yè)模型、數(shù)據(jù)管理、大數(shù)據(jù)處理、工業(yè)數(shù)據(jù)分析、工業(yè)微服務(wù)等創(chuàng)新功能,構(gòu)建可擴(kuò)展的開(kāi)放式云操作系統(tǒng)。工業(yè)PaaS層主要有以下三個(gè)功能:一是提供工業(yè)數(shù)據(jù)管理能力,將數(shù)據(jù)科學(xué)與工業(yè)機(jī)理結(jié)合,幫助制造企業(yè)構(gòu)建工業(yè)數(shù)據(jù)分析能力,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘;二是將大量的工業(yè)技術(shù)原理、行業(yè)知識(shí)、基礎(chǔ)工藝、模型工具等規(guī)則化、軟件化、模型化,封裝成為微服務(wù)組件,供開(kāi)發(fā)者重復(fù)使用;三是提供資源管理、服務(wù)編排、鏡像部署、工程管理、配置管理等平臺(tái)運(yùn)維管理服務(wù);四是構(gòu)建應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境,借助微服務(wù)組件和工業(yè)建模和應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具,幫助用戶快速構(gòu)建定制化的工業(yè)APP。
工業(yè)SaaS層針對(duì)特定的工業(yè)場(chǎng)景,通過(guò)調(diào)用邊緣層和平臺(tái)層的微服務(wù),推動(dòng)工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和最佳實(shí)踐的模型化、軟件化和再封裝,從而形成滿足不同行業(yè)、不同場(chǎng)景的工業(yè)APP,形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的最終使用價(jià)值。一方面,應(yīng)用層可以提供設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等一系列創(chuàng)新性業(yè)務(wù)應(yīng)用;另一方面,應(yīng)用層可以構(gòu)建良好的工業(yè)APP創(chuàng)新環(huán)境,使開(kāi)發(fā)者基于平臺(tái)數(shù)據(jù)及工業(yè)PaaS層和邊緣層提供的微服務(wù)功能實(shí)現(xiàn)快速應(yīng)用創(chuàng)新。
2.2工業(yè)軟件是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的外顯
工業(yè)APP開(kāi)發(fā)者從經(jīng)驗(yàn)或數(shù)據(jù)中抽取出知識(shí),通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的軟件開(kāi)發(fā)工具將知識(shí)轉(zhuǎn)化為APP軟件。平臺(tái)具備工業(yè)APP開(kāi)發(fā)、測(cè)試、部署和發(fā)布應(yīng)用的能力,提供工程管理、資源管理、服務(wù)管理、數(shù)據(jù)管理、數(shù)字孿生建模、HMI前端設(shè)計(jì)、機(jī)理算法編排等簡(jiǎn)單易用的開(kāi)發(fā)工具,可支撐通過(guò)拖、拉、拽的方式快速開(kāi)發(fā)工業(yè)APP。
邊緣層提供完整的APP應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境,既可以與第三方云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同運(yùn)行和統(tǒng)一管控,也可以脫離云平臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行維護(hù),滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的分期分段施工要求。
面向不同的行業(yè)和領(lǐng)域(醫(yī)藥、制造、化工等),和利時(shí)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),已經(jīng)面對(duì)不同的場(chǎng)景搭建了面向生產(chǎn)、物料管理、設(shè)備管理等多個(gè)工業(yè)應(yīng)用。
2.3工業(yè)模型是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)核
工業(yè)模型是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的核心,為平臺(tái)上應(yīng)用的成功運(yùn)行提供支持。和利時(shí)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供設(shè)備模型、機(jī)理模型、數(shù)據(jù)模型等,采用“數(shù)、用”分離實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的價(jià)值。
建好的模型被封裝成微服務(wù)運(yùn)行在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上,比如來(lái)自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的運(yùn)行,模型的輸出結(jié)果主要下達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)控制系統(tǒng)中執(zhí)行調(diào)控操作。
平臺(tái)提供快速建模工具,工業(yè)云的模型通過(guò)可視化的建模工具進(jìn)行設(shè)置,基本功能包括:模型庫(kù)管理、模型編輯、對(duì)象編輯、訂閱管理等功能。如下圖:
以圖形化的顯示如下圖:
比如立式泵的工業(yè)模型如上圖所示,包括了可視化三維建模和物理信息的機(jī)理模型。
機(jī)理模型微服務(wù)采用輕量級(jí)的Docker容器封裝,實(shí)現(xiàn)與操作系統(tǒng)內(nèi)核資源的隔離和標(biāo)準(zhǔn)化包裝,提高服務(wù)的可移植性,支持開(kāi)發(fā)測(cè)試和部署運(yùn)維的一體化(Devops),滿足持續(xù)集成和持續(xù)交付要求。機(jī)理模型微服務(wù)對(duì)外提供HTTP Rest API接口,主要包括模型運(yùn)行控制、模型參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)、事件接口等。
應(yīng)用案例如下:
1、智慧電廠:和利時(shí)公司以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)
HolliCube為主,采用大數(shù)據(jù)以及沉淀多年的電廠功能模型包,協(xié)助客戶建設(shè)一個(gè)智能電廠智慧管理平臺(tái)、實(shí)現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙及智能決策、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、性能分析和運(yùn)行優(yōu)化、設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)、機(jī)組級(jí)優(yōu)化控制五大應(yīng)用。
2、智慧水務(wù):和利時(shí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過(guò)構(gòu)建各類水廠、工藝、設(shè)備設(shè)施的資產(chǎn)模型和優(yōu)化模型,支撐行業(yè)專家、管理人員快速進(jìn)行水務(wù)行業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)。通過(guò)智慧水務(wù)平臺(tái)建設(shè),該水務(wù)集團(tuán)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一信息化平臺(tái),實(shí)時(shí)掌握各個(gè)水廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)、控制各水廠成本差異。同時(shí),平臺(tái)對(duì)集團(tuán)旗下各水廠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,可以根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)及水量自動(dòng)調(diào)整工況,智能控制設(shè)備啟停。
3、智慧礦山:通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的煤礦設(shè)備模型、煤礦工藝模型、煤礦安全模型、煤礦算法庫(kù)等實(shí)現(xiàn)煤礦大數(shù)據(jù)分析決策、自主學(xué)習(xí)和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè);最終決策結(jié)果通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)下達(dá)到煤礦各種資源、設(shè)備,進(jìn)行協(xié)同控制。