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我国工业互联网技术路线与发展趋势研究

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我国工业互联网技术路线与发展趋势研究

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我国工业互联网技术路线与发展趋势研究

 

自2017年《国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》发布以来,国家高度重视工业互联网创新发展,“十四五”规划涉及了工业互联网三个方面的重点布局任务。因此,如何贯彻落实国家的战略要求,如何实现工业互联网赋能传统产业转型升级,各厂家应当如何结合自身特点,走什么样的技术发展路线,是我们当下研究任务的重中之重。

技术体系与发展路线

根据中科院对工业互联网最新的定义,即工业互联网是通过新型网络、人工智能、大数据等新一代信息技术在工业中的深度融合和创新应用,建立广泛连接人、机、物等各类生产要素的全球性网络,形成贯彻全产业链的实体联网、数据联网、服务联网的开发平台,是重塑工业生产制造与服务体系,实现产业数字化、网络化、智能化发展的重要基础设施。

这个新定义相比于较早的版本,强调了新一代信息技术指的是什么,还强调了工业互联网是全球性网络,是全产业链的实体联网、数据联网、服务联网的平台。之所以要这样强调,是为了引导制造业达成更深层次的升级转型。

因为在调研中,我们发现很多制造业厂商在面对数字化、网络化和智能化挑战的时候,比较愿意固守在老一代信息技术上,固守在工业控制领域,或固守在工厂内网,或固守在生产制造环节。按理说,工业互联网是第四次工业革命的基础设施,任何革命都需要颠覆性的革新。但是很多制造业厂商不愿意离开“舒适区”,不进行真正的改革,把自动化工厂说成是智能工厂,把工厂内网说成工业互联网,继续这样自欺欺人便很难跟上时代的步伐。

新一代信息通信技术是互联网技术,而非计算机技术,包括像光纤、5G这样的新型网络技术,包括像强化学习、对抗性神经网络这样的人工智能技术,包括像数据采集、存储、计算、分析这样的大数据技术,包括像云计算、云原生、云服务这样的云技术等。

从工业发展的角度来看,第一次工业革命是工业的机械化,借助以蒸汽为主的能源,用机器替代手工劳作。第二次工业革命是电气革命,让机器可以提供如电话这样更加精巧的功能。第三次工业革命是工业信息化的革命,以自动化技术为主要代表,实现机器全自动标准化批量生产,大大提高了生产力。在工业3.0的基础上,我们即将进入第四次工业革命,开启新一代工业信息化,将以工业数字化、网络化、智能化为方向,出现了像数字孪生、工业云、工业智能等新技术概念。工业互联网作为第四次工业革命的基础设施,以这些技术为核心技术的同时,也包含了工业3.0和新一代信息通信技术。

可见,工业互联网技术体系规模庞大,任何一个企业都不可能同时发展全部的技术。任何企业在向工业互联网企业转型的过程中都需要选择适合自己的技术发展路线。根据以上总结的技术体系,可以得出以下几条技术发展路线。

工业类企业向普惠金融领域发展

很多人知道工业互联网是由美国通用电气公司在2012年提出的,但不知道在通用电气牵头研究工业互联网的是一位经济学家,名叫马可·安努齐亚塔(Marco Annunziata),曾多次提出工业互联网解决的是发达国家经济增长停滞的问题。现在我们国家也意识到工业互联网不仅仅是基础设施,更是商业模式和工业生态,工业互联网不仅仅是“工业+互联网”,而是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的产物。现在,越来越多的人意识到工业和金融的融合是未来的趋势。

一般大型制造业企业在积累了一定闲置资本后,召开董事会做出金融决策,来为公司争取更多的利益。或更进一步,决策控股一个金融公司或项目组,由该公司或项目组独立运营金融业务,比如通用电气资本(GE Capital)、因特尔资本(Intel Capital)等。

普惠金融最大的难点在于风险控制。其一,金融机构风控的模式已经固化;其二,金融机构对其他行业了解较浅,很难准确判断贷款对象的价值;其三,在技术上还无法实现对借款企业有效的监测。而这些问题在工业类企业却得到很好的解决。工业类企业不存在固有的金融风控模式,工业类企业对自己供应链上下游的中小微企业了解相对较深,并且工业互联网技术也让对工业价值链的监控成为可能。

因此在工业互联网革命下,工业类企业实现产融结合反而比金融类企业更具有优势。以三一重工孵化的三一金票为例:湖南三一金票科技有限公司成立于2019年11月18日,由三一重工股份有限公司发起设立,简称“三一金票”,是国内首家工程机械行业提供供应链金融服务的平台,助力解决供应商融资难融资贵的现状,以实现产业金融结合。其中,所谓的“金票”是一种基于供应商对企业的应收账款的电子付款承诺函。由企业向供应商开具的“金票”,可以让供应商在三一金票平台上借到贷款。

这种基于应收账款的贷款模式,在一定程度上打破了传统金融机构的风控模式,应收账款在一定程度上可以体现借款企业的经营情况,然而这种模式离真正的产融结合还存在差距。

工业制造类企业与信息通信类企业相互转型发展

工业制造类和信息通信类企业相互转型的技术本质是工业的信息化,在工业互联网革命之前,这种转化就是存在的,但不够彻底。工业互联网是新一代的工业信息化,比之前融合得更加深入和彻底。也因此,工业类企业和信息通信类企业彼此融合是目前工业互联网革命大浪潮下最主要的旋律。

工业制造业可以按照生产模式分为流程型和离散型。调研发现,工业互联网在离散行业更体现出赋能效果。流程行业的产品往往通过连续的物理或化学方法加工原材料制得,其生产模式更加固化。离散行业的产品往往由多个零件经过一系列并不连续的工序的加工最终装配而成,汽车、家电、飞机、电子设备等属于离散工业产品。离散型制造经工业互联网赋能升级便产生了全新的生产模式,其中目前火热的正是C2M(Customer-to-Manufacturer,用户直连制造)。

工业制造类企业向工业互联网平台企业转型。这样的转型可以举的案例太多。在2019年工信部评选的十大双跨工业互联网平台中,包括海尔COSMPlat、东方国信Cloudiip、树根互联的根云平台、航天云网INDICS、浪潮In-Cloud、华为FusionPlant、富士康BEACON和徐工的汉云平台,八家都由制造业企业孵化而来,了解工业互联网行业的人对这些平台都已经非常熟悉了。经过今年的调研,发现另有两家工业制造类企业在工业互联网转型上颇有特色,一家是金风,另一家是美的。

新疆金风科技股份有限公司,简称“金风科技”,是国内首家具有自主研发生产完整风电装备的企业。金风目前通过数字孪生技术打造的工业互联网平台,可以有效全面分析当地的地理和气象状况并计算出风机搭设的最佳坐标,平台预测天气的准确度甚至高出国家的天气预报节目。

另一个案例美的,以家电产品广为人知,2020年位列《财富》世界500强企业名单第307位。美的的转型相比其他的制造业企业,更具备互联网的属性,比较亮眼的是2020年刚刚启动的美的智数平台。

美的智数全价值链运营示意图

工业制造类企业在往互联网转型过程中,第一步是要集成自己的资源,尤其是产品设计、生产、制造能力,以及供应链上下游和客户,实现一个自己的“朋友圈”。第二步是要把这套模式推广到万千企业,形成工业互联网通用性大平台。美的智数平台正是在已经打通第一步自身价值链的基础上,开始的第二步迈进。

美的作为我国老牌的家电企业,深谙工业制造类企业的痛点需求,其智能制造套系产品之APS,针对定制化需求,优化生产计划模式,驱动供应链协同,构建了从“C2M月度规划”到“订单交付”“生产备料”三层计划模式。美的的T+3模式以“以用户为中心”为践行理念,以用户和产品为导向,打通研发、制造、营销、服务端、市场端的链条。

美的APS系统示意图

更进一步,美的智数还为企业和个人提供云SaaS服务,包括SRM云、风控云、寻源云、进销存云、工业仿真等,致力于把小范围内的价值链循环拓展到互联网领域。

信息通信类企业向工业领域延伸。信息通信类企业在向工业垂直领域深耕时,本身携带互联网基因,拥有较为开放的机制,能更快适应工业互联网开放性的模式。但反过来,信息通信类企业最大的问题是对工业的理解浮于表层。信息通信类公司在转型时经常对To B和To C两种模式作比较,认为C端的共性需求更多,比如听歌、购物,而B端的共性需求少,差异化大。实际上,这是因为服务提供者自己就是C端,很容易找到自己的共性需求。B端的共性需求其实也很多,但信息通信类企业不了解工业企业,才会出现提供的功能无法根本性满足工业类企业。

拿工业电商举例,阿里巴巴的1688、京东工业品、百度的爱采购都有此类问题,因为工业对供应链原材料或零件的质量要求非常高,如果平台自身无法把控平台上工业品的质量,就难以打入工业真正核心的领域。相比而言,有色金属网、震坤行和云汉芯城在工业界都要更具影响力。

自动化企业向数字化、网络化、智能化方向发展

自动化企业在本文不是指能够实现自动化的企业,而是专门提供自动化解决方案的企业,比如西门子、ABB、施耐德、和利时等。有一些人分不清自动化和工业互联网,自动化是工业3.0的成熟模式,而工业互联网是工业4.0的基石。自动化和工业互联网存在一定的重合,然而本质上来说自动化中核心的信息技术是计算机技术,工业互联网中核心的信息技术是互联网技术。

从表象上来看,自动化生产的特点是无人、流程固定和快。而工业互联网赋能的生产是在无人和快的基础上,还能实现数据监控和网络协调,甚至进一步实现柔性智能。工业互联网是在自动化实现的基础上,进一步的信息化,是工业的数字化、网络化和智能化。数字化是网络化和智能化的基础,智能化是工业4.0最有价值的目标,是工业互联网最核心的驱动。因此自动化企业转型的方向是从提供自动化解决方案,升级为能够提供工业数字化、工业网络化、工业智能化的解决方案。

有的企业为了噱头,把自动化工厂宣传为智能工厂。以全球自动化行业第一巨头西门子为案例,西门子专门设立了西门子Advanta模块来应对工业数字化挑战,确保其用户在数字化转型的赛跑中始终领先。可见,世界最先进的自动化企业仍处于工业4.0最基本的数字化阶段的摸索时期。

工业软件类企业向平台方向发展

有一种观点认为工业互联网是以工业软件为驱动的,虽然此观点尚需讨论,但毫无疑问的是,工业软件正是统一了工业的共性需求而集成出的解决方案。工业软件类的公司属于信息通信行业,相比于工业制造类公司,更具有互联网行业的形态特征。相比其他信息通信公司,对工业更了解。从工业软件到工业互联网平台,只需要把软件平台化,把以前零散的数据整合,这条路线在文中提到的四类发展路线中是最顺理成章的。可惜的是,我国工业软件发展在世界处于落后位置,国内缺乏实力强大的工业软件类企业。2020年7月美云智数打造了国内第一款拥有自主产权的工业仿真软件MIoT.VC,并在逐步平台化。

这种发展路线,以法国的达索系统的3DExperience为相对成熟的案例,达索系统公司把它曾经推出的多款产品,如SolidWorks,CATIA,SIMULIA,DELMIA,ENOVIA 和3DVIA 等,都集成到了它的3DExperience平台,提供公有的或私有的云服务。用户可以在一个平台上使用所有的软件功能,所有使用的记录会统一保存在云端,在各个环节打通,所有从设计到研发再到制造,以及产品和项目全流程的管理的数据都能够清楚地掌控。

成熟模式与发展趋势

虽然工业互联网行业呈现出一片繁荣景象,但所有调研的案例都没有真正达到工业互联网理想的模式。按照技术路线的推理,工业互联网成熟形态至少包含以下四大类。

工业互联网产融结合

刚才介绍的三一金票确实是我国工业制造类企业向普惠金融探索最先进的例子,但也确实没有真正实现产融结合。成熟的产融结合是通过打通全产业链的工业和金融数据,实现产业全周期、系统性的透明,真正把风险控制的黑箱变成白箱。借款企业的应收账款证明只是产业链上的一个节点,而且是比较显性的节点。而一个企业的核心价值不在于它的应收账款,在于它的技术、在于它的设计、在于它的产品。产融结合的目的是让借款方能够把自己真实的价值展示出来,用价值来为自己赢得资源。从这个角度看,相比起三一金票,美国的Kickstarter(众筹平台)更接近于理想的产融平台。

工业互联网综合大平台

应该说,全世界到目前都没有形成一个工业互联网综合性的大平台,所有现有的平台都处于初级阶段。有的平台仅限于某一行业或领域,比如铁路、家电。有的平台汇集了很多行业领域,但是做不到深耕。所以目前工业互联网还没有受到市场广泛的关注。很多人说工业互联网“上热下冷”,是政府端热,产业端冷,供给端热,需求端冷。这种现象很正常,在20世纪90年代我国消费互联网刚刚启蒙的时候,淘宝上也没有几家企业入驻。工业互联网行业能出现像消费互联网的谷歌、百度、腾讯、淘宝,还需要再等几年。一是等企业自身技术路线发展成熟,能够提供解决产业痛点的服务,二是等市场端越来越多的企业和个人通过使用平台受益,让星星之火终于燎原。

工业智能/工业大脑

有一种观点是“工业互联网是由工业软件驱动的”,还有一种观点是“工业互联网是由人工智能驱动的”。这两种观点的底层逻辑都是工业数据的汇聚必须要有价值才会趋于汇聚。这两种观点有很大的重合点,因为很多新的工业软件都混合了人工智能技术,并且工业智能被认为是工业知识和人工智能的综合体现。用工业知识解决问题是白箱模式,用人工智能算法解决问题是黑箱模式,现在在很多工业场景,工程师已经开始运用以白箱为主,黑箱为辅的模式来解决问题。

工业互联网的定义一直在随着时间变化,起初工业互联网只是网络设施,后来工业互联网的内容扩大到工业4.0发展方向中的网络化,再后来被逐渐扩大到包含数字化、网络化和智能化全部的内容,现在已经扩展到不仅仅是技术革命,更是经济革命和产业革命。因此,工业智能应该算工业互联网的成熟模式之一。在未来,工业智能会成为一套完整的工业从设计到生产到制造再到销售等环节的解决方案。

智能工厂

真正的智能工厂是万能的,就像电影中钢铁侠的工厂。首先要具备足够的柔性能力,可以想生产什么就生产什么。其次可以自我协同,并且还可以通过网络实现和外界的互联。智能工厂适合离散行业的商业模式正是C2M,也就是用户端可以选择自己想要产品的样子,工厂就可以生产出相应的产品。美的的C2M模式取得了很好的效果,让用户参与到了产品的设计阶段。美的如果能再往前走一步,就可以更进一步实现用户的个性化定制生产。走这一步要解决的核心技术难点在于实现柔性生产,最简单的柔性是外观上的,更难的柔性是尺寸上的,最难的柔性是功能上的。

智能工厂在工业互联网和智能制造的全面融合下诞生,将成为工业4.0最主要的形态之一,并彻底改变生产模式和人类生活。

我国工业互联网创新发展

国内发展工业互联网的气势已经超过了世界上任何一个国家,跟着国家的方向一定没有错,但是抬起的一定是脚步,而不是嘴巴。现在国内绝大多数企业的发展方向都是合理的,但在成果上看虚大于实。企业如果没有实现效益,不应该抱怨市场冷,因为真正有价值的东西一定是能够被市场接受的。很多企业开展工业互联网瞄准龙头企业,但龙头企业的模式往往已经固化。互联网的精神是一种普惠精神、是一种共享精神。想要真正实现工业互联网,还是要从千千万万的中小微企业入手。即使无法一步跃为大平台,也可以先形成小集群,再一点点合并。

想要改变人类的生产方式,是一项伟大而艰巨的任务。工业互联网革命什么时候真正实现呢?并不是几个成熟的模式建起来,工业互联网就实现了。而是人人都知道了,科创板上热起来了,证明人类的生活已经被工业互联网改变,才是工业互联网创新发展胜利的终点。(作者:中国工业互联网研究院 许雪荷   来源:中国工业和信息化)

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