最全面的理解 | 工业互联网的前世今生

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  最近好长时间没有发文了,主要是工作进入状态后也逐渐忙了起来,今天就和大家分享一下对工业互联网的理解。
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  主要包括以下三个方面:用友介绍、工业互联网和工业互联网平台。

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  首先介绍一下用友。
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  用友成立于1988年,是全球领先的企业服务提供商。33年以来,用友持续专注在企业服务领域,致力于用创想与技术推动商业和社会进步。目前,用友在全球拥有230多家分支机构,员工超过18000人,携手9000多家生态伙伴,共同为企业和公共组织,提供业界领先的云服务及软件服务

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  用友33年的发展历程,大概分为三个阶段。用友1988年从部门级的财务软件起航,通过普及财务软件的应用,推动了40多万家中国企业的会计电算化进程,这是用友发展的1.0时期;从1998年开始,用友进入企业管理软件服务领域,为200多万家中国及亚太地区客户提供ERP软件,服务企业信息化发展,推动企业管理进步,这是用友发展的2.0时期。现在用友已经进入3.0时期,致力于构建和运营全球领先的商业创新平台和企业云服务平台,服务企业的数智化转型和商业创新

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  用友的价值主张主要是依托全新一代平台级产品YonBIP来实现。YonBIP用友商业创新平台,核心定位有两个,一方面是作为数智商业的应用基础设施,服务企业数智化,让商业创新,如此便捷;另一方面是作为企业服务产业的共创平台,赋能产业,实现生态共创、共生、共荣。

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  我们接下来让我一起看看工业互联网到底是什么。

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  试想一下如果我们的手机不能联网,是不是就和板砖一样,然而50年前,这样的信息孤岛却是这个世界的常态,直到美国阿帕网的诞生。它一开始用于军事目的,只是一张小型专用网络。后来连接了几所美国大学,逐渐变成民用。

  那在进入21世纪之后,互联网更是高速发展,尤其是智能手机出现后,开启了移动互联网时代,随着智能手机普及率的不断提升,人口红利趋近结束,移动互联网的发展已经接近饱和状态。

  于是,为了寻求新的方向,互联网的概念进一步扩展,从「生活服务」向「生产服务」的不断延伸。由此就出现了工业互联网的概念。

  与此同时,在工业界,随着数控、工控、软件、电子商务的发展,但是需要注意的是,这两个过程实际上并不是独立发展的,它们之间的交互作用也是与日俱增,逐渐从辅助作用到集成到融合。
  那为什么会出现这样的变化呢?我认为就是人们日益增长的个性化需求与成本居高不下之间的矛盾所驱使的,来催生出各种不同的生产模式和商业模式
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  可以看出,随着互联网的发展,已经衍生出了不同形式的互联网,我们平时口头上说的互联网实际上是指消费互联网,它和工业互联网政企互联网都只是真正的互联网的一部分。

  其实这里的工业互联网是不太准确的,应该叫产业互联网,那我为什么还这么写呢?是因为我觉得咱们平时说的工业互联网是一种广义的工业互联网,这里的工业不仅仅是制造业,而是包括医疗、能源、交通等整个垂直行业,因此就等同于产业互联网。

  与消费互联网相比,工业互联网有着诸多本质不同。

  一是连接对象不同。消费互联网主要连接人,场景相对简单。工业互联网连接人、机、物、系统以及全产业链、全价值链,连接数量远超消费互联网,场景更为复杂。

  二是技术要求不同。工业互联网直接涉及工业生产,要求传输网络的可靠性更高、安全性更强、时延更低。
  三是用户属性不同。消费互联网面向大众用户,用户共性需求强,但专业化程度相对较低。工业互联网面向千行百业,必须与各行业各领域技术、知识、经验、痛点紧密结合。

  上述特点决定了工业互联网的多元性、专业性、复杂性更为突出,正是这些特点就决定了工业互联网不会像消费互联网那样可以一蹴而就。

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  工业互联网的概念最早是由美国GE于2012年提出了,当时也给出了其初步定义。我国也非常重视工业互联网的发展,专门成立了工业互联网产业联盟,他们也提出了自己对工业互联网的理解。

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  虽然这些概念在表述上略有不同,但本质上是一样的,都是将机器、原材料、控制系统、信息系统、产品和人进行互联,通过对工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析,实现智能控制、运营优化和生产组织变革。可以看出,人和人的连接,就是传统的互联网;物和物(机器)之间的连接,就是近来发展迅速的物联网;所以说工业互联网既有物联网也有互联网。

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  有人说工业互联网是不是就是“工业+互联网”,或者说是工业的互联网?其实我认为这种观点是不对的,一方面工业互联网中的工业并不是侠义的单单指制造业,而是整个垂直行业,持有这种观点的人也往往认为工业就是制造业。另一方面,工业互联网也不是让工业“上网”这么简单,它首先通过连接(通信)技术,实现工业生产全流程要素资源的连接,然后通过计算技术,存储并运算数据,挖掘数据价值,优化生产流程,从而实现降本增效,因此工业和互联网一定不是简单的叠加,而是要发生化学反应,让工业上网只是工业互联网的一个最基本的前提而已。所以,工业互联网一定是传统工业全流程也就是我们说的OT与信息通信技术IT的深度融合,这两者之间必不可少的一定是数据,并且数据一定是流动的,数据流动所带来的的价值就是这个化学反应的结果。

  也有人认为工业互联网就是为了实现无人工厂。这显然不对啊,因为工业互联网的定义明确指出要将人、机、物连接起来,如果没有人怎么连接呢?那么人在工业互联网领域中到底起到什么作用呢?
加粗样式首先,工业互联网的最终目的就是为了满足社会和消费者的需求,如果不介入人,哪来的需求呢?所以说人是整个供需关系中的入口,人永远占据主导地位。

  第二,虽然体力和重复的工作很容易被机器或是人工智能取代,但一些具有创造性和匠心精神的工种,依然需依赖人的因素,否则谁来对设备和机器人进行编程和调试呢?

  第三,就算一个工厂或一条生产线完全实现了自动化,当客户的需求超出其柔性的范围后,相应的人的支持就不可能停止。

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除了工业互联网之外,我们平时还会听到很多类似的概念,他们之间有什么不同呢?最响亮的可能就是工业4.0了。他们之间有啥不同呢?

  1、国家不同

  2、基础不同,德国提出工业4.0是基于其强大的硬件基础,所以德国的战略,是以硬件为本,从硬到软。美国是依赖其强大的软件和信息化,以软件为本,从软到硬;

  3、环节不同,从产业链环节上看,工业4.0战略面向生产制造的**“硬”环节**,工业互联网战略面向分析服务的**“软”环节**。

  4、侧重不同,工业4.0立足于智能主题,偏重于生产与制造过程,实现高度灵活的个性化和数字化生产或服务。工业互联网则强调万物互联,除了生产制造过程,还重视设计、服务环节,旨在通过物联网、大数据等对设备和流程进行优化;

  5、核心不同,德国以CPS为核心,强调生产制造的过程“ 智能化”,工业互联网的核心是通过网络化,把整个工业系统都打穿,形成一个系统化的、能实现数据传输和应用的智能体系,其核心就是**“数据+应用**”,强调的是生产制造的效率。

  6、范围不同,工业4.0主要侧重于制造业,而工业互联网不仅关注工业基础,还涵盖多个垂直行业,如能源、医疗保健和建筑行业。

  那中国制造2025又是啥?工业4.0和工业互联网都是基于各自的国情而提出的,那么中国的国情是什么呢?中国是制造业大国,但是大而不强,虽然没有达到工业4.0的程度,但也是在努力的从工业2.0向工业3.0转变,因而也具备一定的工业基础,另一方面,中国的互联网生态那是真的强,可以凭借一部手机走天下,在软的方面其实也具备了一定的实力,所以我们一贯的作风是,取其精华,去其糟粕,博众家之所长,我们既借鉴德国工业4.0在制造方面的发展,也要在软件方面发挥信息技术的作用,进而提出了符合中国国情的中国制造2025。想想原来我们经常提的两化融合其实是更有这个味道的。

  第四次工业革命又是什么呢?第四次是相对于前面三次来说的,前面三次分别是蒸汽时代电气时代信息时代,有人说工业4.0就是第四次工业革命,但我认为,工业4.0的提出代表着第四次工业革命的开端比较合理,因为包括美国的先进制造计划、德国的工业4.0、中国制造2025、法国的新工业法国等等都是为了应对第四次工业革命,各国所采取的战略举措。

  智能制造定义为基于新一代信息技术,贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节,具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。我认为智能制造是目标,而上面的工业4.0、工业互联网、中国制造2025等都是技术、手段
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  这是工业互联网的体系架构,在该架构中,网络是基础,数据是核心,安全是保障。并且可以看出存在三个闭环(也就是图中三个红色的虚线圆圈)。

  首先是面向设备运行优化的闭环。通过工厂车间内的物联网系统采集机器操作数据和生产环境数据,再经过边缘计算进行分析,实现设备的动态智能调整和生产质量控制。

  然后是生产运营优化的闭环。其核心是基于上一层闭环中的数据分析结果,进行生产建模,仿真和分析,并将结论用于车间/工厂/企业的运营决策优化。

  最后是面向企业协同,用户交互及企业服务优化的闭环。这一层次的闭环终于走出了企业内部局域网的范围,真正实现了企业间的工业系统互联和数据共享。可用于企业之间的资源组织,商业活动创新,形成网络化协同,个性化定制,服务化延伸等新模式。
平台化设计、数字化管理等六大新模式。

  那用友在2.0erp时代实际上是主要围绕数据这个圈来对车间的数据进行管理,后来用友开始做MES,主要是围绕设备圈、运营优化圈和数据圈对车间工厂进行优化,而在现阶段,用友通过打造工业互联网平台围绕更多的是最外层这个圈

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  两个版本的体系架构,我认为工业互联网存在四大体系,分别为网络、数据、平台和安全

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  网络是基础,这是显而易见的,因为只有接入网络才能实现数据采集和监控,才能进行后续一系列基于数据的服务。网络包括三个方面的内容:网络互联、数据互通和标识解析

  网络互联可以从两个方面理解,我们需要使用什么网络进行接入,通常有有线和无线方式,互联到底连的什么,包括人机料法环、企业上下游、产品、用户等。

  数据互通主要是怎么通过协议、模型、语义的表达,使得异构系统间的数据相互理解。

  数据理解了还不够,信息共享和数据交互的实现还需要标识解析体系,目前这块也是咱们的重点工作,我呢也在负责标识解析的设计。

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  前面也提到过,数据是核心,包括感知控制、数字模型和决策优化。感知控制首先对数据进行感知和识别,然后沉淀为工业模型和数据模型,从而将物理世界的信息映射为虚拟世界的信息,并在此基础上进行数据挖掘和价值转化,形成决策优化,优化后的决策以指令信息的形式反馈到底层的控制和执行环节,对物理空间中的物产生影响。在此过程中就形成了自下而上的信息流自上而下的决策流

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  “平台”是工业全要素链接的枢纽,工业互联网的载体,它更像是一列满载货物的火车,挂载了工业互联网需要的所有要素。后面会单独介绍工业互联网平台,这里不做详细描述。

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  “安全”是保障,安全的作用不言而喻,这里也就不详细说了,就有具备足够的隐私和数据保护能力、保密性、完整性、可用性、可靠性,才能绝对的保证企业数据的安全。

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  刚才提到工业互联网平台就像是一列火车,那我们接下来看一下这列火车上到底挂载着什么。

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  这里首先给出了工业互联网平台的定义,如果改成简单句的话,就是工业互联网平台是工业云平台,所以工业互联网平台一定是在传统的工业云平台的基础上发展起来的。我们知道云平台具有强大的存储和计算能力,但是要发展成工业互联网平台还需要一些附加能力,比如数据采集能力、使能平台能力、知识复用能力和创新应用能力。

  可以看出,数据采集能力和存储计算能力针对的都是数据,而使能平台和知识复用针对的是模型,也就说这些数据要输入到哪里去,才能进行应用,即服务。所以用一句话概括,工业互联网平台的本质就是:数据+模型=服务

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  这是工业互联网平台的平台架构,包括  。之前我们说工业互联网平台是工业互联网的核心,那在这里工业PaaS是工业互联网平台的核心,因为工业PaaS可以通过工业数据建模和分析快速进行应用开发,所以工业数据建模与分析又是工业PaaS的核心

  那么相比较于传统的IT架构,工业互联网平台带来了几个方面的变化:

  一是数据从哪儿来变了。传统IT架构解决方案中,系统采集更多的是各类业务系统、产品模型、运行环境以及互联网的数据,但对工业互联网平台来说,最大的变化是实现了更多机器和设备的互联,工业互联网平台可以源源不断地采集到各类设备和机器的数据,实现了多种数据的集成。

  二是数据到哪儿去变了。传统IT架构解决方案中数据都汇集到本地各类业务系统中,这些系统大多是烟囱式、孤立的业务系统。与此不同的是,在工业互联网平台架构下,越来越多的数据汇聚到了云端,在云端进行数据的集中存储、管理和计算。

  三是模型怎么部署变了。传统IT架构解决方案中各类模型软件大多是一套复杂的一体化、整体式架构。对于工业互联网平台而言,各类机理模型和大数据分析模型主要以两种方式部署在云端:整体式架构和微服务架构,当前两种部署方式同时存在,但随着时间的推移,微服务架构将会成为主流。

  五是资源优化深度变了。与传统IT架构解决方案相比,工业互联网平台通过将更加及时、准确、完整的数据汇入到更加精准、科学、多元的模型中后,将会实现更深层次的制造资源优化配置,对物理世界认知和改造将从描述、诊断向预测、决策、优化不断演进。从最初基于数据的可视化、可描述,到基于信息的可诊断、可优化,再到基于知识的可预测、可决策。

  六是资源优化广度变了。传统IT架构更多面向单元级、系统级层面提供资源优化配置服务,而工业互联网平台通过各种各样以SaaS软件和工业APP形式呈现出来的服务,能够提供从单机设备、到生产线、到产业链、再到产业生态的系统之系统级优化,实现从局部优化到全局优化。

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  更为直观的,通过控制有所为有所不为,来实现不同形式的服务,而这些服务相比于传统的IT架构,都简化了用户的工作量。

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  那怎样才能实现工业互联网平台呢,也就是说需要哪些技术呢?这些技术包括数据集成边缘处理、IaaS、平台使能技术、数据处理技术、工业数据建模与分析技术和应用开发与微服务技术以及其他一些技术。下面将分别进行介绍。

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  物联网是通过感知、连接技术,实现对某个物联变量的数字化观测及数据应用,其需要支持设备接入、协议转换和边缘计算。

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  第二项技术就是5G技术,工业界当前采用的无线通信协议众多、各有不足且相对封闭,设备互联互通难,制约设备上云。而5G具有感知泛在、连接泛在、智能泛在的特点,有望成为未来工业互联网的网络基石。目前已在机器视觉、远程控制、远程现场等场景应用广泛。

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  IaaS主要是对网络、计算、存储等计算机资源进行管理,目前阿里、腾讯和华为都有相应的产品,用户一般直接采购现成的产品即可。

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  当我们把所有的人机物都接进来了,再通过像5G这样先进的通信技术把数据传输出来,那采集的数据量必定是巨大的,对于这些异构数据,就必须通过一定的手段进行集成,存储、建模和分析,这就是大数据技术。

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  微服务通常可以提高系统的鲁棒性,因此在应用开发和微服务技术方面也需要有一定的支撑。

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  工业数据建模也是很重要的,数据只有输入到模型中来产生结果进行优化、预测、运营等决策。通常有两种数据模型,运用数学统计、机器学习及最新的人工智能算法学习到的数学模型,可以实现面向历史数据、实时数据、时序数据的聚类、关联和预测分析;另一种是机理模型,利用机械、电子、物理、化学等领域专业知识,结合工业生产实践经验,基于已知工业机理构建各类模型,实现分析应用。

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  在企业信息化阶段,企业更多的是进行内部优化,而在工业互联网时代,这个优化的范围进一步扩大,真正走出了企业局域网范围,进行产业链上下游的协同。而要实现这种协同,就需要标识解析。工业互联网标识解析体系是工业互联网重要的网络基础设施,是支撑工业互联网互联互通的神经枢纽。其作用类似互联网的域名系统。工业互联网标识解析体系通过赋予每一个实体物品(产品、零部件、机器设备等)和虚拟资产(模型、算法、工艺等)唯一的“身份证”,实现全网资源的灵活区分和信息管理,是实现工业企业数据流通、信息交互的关键枢纽。

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  在安全方面也需要相应的技术来保证数据接入安全、平台安全和访问安全,这样企业才会大胆放心的接入工业互联网平台。

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  数字孪生也是一项非常重要的关键技术,我们通过物联网采集了大量数据,那么就可以根据这些数据来建立相应的仿真模型,如产品模型、生产系统模型和设备运营模型,在这些仿真模型上我们可以施加一些输入,来看看仿真模型是如何变化的,从而对运行状况进行预测,进行形成一些决策优化,这些优化后的决策友可以以指令的形式,下发到底层的控制与执行单元,从而对物理空间中的物产生影响,这就形成了自下而上的信息流和自上而下的信息流,因此数字孪生一定是双向的。

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  好,到现在,我们已经可以任意的采集数据了,数据也经过预处理了,数据也互联互通了,那怎么样才能形成决策呢?这时候就需要人工智能出马了。

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