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智能制造的三个支点(中篇):产品、配备和进程

发布者:丁悦明
导读智能制造开展的进程中,作为行业外的察看者,我们更多讨论了行业的开展趋向与行业的开展阶段,从而判别智能制造行业哪里将呈现时机。不过关于行业而言,更重要的是,应该以哪些重点与支点,对传统制造业停止智能化改造。在《论智能制造》系列中的“论智能制造的三个阶段”中,谈到了对三个阶段的根本看法。而如何施行智能制造,则需求思索智能制造的三个支点:产品、配备和进程。 第一个需求思索的是推进智能制造的目的是什么。显
智能制造的三个支点(中篇):产品、装备和过程

智能制造开展的进程中,作为行业外的察看者,我们更多讨论了行业的开展趋向与行业的开展阶段,从而判别智能制造行业哪里将呈现时机。不过关于行业而言,更重要的是,应该以哪些重点与支点,对传统制造业停止智能化改造。


在《论 智能制造 》系列中的“论智能制造的三个阶段”中,谈到了对三个阶段的根本看法。而如何施行智能制造,则需求思索智能制造的三个支点:产品、配备和进程。 

第一个需求思索的是推进智能制造的目的是什么。显然,企业追求的是产品,而不是要把企业搞的有多时兴。企业销售产品的时分,不是要宣传企业的消费线有多美丽、多古代,而一定要阐明这个产品的价值何在。产品是企业面向社会的表现。智能制造的目的是产品,而不是智能制造自身。因而,产品的智能化是企业必需思索的首要成绩之一。智能制造假如不能消费出智能的产品,智能制培养得到了时代的意义。而且,企业的产品假如不是智能化的,产品和企业今后被淘汰的能够性就很大。

第二个支点是配备,消费进程(包括研发、设计)中的每一个关键环节上的配备,一定要智能化。假如这个智能化完成不了,休息消费力和休息效率就不能够失掉很大进步,企业能够就没有竞争力。不是数字化、网络化和智能化的消费配备,就不是这个时代的先进制造配备。而且,假如设备没有智能化,也能够无法消费出企业想要消费的智能化产品。

第三个支点是企业消费进程的智能化成绩。配备智能化处理的是消费进程中“点”的智能化成绩;企业只要完成消费全进程的智能化,才干完成企业全局的智能化,才干够完成智能化效益的最大化。

智能产品 是第一支点

一个机床消费厂,消费配备和进程假如都是智能化的,而它消费出来的机床却是普通的机床,没有智能化的要素,那么这个机床厂的出路就十分堪忧。由于,他本人都不会去购置这样不够智能化的机床。

因而,任何一个企业在思索其智能制造如何开展的时分,首先应该想到的是本人的产品怎样完成智能化。即便消费进程没有局部或全部完成智能化,可以把智能的产品做出来,那么企业还是应该首先思索产品的智能化成绩。

产品的智能化,是经过产品中包括有各种复杂水平不等的计算机零碎,尤其是嵌入式零碎,来完成的。嵌入式零碎不只可以成为智能制造最重要最具有代表性的技术,而且会构成一个庞大的产业链。中国的嵌入式零碎,开展的速度比拟迟缓——虽然起步并不晚。产品所用的嵌入式零碎,绝大少数关于芯片的要求都不一定特别高,普通也就是几十纳米到上百纳米,甚至层次再低一点,也或许够用。因而,技术难度并不大。

产品智能化是当今计算技术开展的一个新的严重趋向。计算技术创造的初衷是为了迷信计算。然后,开展为支持人类各种业务活动的信息处置和传达,即业务计算。业务计算的掩盖范围曾经比迷信计算要大得多。上世纪90年代当前,随着互联网的开展,QQ、微信、facebook等开端崛起,计算技术渗入了人们的社会生活,大大地推进了社会计算的开展,计算技术的使用掩盖范围则更进一步扩展。如今,计算技术开端向各种产品范畴浸透,提升产品的智能化程度。智能产品数以百亿,甚至千亿计,产品计算的掩盖范围可以说是“无远弗届”,一定会给整个IT产业带来宏大的变化。因而,计算技术使用的下一个热点,是产品计算。一切的产品都要水平不等地走向智能化,计算都有能够参与其中。这一点,跟工业互联网疾速开展的需求有很大的关系。 

如今的智能产品跟以前所谓的嵌入式零碎功用需求还不完全一样,次要功用表现在三个方面。第一个是传感,产品需求可以感受内部的状况变化,或许可以整合产品外部的数据。第二个是计算,包括产品自身的操作零碎,以及产品运用的各种使用零碎。例如,从数据剖析到高端计算——也就是 人工智能 。第三个是联网,随着全球物联网的开展,产品能够具有雾计算、边缘计算和 云计算 相联合的功用。因而,新一代的智能产品,跟以前讲的嵌入式零碎的概念曾经大不相反。 

智能配备 是最大难点

配备是智能制造最大的难点。消费配备普通都比拟复杂,而且批量能够不大,所采用的工业软件也往往十分复杂。这使得消费本钱很高,市场很小,因而,情愿或有实力从事智能配备制造的企业并不多。而且,由于配备的开发周期长,招致企业运营的风险很大。另外,配备制造的难点很大水平上是在软配备下面,即以工业软件为代表的软配备,包括CAD/CAE这样的软件工具。没有软配备,就不能够有“数字化、网络化、智能化”。抽去软件,信息化的一切效果都不复存在。工业软件首先是一个工业产品,而且往往是高端工业产品。这是中国制造2025次要的难点,而工业界对这一点的看法,还很不充沛。

进程智能化

兴旺国度的制造业在消费配备智能化这一点上,曾经十分抢先。尤其是日本和德国,曾经根本上垄断了全球严重制造业消费配备的市场简单来说,创业有四步:一创意、二技术、三产品、四市场。对于停留在‘创意’阶段的团队,你们的难点不在于找钱,而在于找人。”结合自身微软背景及创业经验。。而智能制造的下一步的开展,就是要完成进程的智能化,完成从配备这个“点”向进程这条“线”的开展。

进程智能化最典型的代表,正是工业4.0和工业互联网的斗争目的。工业4.0提出,企业的信息零碎要走向一体化,包括纵向一体化和横向一体化。纵向一体化就是《三论智能制造》的系列之一中提到的企业的外部网,而横向一体化正是企业的内部网。如今,要把外部网和内部网完全整合在一同,将数据完全打通。 

智能制造的三个支点(中篇):产品、装备和过程

(外部网和内部网的一体化)

此外,要把整合之后的零碎,打形成一个智能物理零碎(Cyber-Physical-System, CPS)。这里的Cyber意指计算机或计算机网络。在很多古代化企业里,不论外部网或内部网,都还只是一个独立的计算机网络或许零碎,或许完成了初步的整合。如何跟企业这个物理实体融为一体,无效地运转,是一门大学问。美国国度迷信基金(NSF)在2006年的一个报告中指出,现有的、工业时代开展出来的零碎迷信(包括零碎工程实际),还不能很好地答复这类成绩。他们以为,企业这个物理实体与其内含的计算机和网络零碎如何协同分歧、高效准确的任务,如何加强这类零碎的顺应性、自主性、功用性、牢靠性、平安性、可用性和效率,将会开展成为一个新的零碎工程学,是美国需求重点开展的前沿命题。实践上,美国关于CPS的研讨报告十分多,对这个命题十分关注。

进程智能化的完成

工业4.0或许工业互联网的目的,不只要把外部网、内部网连起来,而且要变成一个智能物理零碎(CPS)。二者都可以经过一个“5C(五层)”构造来表述。

最上面一层是智慧的衔接层,第二层是数据转换成信息,第三层是Cyber层,是企业的云计算数据中心。在这里,需求把第二层处置所得的无效数据,与企业计算机零碎中绝对应的希冀值做比照剖析。第四层是认知层,依据比照差别,找到成绩之所在及处理成绩的办法。因而,这一层实践上是一个决策层。第五层是配置层,可以依照决策要求,经过计算机网络,对人、对物、对计算机停止重新配置或更改。这样的一个五层构造,构成了一个规范的反应控制零碎,可以对企业的控制对象,即:人(员工)、机器、计算机零碎、各种物理实体等,停止实时的反应和控制。这样的一个反应零碎,其各层次所对应的技术支撑,如图5所示。正是应用这些当下最时兴的先进技术,工业互联网完成了企业整个业务活动全进程的智能控制。 

智能制造的三个支点(中篇):产品、装备和过程

(工业互联网和工业4.0的“5C(五层)”架构)

依据这个思绪,工业4.0和工业互联网在2015年辨别完成了零碎的架构设计。工业互联网的参考架构,可以清楚地阐明零碎的要素和互相之间的关系,并提供了一个开放的“工业互联网零碎设计指南”。应该强调的是,这里说的是指南,是给出了一个大家共同努力、同向而行的方向,而不是规范。

这个架构设计描绘了工业互联网零碎的内外三层构造。从边缘层,到平台层,再到企业层,假如我们把它看作是一个球体的话,里面就是设备端的边缘层,两头是平台层(工业互联网平台,次要指这一局部。当然如今也有将工业互联网平台泛化的趋向),最内层是企业层。在边缘层上次要是边缘的网关,采集各种各样的数据;送到平台层之后,平台层对数据做必要的处置和剖析;剖析完之后,再送达企业层,送到企业的使用零碎。企业会依据不同的使用做不同的剖析,做出判别和决策,将数据再往回传送到平台层和边缘层,直至送达企业内外联接的各个部门和单位。 

智能制造的三个支点(中篇):产品、装备和过程

(工业互联网架构的内外三层构造)

显然,数据剖析和处置在工业互联网零碎中极为重要,包括:端点数据的获取、从数据中提取信息的先进数据处置技术,各种决策模型的剖析计算,以及零碎后果的输入。其中,少量运用的是计算迷信的方法:需求建模,需求算法,需求数据等,最初发生的是决策数据。当然,平安、可信、隐私等,在构造中也有详细的思索。

智能制造与工业互联网

如今,国际关于工业互联网平台的概念讨论很多。工业互联网平台,是一个以企业为中心的平台,而不是说在整个工业行业建一个大的所谓“工业互联网平台”。所谓平台化是开展的趋向,其实是指企业的平台化,每一个大企业都会有本人的一个企业平台,而不会把本人的业务搬到其他企业的平台上去。波音的平台不会到中航工业的平台上,空客的平台也不会到波音的平台上去。假如一定要说有一个工业和产业共用共享的平台,那这个平台就是全球物联网平台(Internet of Things, IOT),它不是为哪个工业,为哪个部门而设计的,而是面向全世界各行各业乃至团体效劳的全球物联网。

工业互联网平台是一个理想的“进程”智能化的平台。想象十分完满,但零碎十分复杂。在完成进程当中,未知数还很多,不同产业类别的企业平台之间的差别也很大。例如,中航工业的平台,简直不太能够拿去给中石油用,根本上要推倒重建。所以,每个企业一定要从本身的紧迫需求和实践效益动身,分步推进,相对不能自觉跟随,尤其思索到以后中国制造业开展的程度和信息化的程度离国际先进程度相差依然很大,“进程”智能化的路途还比拟悠远。

假如把智能制造的全部资源和精神都投在工业互联网平台上,又把平台了解为产业的平台,能够就误判了智能制造的开展方向。燃眉之急,还是我们的产品和配备的智能化成绩,这对当下的中国来讲,是智能制造的重点努力方向。