2023工业互联网技术与实践.docx
《2023工业互联网技术与实践.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2023工业互联网技术与实践.docx(140页珍藏版)》请在课桌文档上搜索。
1、工业互联网技术与实践1 第一章概述2 .第二章工业互联网总体技术3 .第三章工业互联网基础技术4 .第四章工业互联网应用技术5 .第五章工业互联网与CPS、智能制造的关系6 .第六章工业互联网应用解决方案7 .第七章国内外主流工业互联网平台分析8 .第八章航天云网9 .第九章工业互联网应用案例10 .第十章工业互联网展望11 .参考文献12 .致谢第一章概述工业互联网的发展与影响工业互联网的内涵与特征工业互联网发展现状工业互联网技术与实践是全球范围内正在进行的人与机器、机器与机器连接的新一轮技术革命。工业互联网技术在美、德、中三大主要制造业国家依据各自产业技术优势沿着不同的演进路径迅速扩散。工
2、业互联网实践则以全面互(物)联与定制化为共性特点形成制造范式,深刻影响着研发、生产和服务等各个环节。工业互联网的内涵日渐丰富,传感器互联(物联)与综合集成、虚拟化技术、大规模海量数据挖掘预测等信息技术应用呈现出更为多样的工业系统智能化特征。基于工业互联网的商业与管理创新所集聚形成的产业生态将构建新型的生产组织方式,也将改变产品的技术品质和生产效率,进而从根本上颠覆制造业的发展模式和进程。1.1 工业互联网的发展与影响.工业互联网的诞生2012年以来,美国政府将重塑先进制造业核心竞争力上升为国家战略。美国政府、企业及相关组织发布了先进制造业国家战略计划、高端制造业合作伙伴计划(AdvancedM
3、anufacturingPartnership,AMP)等一系列纲领性政策文件,旨在推动建立本土创新机构网络,借助新型信息技术和自动化技术,促进及增强本国企业研发活动和制造技术方面的创新与升级。在此背景下,深耕美国高端制造业多年的美国通用电气公司(GeneralectricCompany,GE)提出了“工业互联网”的新概念。GE公司将工业互联网视为物联网之上的全球性行业开放式应用,是优化工业设施和机器的运行和维护,提升资产运营绩效、实现降低成本目标的重要资产。1透过技术看本质,工业互联网不仅连接人、数据、智能资产和设备,而且融合了远程控制和大数据分析等模型算法,同时建立针对传统工业设备制造业提
4、供增值服务的完整体系,有着应用工业大数据改善运营成本、运营回报等清晰的业务逻辑。应用工业互联网的企业,正在开始新一轮的工业革命。2,3纵观装备制造行业,建立工业知识储备和软件分析能力已经成为核心技术路径,提供分析和预测服务获得新业务市场则是战略转型的新模式。1.1.2 工业互联网的发展工业互联网源自GE航空发动机预测性维护模式。在美国政府及企业的推动下,GE为航空、医疗、生物制药、半导体芯片、材料等先进制造领域演绎了提高制造业效率、资产和运营优化的各种典型范例。其中的基础支撑和动力,正是GE整合AT&T、思科、IBM、英特尔等信息龙头企业资源,联手组建了带有鲜明“跨界融合,特色的工业互联网联盟
5、,随后吸引了全球制造、通信、软件等行业159家骨干企业加入。这些企业资源覆盖了电信服务、通信设备、工业制造、数据分析和芯片技术领域的产品和服务。工业互联网联盟利用新一代信息通信技术的通用标准激活传统工业过程,突破了GE一家公司的业务局限,内涵拓宽至整个工业领域。GE已经推出了24种工业互联网解决方案,包括石油、天然气平台的监控和医疗等。该方案目前已上升到美国的国家战略层面,美国国家标准与技术研究院牵头组织产业界制定工业互联网的标准架构。2013年4月,德国在汉诺威工业博览会上发布实施“工业4.0”战略建议书,正式将工业4.0作为强化国家优势的战略选择。作为支撑德国2020高科技战略实施的组织保
6、障,由德国政府统一支持、西门子公司牵头成立协同创新体系,并由德国电气电子和信息技术协会发布了工业4.0标准化路线图。德国在传统制造业方面优势明显,包括控制系统、设备制造以及嵌入式控制设备制造等领域,而在信息技术方面对比美国并不突出。许多德国企业在全球享有较高的知名度。例如西门子、奔驰、宝马以及博世等大型企业,因具有领先的技术和研发能力而广为人知;此外每个行业中都存在一些优秀的中小型企业,拥有独特的技术和优秀人才。2015年,中国政府工作报告提出“互联网+”和中国制造2025战略,进一步丰富了工业互联网的概念。工信部在对中国制造2025战略实施的阐述中指出,工业互联网是新一轮工业革命和产业变革的
7、重点发展行业,其应用及发展可以从智能制造以及将互联网引入企业、行业中这两个方面切入,最终达到融合发展。作为当今世界上制造业三大主体的中、美、德,几乎在相同时间提出的三大战略,无论在具体做法和关注点上有何区别,其整体目标是一致的,都是在平台上将人、机器、设备信息进行有效的结合,并且通过工业生产力和信息生产力的融合,最终创造新的生产力,推进工业革命发展进程。工业互联网和工业4.0平台互联互补、相互增强。工业4.0重在构造面向下一代制造价值链的详细模型;工业互联网重在工业物联网中的跨领域与互操作性。它们的终极目标都是要增强互联网经济时代企业、行业乃至国家的竞争力。中国的工业互联网与中国经济社会发展现
8、状结合,呈现出自身特有的战略重点。我国的“工业互联网”就是“互联网”+“工业”,其内涵不仅包含利用工业设施物联网和大数据实现生产环节的数字化、网络化和智能化(德国工业4.0描述的智能工厂),还包括利用互联网信息技术与工业融合创新,搭建网络云平台,构筑产业生态圈,实现产品的个性化定制。因此,我国的工业互联网内涵更为丰富,通过重塑生产过程和价值体系,推动制造业的服务化发展。1.1.3 工业互联网的影响工业互联网利用新一代信息技术,满足制造业发展亟须提升效率、优化资产和运营的迫切需求,促进全产业链、全价值链的资源整合与优化,形成新型业务模式,改变工业的生产模式,为产品设计、制造、管理等方面提供关键的
9、数据辅助服务。例如,通过工业互联网,企业可以更好地了解到用户的使用习惯以及产品偏好等,帮助企业更好地了解用户需求,不仅有利于企业对产品进行设计改型,而且企业还能根据用户的兴趣和喜好推送相关产品和服务,实现精准营销。工业互联网的影响将渗透到制造业的各维度,概括起来有交互智能化、产品个性化、制造服务化、组织分散化、网络生态化五个方面。4(1)交互智能化。信息智能化交互技术,将成为未来工业互联网发展的重要模式。智能交互带来产品和制造过程的智能化变革。智能平台以数据为核心,采用数据流、软件、硬件不同层级的智能交互技术。在设备层,应用智能设备和网络采集数据,并将分析后的反馈数据存储于设备中。在软件层采用
10、大数据分析技术,开展海量数据挖掘,将生产过程数据进行可视化处理和决策判断。企业可通过建设专用数据中心,形成对生产过程管理软件的数据支持,达到对底层设备资源的优化使用;产业体系可基于数据分析与趋势预测,为产业发展规划提供实时的决策依据。在人、数据、设备和软件之间,采用智能协同技术,跨时空整合不同专业背景的人员,让更多利益相关人参与到生产与管理过程中。智能化交互产品基于软件控制、嵌入式硬件技术,可实现对产品功能开启、关闭、操作过程的智能化、远程化管控。(2)产品个性化。工业互联网时代,用户对产品的需求呈现出多样化的特征,并且在不断地发展变化,这使得创新的作用主要体现在客户共创和快速迭代两个方面。通
11、过采集工业系统的设备和装备信息,企业可以分析产品的运行状况、客户的使用习惯以及故障出现的频次和地点等,通过深入分析数据,企业能够从中了解和掌握客户的潜在需求,有助于企业对产品的设计改型。在互联网时代,与客户共创的重点领域是大数据和智能控制。客户共创和客户使用的结果是智能设备本身的升级和进一步的功能提升,这同时也依赖于企业对整个过程的深入了解。在工业互联网时代,初创企业更看重快速迭代,然而,大企业却要避免自身创新力不足的问题。例如,大企业在看准一个市场机会后,经过一段调研、论证、研发和推出的漫长周期,最后却可能与市场机会失之交臂。快速迭代的概念其实来源于莱斯所著的精益创业,该书中表明了新产品开发
12、理念其实与软件企业开发产品的方式大同小异,都是将一个基本的功能推向市场,然后基于用户的使用反馈不断对产品进行更新迭代。过去,成熟的家电企业制造一台冰箱的过程周期长达35年,前期要先经过用户需求的调研、需求报告的编写,研发部门开发产品,最后推向市场。通过精益创业的方法快速迭代,不仅可以将整个周期缩短至6个月,而且更能精确找准客户的定位,掌握客户的需求。(3)制造服务化。由于市场上竞争愈发激烈和同质化的出现,客户的需求已经不能仅仅靠产品本身来满足,更重要的是通过产品的最终价值来吸引客户。工业互联网和软件技术的介入,可以形成原有产品的增值服务价值,在工业产品制造过程的全生命周期中,帮助客户在他们创造
13、价值的全过程进行优化,并创造新的商业价值。因此,企业创造竞争优势和差异化的价值主张具有多重选择主要是由于交付结果的复杂性和多样性。最终,企业的赢利模式将不再是依靠设备和产品,而是服务,企也出售的产品和设备也将被服务所替代。所有工业互联网产品的设计,开始可能是软件加设备和硬件的组合,而最终将归结到以服务的方式交付出去。产品和软件的服务交付,是未来的大势所趋,任何一个企业在设计和思考工业互联网新型商业模式的时候,必须将服务创新纳入其中。(4)组织分散化。在工业互联网时代,带有强烈的分散化和个体化行动特征的创客方式兴起,使传统工作和协同的方式发生了革命性变化。生产方式由大规模集中生产转向分布式生产,
14、中小企业获得广阔的发展空间,个体制造正在借助互联网崛起。工业互联网积累了以往无法匹敌的产业供应链,开源硬件正在逐步形成,在质量控制和成本把控上也积累了很多经验。(5)网络生态化。工业互联网通过系统结构的搭建和资源的汇聚,形成面向不同行业的产业整合、面向不同企业的产业链整合、跨越时空地域的产业布局、跨越行业的融合创新,最终实现社会资源的高效利用。网络生态系统的发展更依赖于雄厚的设计和开发资源,这些资源以适合的生态结构,分布在互联网上。未来这些资源分布在行业云端,就可以为其他设计者共享,设计者可以根据不同的产品、开源的模型对其进行改造然后创造新的产品。在工业互联网构筑的生态圈中,客户可以利用平台网
15、络与工厂直接相连,生产出拥有自己个性化色彩的产品。定制产品具有的小型客户可以带来更高的利润,而竞争程度也随之减弱,这个市场就是长尾市场。创客式的生产方式,正在解构原有的生产体系,客户的需求可以得到高效的匹配。1.2 工业互联网的内涵与特征1.2.2 工业互联网的内涵工业互联网的准确定义众说纷纭,本书试图从多个层面剖析和探讨工业互联网的内涵。正如从字面的理解一样,工业互联网的内涵核心在于“工业”和“互联网”。“工业”是基本对象,是指通过工业互联网实现互联互通与共享协同的工业全生命周期活动中所涉及的各类人/机/物/信息/数据资源与工业能力;“互联网”是关键手段,是综合利用物联网、信息通信、云计算、
16、大数据等互联网相关技术推动各类工业资源与能力的开放接入,进而支撑由此而衍生的新型制造模式与产业生态。更进一步地,正如笔者主要参与并发布的工业互联网体系架构(版本1.0)5所描述的一样,可以从构成要素、核心技术和产业应用三个层面去认识它的内涵。第一,从构成要素角度看,工业互联网是机器、数据和人的融合。工业生产中,各种机器、设备组和设施通过传感器、嵌入式控制器和应用系统与网络连接,构建形成基于“云网端,的新型复杂体系架构。随着生产的推进,数据在体系架构内源源不断地产生和流动,通过采集、传输和分析处理,实现向信息资产的转换和商业化应用。人既包括企业内部的技术工人、领导者和远程协同的研究人员等,也包括
17、企业之外的消费者,人员彼此间建立网络连接并频繁交互,完成设计、操作、维护以及高质量的服务。第二,从核心技术角度看,贯彻工业互联网始终的是大数据。从原始的杂乱无章到最有价值的决策信息,经历了产生、收集、传输、分析、整合、管理、决策等阶段,需要集成应用各类技术和各类软硬件,完成感知识别、远近距离通信、数据挖掘、分布式处理、智能算法、系统集成、平台应用等连续性任务。简而言之,工业互联网技术是实现数据价值的技术集成。第三,从产业应用角度看,工业互联网构建了庞大复杂的网络制造生态系统,为企业提供了全面的感知、移动的应用、云端的资源和大数据分析,实现各类制造要素和资源的信息交互和数据集成,释放数据价值。这
18、有效驱动了企业在技术研发、开发制造、组织管理、生产经营等方面开展全向度创新,实现产业间的融合与产业生态的协同发展。这个生态系统为企业发展智能制造构筑了先进的组织形态,为社会化大协作生产搭建了深度互联的信息网络,为其他行业智慧应用提供了可以支撑多类信息服务的基础平台。1.2.3 工业互联网的特征1.2.3.1 基于互联互通的综合集成工业互联网的第一个特征是基于互联互通的综合集成。互联互通包括人与人(比如消费者与设计师)、人与设备(比如移动互联操控)、设备与设备(资源共享)、设备与产品(智能制造)、产品与用户(动态跟踪需求)、用户与厂家(定制服务)、用户与用户(信息共享)、厂家与厂家(制造能力协同
19、),以及虚拟与现实(线上线下)的互联等,简单说就是把传统资源变成“数字化”资源。在此基础上通过传统的纵向集成、现代的横向集成,以及互联网特色的端到端的集成等方式实现综合集成,打破资源壁垒,使这些“数字化”的资源高效地流动运转起来。6对于制造业而言,上述过程的实现需要基于“数字化”资源构建一个复杂的研发链、生产链、供应链、服务链,以及保证这些链条顺畅运转的社会化网络大平台。7波音787有600多万个零部件,由几百个一级供应商负责研发和制造,一级供应商又按照统一规则分别管理各自的供应商,涉及全球千万以上的供应商。这些供应商旗下的6000多名物流管理工程师24小时不间断地运转、管理着整个供应链,若干
20、套类似的专业性工程师队伍在一个统一的信息平台上协同工作,最终成就了波音787飞机。81.2.3.2 海量工业数据的挖掘与运用工业互联网的第二个特征是海量工业数据的挖掘与运用。工业互联网时代,企业的竞争力已经不再是单纯的设备技术和应用技术。通过传感器收集数据,进而将经过分析后的数据反馈到原有的设备并进行更好的管理,甚至创造新的商业模式,将成为企业新的核心能力。例如,特斯拉公司就是基于软件和传感器、利用数据分析技术改造原有电池技术的移动互联网公司。目前,传统企业既要从原有的运营效率中挖掘潜力,更重要的是要站在数据分析和整合的更高层面去创造新的商业模式。跨界的竞争对手有可能携数据分析和大数据应用的利
21、器颠覆原有的产业格局。数据资产的重要程度不仅不亚于原有的设备和生产资料为基础的资产,其作用和意义更具有战略性,以数据资产和大数据为基础的业务会成为每一个工业互联网企业的核心。91.2.23商业模式和管理的广义创新工业互联网的第三个特征是广义的创新,即商业模式和管理的创新。传统企业的企业家们最关注的是财务绩效或投资收益率,怎样使得工业互联网技术在短期内为企业产生直接可量化的效益,是他们采用这种新技术的主要动力,也是让更多人接受工业互联网必须实施的关键步骤。在此基础上,企业会逐步考虑用工业互联网技术来重塑原有的商业模式,甚至进一步创造新的商业模式,来颠覆原有的市场格局。10这种情况使得更多通过跨界
22、的方式进入到原有行业的颠覆者出现。举例来说,无人驾驶汽车的出现,以及和电动车结合出现的新的模式创新,有可能会使汽车行业最终演变成一个彻底的服务行业,而非如今的制造业。商业模式的创新有其自身的演进路径,除了赋予产品新的功能、创造新的模式之外,在整个价值链上也会产生巨大的裂变,甚至产生平台级、系统级的颠覆。1.2.2.4制造业态更新和新生态形成工业互联网的第四个特征是支撑制造业态更新和新生态形成。当前互联网已经不是一个行业,而是一个时代,“互联网+一切(AllinIntemet),或者“一切+互联网”(AllonIntemet)是时代大潮,谁也逃不掉。各种因素的综合作用,使业态的更新成为必然,使新
23、生态的形成成为可能。互联网技术对于资源数字藩篱的破除,使得共享经济新生态逐渐形成。对于制造业企业而言,以生产性服务业、科技服务业等为典型的制造业服务化已经成为业态更新的重要方向。越来越多的制造企业已经从传统的制造“产品”转型为提供“产品+服务”,如沈阳机床的i5云制造系统,将传统机床产品销售转型为基于工业互联网的按时租用机床加工服务的全新业态,并进一步吸引生产线物流服务商、机床维修服务提供商等生态伙伴,形成更有活力的生产性服务生态。1.3工业互联网发展现状1.3.1 主要国家工业互联网发展现状当前,工业互联网已经引起了美国、德国、中国等制造业大国在国家战略层面的高度重视。各国普遍以产业联盟方式
24、快速推动本国工业互联网技术、标准与产业生态的发展。以美国工业互联网联盟、德国工业4.0平台、中国工业互联网产业联盟等为代表的产业联盟组织在工业互联网方面迅速推进。主要进展情况如下。1.3.1.1 美国工业互联网联盟(IIC)GE公司联合另外四家IT巨头组建了工业互联网联盟(IndustrialInternetConsortium,IIC),将这一概念大力推广开来。He成立于2014年3月,由GE联合AT&T、思科、IBM和英特尔发起。HC致力于构建涵盖工业界、信息与通信技术(InfOITnationandCommunicationsTechnology,ICT)界和其他相关方的产业生态,推动传
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2023 工业 互联网 技术 实践
链接地址:https://www.desk33.com/p-727169.html