鄔賀銓：從“兩化融合”到產業互聯網

本刊編輯部

近代以來，全球的制造業經歷了從工業1.0的機械化到2.0的電動化，再到3.0的自動化的進化過程，如今又要奔向工業4.0的智能化。面對制造業的快速發展，制造業擁抱互聯網的大趨勢，中國工程院院士、中國互聯網協會理事長鄔賀銓在2017（第二屆）中國產業互聯網大會上為大家帶來以“從‘兩化融合到產業互聯網”為主題的權威學術演講。

鄔賀銓告訴大家，工業4.0是通過互聯網整合制造業，產業互聯網則是通過互聯網整合產業，通過人機交互實現了CPS、通信、控制三維一體。工業4.0的目標是生產智能產品，提供智能服務，智能工廠是支撐工業4.0的一種方式，但不是唯一方式。而在我國，“互聯網+”不僅包括產業互聯網，還包括消費互聯網和智能互聯網。

現在，我國要從“兩化融合”發展到產業互聯網和數字經濟，“兩化融合”是企業數字化轉型，也是產業互聯網的起點。通過企業互聯網化，我們奔向智能制造、智能工廠和CPS信息物理系統的融合，最終目標是增強產品、數字服務和企業競爭力。

產業互聯網現場級應用

物聯網

在產業互聯網的現場有很多物聯網的產品和應用，例如各種各樣的運動檢測、溫度檢測、壓力檢測。以往，傳統工廠通過數控機床進行了提升，但程序并不是最理想、最科學的。所以，往往要利用各種傳感器實時感知工件加工過程中的變化，通過反饋來修改計算機的程序。例如，日本MAZAK的智能機床配備了針對加工熱變位、切削震動、機床干涉、主軸檢測、維護保養、工作臺動態平衡性及語音導航等智能化功能，可以自行監控機床運轉狀態并反饋，從而大幅提高機床運行效率及安全性。此外，中國沈陽機床集團開發了i5智能數控機床，實現智能編程、智能診斷等功能，實時收集設備生產狀態、資源存量、加工數量等信息并及時維護。同時，該集團推出以租代售的全新商業模式，幫助客戶節約成本，提升客戶的勞動生產率30-50%。

機器人

浙江省提出2020年全省十萬企業上云，全省企業使用機器人的數量將達到10萬臺。而賽迪研究院則預計，到2022年中國機器人產業將達千億元，年增23-36%。

自動生產線

產業互聯網現場級應用機器人不是一個，而是一批機器人，在汽車生產線和電子裝配生產線運用較多，將來會推廣到更多的生產線上使用。

產業互聯網車間級應用

車間級的數據采集與監控系統

現在，產業互聯網的車間級應用除了物聯網和機器人以外，要收集更多信息，需要利用分布控制系統和現場控制系統，把信息匯總起來，通過工業互聯網加入工業以太網。以太網上有各種各樣的服務器和操作工程師，有實時數據庫及監控數據網絡的SCADA系統，以及上層的實時數據庫、實時管理、監控管理等，實時車間數據采集。

從SCADA軟件可以看到，其底層是硬件驅動、圖形接口、文件系統、網絡系統，上層是操作系統和各種各樣的協議，其中OPC是OLE的控制協議，OLE是對上的連接嵌入協議，這里面少不了數據庫、服務器；然后通過數據庫上層把收集的數據以可視化的方式表述。最上層還有更多的數據挖掘軟件，這構成了現在產業互聯網在車間到工廠級需要用的數字采集系統以及數據分析服務的一些支撐軟件。

車間級的工業以太網

傳統以太網是為辦公自動化設計的，采用的是CSMA/CD（載波征聽/碰撞避免）方式來減少共享總線的各節點沖突，但在工業互聯網的環境下，掛上的節點很多，存在大量沖突需多次重發，效率太低，所以工業以太網要從三個方面改造傳統以太網。通過提速，升級到100M/1Gbps，或者交換技術和同步機制三方面來提供實時性和可靠性。

中國提出了工業自動化領域首個國際標準EPA，對應國標GB/20171-2006，可用在各種傳輸介質、各種拓撲結構、各種業務、10M-1Gbps。采用IEEE1588精確時鐘同步技術，將各節點同步精度控制在5μs以內，可支持等時同步業務。

車間級工業互聯網（PROFInet標準）

PROFInet標準由西門子公司提出，并列入IEC標準。它的軟件結構，底層是現場總線，上層是以太網，其中以太網分成實時業務（RT）和等時同步實時業務（IRT），以太網之上的TCP/IP給標準通信支持過程數據。在一個周期里分兩部分，一部分可以支持實時，一部分支持非實時TCP/IP通信。這其中的分工包括源地址、目的地地址、優先權應用標識、應用數據等，通過這種方式既可以支持一般的標準通信，又可以支持對實時性要求很高的通信。

產業互聯網工廠級應用

工廠級的制造執行系統（MES）

產業互聯網的工廠級應用需要MES系統，它是核心的制造執行系統。MES位于上層的計劃管理系統與底層的工業控制之間，面向車間層的管理信息系統，負責管理在生產過程中涉及到的人、設備、物資等。它為操作人員/管理人員提供計劃的執行、跟蹤以及所有資源（人、設備、物料、客戶需求等）的當前狀態。

需要說明的是，MES是現場作業級的系統，ERP是業務管理級的系統，MES是ERP在生產現場的細化，是對ERP計劃的一種監控和反饋。

工廠級設計制造軟件

產業互聯網工業級設計需要各種各樣的軟件，而現在制造軟件應用很廣泛。例如，阿波羅登月飛行器軟件僅有4K行代碼，高鐵的列控軟件則有數百萬行代碼，雪佛蘭、奔馳新車軟件是1000萬行到1億行代碼，空客飛機軟件10億行代碼，Windows7超過3000萬行代碼，智能手機操作系統有超過上百萬行代碼，華為傳感器有超過10K代碼。

Toyota、Fiat和Nissan通過設計者和生產工程師快速共享數據，對不同設計部件及供應商的選擇并仿真，使新產品的開發時間減少30-50%。過去我們普遍認為所有的軟件是軟件公司做的，現在不同了。波音公司設計與制造飛機需要使用8000多種軟件，但只有1/8是外購商用軟件，剩下的軟件是自己開發的，所以波音也是軟件公司。現在不僅是波音，GE和西門子也都變成了軟件公司，可以提供很多設計軟件。endprint

眾包設計聚智創新

通過產業互聯網可以實現眾包設計。GE公司對其自己制造的噴氣式發動機托架設計不滿意，就把托架軟件公布在網上，向全球征集基于3D打印的設計工具，鼓勵創客社區參與設計，收到了來自56個國家/地區將近700件設計作品。最后，一個28歲的年輕人勝出了設計，將重量減輕了85%，GE公司獎勵了他1萬美元。

Fiat Mio設計了世界上第一部眾包汽車，全球有超過17000名參與者為設計和開發及商標貢獻了超過11000件創意和方案，其中許多都是由志愿者提供的。海爾公司也秉持著企業是平臺，員工是創客，用戶是中心，用戶也是設計者和開發者的理念。

企業業務管理軟件

在產業互聯網再上一級是企業業務管理軟件，以前的財務管理、人事管理等要轉到供應鏈管理、價值鏈管理、生態鏈管理，現在常用的有PLM、SCM、ERP、CRM等。對中小微企業而言，并不需要自購業務管理軟件，可以借助第三方的公有云，基于SAAS租用業務管理軟件，節省成本。

然而，隨著產業互聯網的發展，物聯網嵌入到基礎設施和生產管理流程中，一旦中毒，其危害更大。不僅有數據安全問題，基礎設施安全問題，控制生產線也有安全問題。現在安全問題已經成為2017年MIT《麻省理工科技評論》的十大突破性技術之一了。現在利用區塊鏈的技術，其中BOT物聯網區塊鏈，有交易、有帳本、有驗證，可以很好的識別介入物聯網的工具，為工業物聯網的安全添加保障。

總之，應用產業互聯網的目的，使制造全過程的數字化，不是指某一個環節，也不僅僅是全部環節，而應該是一個閉環。數字化制造是跨過所制造的產品生命周期的數字數據的集合和應用，可以基于實時的信息做出更快和更好的決策。未來產品價值變化有三大趨勢：硬件的價值體現在軟件；網絡連接的價值轉向云，商業模式從產品轉向服務。

最后，鄔賀銓為大家總結了產業互聯網發展的六條“金句”：產業互聯網以智慧工廠為目標，覆蓋產業鏈和全生命周期以及跨企業的應用，實現“兩化”深度融合發展；大數據、智能化、移動互聯網與云計算及物聯網的興起，助力企業騰云駕霧，轉型升級；產業互聯網涉及很多層次，可以分步實施，但前提是需要有開放的標準和全局觀念的頂層設計，云是很好的基礎；產業互聯網發展還要重視網絡安全，在發展中求安全是正確的選擇；產業互聯網推動企業數字化轉型，需要企業流程再造來適應，沒有管理創新，產業互聯網也難以成功；創新無止境，產業互聯網的發展永遠在路上！endprint