面對全球化的市場競爭格局和互聯網消費文化的興起，制造業(yè)企業(yè)不僅需要對產品、生產技術甚至業(yè)務模式進行創(chuàng)新，并以客戶和市場需求來推動生產，而且需要提升企業(yè)的業(yè)務經營和生產管理水平，優(yōu)化生產運營，提高效率和績效，降低成本，保障可持續(xù)性發(fā)展，以應對日新月異的市場變革，包括對大規(guī)模小批量個性定制化生產的需求。

　　在這種環(huán)境下，智能制造成為企業(yè)必不可少的應對策略和手段。制造生產環(huán)境的數字化與信息化，以及在其基礎上對生產制造進行進一步的優(yōu)化升級，則是實現智能制造的必由之路。

　　美德技術架構，殊途同歸大一統(tǒng)

　　工業(yè)互聯網在智能制造或數字化制造中是什么一個關系，能起怎樣一個作用呢?要探索這些問題,那可以從工業(yè)互聯網同盟跟工業(yè)4.0平臺的合作來說起。

　　工業(yè)互聯網聯盟(IIC，Industrial Internet Consortium)是美國數家大企業(yè)發(fā)起成立，為實現可信賴的工業(yè)物聯網(IIoT)作為使命，對系統(tǒng)和設備進行安全性連接和控制，以實現轉型成效。

　　IIC著重于跨領域的合作，以期打破技術壁壘，促進物理世界和數字世界的廣范融合。它所涵蓋的領域包括了制造業(yè)、能源、交通、運輸在內的重要工業(yè)垂直領域，甚至也包括醫(yī)療保健還有公共設施等等領域。為此，IIC發(fā)布了具有跨越工業(yè)垂直領域適用性的工業(yè)互聯網參考架構(IIRA，Industrial Internet Reference Architecture) ，作為它的第一個技術報告。

　　“工業(yè)4.0平臺” 是德國在2013年4月舉行的漢諾威通信和信息技術博覽會上正式推出的新工業(yè)戰(zhàn)略計劃。

　　其目的是充分利用信息通信技術和信息物理系統(tǒng), 促進制造業(yè)向智能化轉型。德國工業(yè)4.0平臺，也制訂了的工業(yè)4.0參考構架模型(RAMI 4.0， Reference Architecture Model Industrie 4.0 )。

　　在市場上，這兩個機構都是具有國際影響力的組織，在2015年底，這兩個組織的代表進行雙邊磋商，開始探討這兩個組織怎么樣合作，特別是怎么從對方的角度去理解技術問題，探索兩個架構工作的潛在協調，也為了減少市場上由于上述的兩個參考架構同時存在所引起的混亂。

　　其實，工業(yè)互聯網和工業(yè)4.0平臺起源背景是相通的，也就是如何把互聯網的計算和通訊技術應用于各個產業(yè)，對產業(yè)的運營實現優(yōu)化。但在實施方面，他們各有側重，如下圖所示 。

　　德國工業(yè)4.0平臺著力于推動制造智能化;IIC所著重的工業(yè)互聯網，涉及的領域比較廣，強調是跨領域的互操作性。顯然，工業(yè)互聯網這個理念也適用于制造業(yè)，然而德國工業(yè)4.0的架構，更深入地探討制造業(yè)的具體的技術框架問題。

圖1 IIC與I4.0

　　簡單地說，工業(yè)4.0強調怎么去建立一個系統(tǒng)，系統(tǒng)中不同的環(huán)節(jié)之間怎么交互執(zhí)行，以完成生產過程。工業(yè)互聯網則強調在這個系統(tǒng)中，怎么優(yōu)化，以達到最大的績效。

　　很明顯，這里首先有一個互操作性的問題。

　　比如說我們有一些大型裝備，由廠商制造，交付和部署后開始運營。這些裝備在基于工業(yè)4.0的制造系統(tǒng)內出廠，而且整個制造過程中所牽涉到的不僅僅是一個制造商，可能也是成十上百個制造商，一起參與共同制造出來。當這些設備部署完以后，可以通過工業(yè)互聯網的技術進行優(yōu)化運營。對設備的維護保養(yǎng)和績效優(yōu)化，需要廠商的專門技術，反過來，廠商也需要得到設備的使用和維保數據，為設計和制造過程提煉反饋信息。也就是說基于IIRA的運營系統(tǒng)需要與基于RAMI4.0的制造系統(tǒng)，連接融合，讓數據和信息互流，也就是需要兩個系統(tǒng)之間的交互操作。

　　但是，工業(yè)互聯網與工業(yè)4.0智能制造之間的關系是否就停留在這個互操作性層面呢?

　　優(yōu)化，工業(yè)互聯網的核心

　　讓我們先回顧一下工業(yè)互聯網的核心理念是什么。

　　工業(yè)互聯網可以看作互聯網計算和通訊技術，在工業(yè)系統(tǒng)更廣泛更深入的應用，也就是我們通常所說的，信息通訊技術和生產運營技術的兩化融合，把實體、信息、業(yè)務流程和人員連接起來，通過數據分析，優(yōu)化決策，推動生產和運營的智能化，高度優(yōu)化對裝備和資源的使用，從而創(chuàng)造新的經濟成效和社會價值。

　　把設備連接起來，收集數據，通過數據分析，洞察設備的運行狀況，并據此對設備的運維進行優(yōu)化，實現經濟價值的實例，在過去的幾年已報道的已很多，大家也已非常熟悉。

　　作為典型案例，以下僅列幾例，進一步說明優(yōu)化作為工業(yè)互聯網的核心這樣一個思路。

　　? 一家國際石油公司通過對部署在偏遠地點的關鍵設備收集數據，實施遠程監(jiān)測和數據分析，避免數百萬美元的停機和生產損失 。

　　? 通過對風力發(fā)電機多年收集的數據進行分析和建模，通用電氣(GE)在2013年推出了一種名為PowerUp的數字分析功能 ，優(yōu)化每個葉片的操作，以捕獲更大的風力，可以增大發(fā)電量5% ，為風電場運營商增加利潤達20%。 而進一步的改進，使得同樣設備的發(fā)電量更進一步增加了20%。

　　? 卡特彼勒(Caterpillar)利用貨船部署的傳感器監(jiān)測從發(fā)電機到發(fā)動機、GPS、空調系統(tǒng)、冷藏集裝箱和燃油表的所有狀態(tài)數據。通過分析確定發(fā)電機最佳工作參數，選取啟用多臺發(fā)電機低功率輸出的模式，降低能耗，每小時節(jié)省約30美元。對于一個擁有50條船只的船隊，每年可節(jié)省65萬美元 。

　　顯然，對于工業(yè)互聯網，對設備的連接是基礎，數據收集和分析是關鍵手段，而把分析所得的信息，用于做出最佳化的決策，優(yōu)化生產和運營是最終的目的。所以，數據分析在這個優(yōu)化過程里，至關重要。

　　數據分析，智能和優(yōu)化的驅動力

　　數據分析，包括大數據分析，在傳統(tǒng)的商務行業(yè)，如金融，保險，市場分析，特別是在電子商務中，已有多年的應用和實踐，在消費者市場的營銷中已成了必不可缺的技術。隨著工業(yè)互聯網和智能制造的興起和發(fā)展，工業(yè)分析(或工業(yè)大數據)，是數據分析在工業(yè)產業(yè)的應用。一些先進分析算法，如機器學習、深度學習和AI，在工業(yè)環(huán)境里的應用，具有加速發(fā)展之勢。

　　去年年底，德國的數字分析協會，和物聯網分析機構，聯合發(fā)布一個對工業(yè)數據分析的調查報告(INDUSTRIAL ANALYTICS 2016/2017，IoT Analytics GmbH) 。調查的結果表明，對于被訪的151位職業(yè)分析家和工業(yè)企業(yè)決策者，大多數都清晰地認識到工業(yè)數據分析的重要性。

　　? 工業(yè)分析，在未來的5年內對企業(yè)業(yè)務極為重要

　　同時，他們認為，設備的預測性維護是工業(yè)分析最重要的應用，甚至超于有關客戶市場的分析。工業(yè)數據分析對產品使用和維護支持的應用也名排前列。

　　接近60%的被訪者也認為，工業(yè)數據分析對產品質量的監(jiān)管和生產流程的自動化十分重要。也就是說，行業(yè)里已充分地認識到工業(yè)互聯網的一個核心應用，也就是設備數據分析對運營優(yōu)化的重要性。

　　其實，這也不奇怪，對很多產業(yè)企業(yè)來講，已投產的裝備代表了他們的運營中最重要的、占比最大的、也是創(chuàng)造價值的關鍵資源，因此對其進行優(yōu)化的重要性毋庸置疑。通俗地說，如果把海量的工業(yè)數據比作的原油，那么數據分析可以作煉油設施，從數據中提練出有價值的信息，作為驅動智能制造的高效燃料, 為最佳決策提供確切和及時的依據，使整個制造過程更透明、更優(yōu)化和更柔化，更能滿足大規(guī)模個性化制造的需要。

　　信息化的三種優(yōu)化角度

　　其實，利用計算和通訊技術，優(yōu)化生產操作和流程，如果從數字化控制開始算，也有了四、五十年的時間了，而對生產的業(yè)務管理的數字化，也有三十年左右的歷史了。工業(yè)互聯網可以看作制造業(yè)數字化或信息化發(fā)展過程的一個新的階段。

　　粗略地看，我們可以把目前通過信息化對制造業(yè)進行優(yōu)化的過程分為三個方面：

　　1、對制造流程數字化的完善和深化，主要的流程包括以企業(yè)資源計劃 (ERP)為首的業(yè)務管理流程以及產品生命周期管理(PLM)這兩個流程。

　　2、利用工業(yè)互聯網技術，實現或擴大對生產設備和產品的連接，無論是在生產過程，或是在物流過程，還是在產品的使用過程，收集數據，通過工業(yè)數據分析，進一步優(yōu)化制造業(yè)的生產和運營。

　　3、信息物理系統(tǒng)(CPS，Cyber-Physical Systems)的發(fā)展，把計算和通訊技術，在最小的單元組件中，與物理感應和效應深度地融合在一起，實現虛擬與物理空間交互映射，將計算、通信、和控制融為一體，為設備自動化控制提供了嶄新的能力。

　　這三個方面的發(fā)展是相互關聯，并相互支持與推動的，在后續(xù)的章節(jié)中，我們將特別針對于這三個方面展開討論。

（內容轉自公眾號 知識自動化）

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