通向智慧未来 – 工业4.0与工业互联网

2015年8月20日 – 工业 4.0 是近来最热门也最时髦的词汇,每个人都在谈论它,畅想着那个“科技互联一切”的未来。但是,我们真的知道它是什么,以及怎样踏出通向那个未来的第一步吗?

“工业4.0” 一词的属性是德国,它在德国诞生,与德国制造业的未来息息相关。这一概念基于三个主要元素: 信息物理系统、 物联网和互联网服务。它旨在推动制造业信息化以及智慧工厂的愿景。

什么是智慧工厂?想象一下…在未来的某天你想买一辆新车,于是你通过移动终端应用程序(APP)下了一个订单,输入了你想要的产品说明和规格。工厂收到你的订单,将你的所有“需求”转换成数据;智能系统根据数据,检查材料库存情况与生产设备的排班情况,然后安排物流与生产。你能想象吗…你订购的这辆车,完全根据你的个人喜好生产,而整个生产过程没有任何人类干涉。

工业4.0涉及的三个概念中,信息物理系统(CPS)是核心。CPS 是在环境感知的基础上,融合计算、通信和控制能力的网络化物理设备系统,通过计算和物理进程相互影响的反馈循环,实现现实世界与虚拟世界的相互协同和交互。它是嵌入式系统的一个版本,其主要目的并不是计算;汽车、玩具、 医疗设备和科学仪器设备等都属于这个范畴。这一概念与基于智能计算的机器人技术和传感器网络紧密相连。

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信息物理系统将物理计算,软件与网络结合在一起,创造出一个智能、实时、自适应并具备预测能力的反馈系统。这种系统在多个领域具有广泛的应用潜力,包括通信、 消费者产品、 能源、 基础设施、 保健、 制造、 军事、 机器人以及运输。随着科学的不断进步,信息物理系统的自适应性、 自治性、 效率、 功能、 可靠性、 安全性和可用性将大大改善。

德国的制造业在世界范围内极具竞争力。由于对科学与技术创新的注重,它在设备制造领域一直处于领导地位。因此,工业自动化成为德国推行工业 4.0 的最重要前提之一,而信息物理系统(CPS)则是该前提的核心。通过整合信息网络和信息物理系统,德国决心改变当前工业生产与服务的模式,继而成为先进智能制造技术的创造者与供应商。

然而,这里存在着一个障碍: 在信息物理系统中,数字技术和工业产品须并驾齐驱才能保证成功,然而数字技术并不是德国的强项。

在美国,“工业4.0”的概念更多时候被“工业互联网”取代。该概念由通用电气提出;通用还跟AT&T、 思科、 IBM 和英特尔一起,建立了设置了非盈利性的工业互联网联盟 (IIC)。工业互联网目的是将当今无数的机器、设施、网络与计算/信息/通信系统的飞速进展整合起来。工业互联网联盟的成立,旨在加速互连机器/设备以及智能分析功能的发展,应用和推广。

显然,与德国将重点放在硬件/制造业上不同,美国将重点放在软件/服务上。这很正常,因为美国拥有优秀的互联网行业与互联网经济。工业互联网的本质,便是大数据分析与物联网的结合。

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图片来源: GE

但什么是大数据分析?收集大量的数据 – 一般通过机器上的传感器以及其他数据收集机制- 这些数据几乎每个行业里的每个公司都能收集到。然后通过物联网收集更多的数据,这些数据可能是关于材料、 产品、 工厂、 供应链等等。接下来,使用日益强大的分析技术去挖掘和分析那大量的数据,使用分析结果去改善设备的监控与管理。

上面描述的便是工业互联网工作的过程,物理世界与数字世界的一体化。它使公司通过使用传感器、 软件、 机器间的学习及其他技术,从物理对象或其他大数据流来收集和分析数据,然后使用这些分析结果来管理运作,甚至在某些情况下提供新的增值服务。大数据分析将会大大改变行业竞争的景像。

总的来说,当工业4.0着重于嵌入式系统,自动化和机器人技术;工业互联网则关注任何可被网络互联的东西,以及如何用数据反馈来提高我们的效率。工业 4.0是对未来制造业的理论畅想;而工业互联网则着眼于已经存在的事物,寻求应对互通性与安全性方面的挑战,为未来铺路。

尽管如此,这两个概念直到今天,都没有任何可遵循的标准。对于工业 4.0,智慧工厂里的所有机器都需要能够讲同一种语言。对于工业互联网,需要设立一个通用蓝图,以便不同公司的机器可以彼此沟通,共享数据。工业4.0 和工业互联网并不是竞争对手,而是相互补充的关系。

下周我们将谈到“工业4.0离我们究竟有多远”。

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