在探索工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及其在智能制造生產(chǎn)體系中的應用方面，工業(yè)社會目前仍然要直面巨大的技術挑戰(zhàn)。作為服務于智能制造的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，它所面對的一個重要的科學問題是：是否能夠建立一種通用性、靈活性、可靠性都很好的服務環(huán)境，既能最大限度地滿足不同行業(yè)智能制造的需求，又能有效地控制工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)成本。

 

　　發(fā)達國家的再工業(yè)思潮與作為新經(jīng)濟代表的中國的工業(yè)化和信息化深度融合發(fā)展模式，幾乎在同一時期推出，預示著人類工業(yè)文明的發(fā)展又到了一個新的轉折點。 2012年11月，美國GE公司發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：突破智慧與機器的界限》白皮書。2013年4月，德國政府在漢諾威工業(yè)博覽會上提出了“工業(yè)4.0” 的國家發(fā)展戰(zhàn)略。2015年上半年，中國政府提出“中國制造2025”的發(fā)展規(guī)劃。世界上規(guī)模最大的幾個經(jīng)濟體不約而同地提出各自的發(fā)展戰(zhàn)略，并且都把工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造緊密地聯(lián)系在一起，這絕對不是一種巧合。在此背景下，分析工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵，并揭示它在智能制造中的作用，對于正處在轉型升級關鍵期的中國經(jīng)濟來說是非常有意義的。

 

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵

 

　　從目前工業(yè)界關于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的研究與實踐情況來看，要想給出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的準確定義，還是一件比較困難的事情。眾所周知，全球互聯(lián)網(wǎng)應用始于上個世紀90年代，距今雖然只有短短的20年左右的時間，卻帶來了許許多多令人矚目的變化。從電子郵件、企業(yè)與政府的網(wǎng)頁，直到娛樂、購物、旅游等生活的方方面面，人們時時刻刻都在互聯(lián)網(wǎng)的世界里感受著工作和生活的變化。如今，人們已經(jīng)感覺到互聯(lián)網(wǎng)能夠做的事情還遠不止于這些，互聯(lián)網(wǎng)還可以在智能機器之間的相互連接方面發(fā)揮重要的作用，并促成人與機器的高度協(xié)同。根據(jù)美國思科公司的報告，到2020年世界人口預計是76億，平均每個人要連接的設備將達到6.58臺，而這個數(shù)字在2003年只有0.08臺(圖1)。這充分說明隨著工業(yè)軟件和大數(shù)據(jù)分析技術的持續(xù)演化，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將賦予工業(yè)價值更多新的內(nèi)涵，從而成為改變?nèi)祟惿詈蜕a(chǎn)方式的新動力。今天的信息技術能夠給工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供三種能力：一是機器與機器之間是可互通的;二是機器與人之間是可交互的;三是數(shù)據(jù)、軟件與物理世界之間的關系是可重新定義的。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的意義在于它把“互聯(lián)網(wǎng)的思維”作用到了產(chǎn)品設計、制造、應用和服務的全過程，實現(xiàn)了生產(chǎn)人員、機器和數(shù)據(jù)的有效連接與融合，從而達到資源配置優(yōu)化、產(chǎn)品生產(chǎn)總擁有成本最低且品質最佳的目的。

 

　　除了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)外，現(xiàn)階段同樣受到高度關注的新概念還有云計算、物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0等熱詞。事實上，我們認為這些概念都是同一個問題的不同方面，只是觀察的角度不同而已。云計算和物聯(lián)網(wǎng)更多的是在技術實現(xiàn)的層面上去勾畫一種計算資源與物理環(huán)境深度融合的體系架構，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)4.0這類新生產(chǎn)方式的技術基礎。2006年，美國科學院發(fā)布的《美國競爭力計劃》還提出了一種稱作“信息物理系統(tǒng)”(CPS)的新概念及其相應的研究規(guī)劃，這同樣也是為未來更大規(guī)模的計算智能系統(tǒng)研究和應用建立必要的理論基礎，提供更有效的技術架構。相對來說，德國提出的工業(yè)4.0戰(zhàn)略更注重在工廠層面的智能化技術的發(fā)展及應用;而美國提出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略則更強調如何從產(chǎn)業(yè)鏈上去挖掘信息的價值，以及如何從大數(shù)據(jù)的融合中去全面提升產(chǎn)品全壽命周期的價值，從而實現(xiàn)更少的資源消耗、更高的產(chǎn)品質量、更好的技術性能、更周全的運維服務等目標。顯而易見，無論是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還是工業(yè)4.0戰(zhàn)略，都需要給信息技術的內(nèi)涵和外延注入更多新的元素，使得自動控制、機器學習、網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)挖掘等一般方法能夠在新的技術環(huán)境中得到最有效的應用。

 

　　智能制造生產(chǎn)體系

 

　　談到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，就不能不涉及智能制造。因為如果沒有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)強大的計算與通信能力支撐，智能制造的生產(chǎn)體系也就無法建立。智能制造是指在工業(yè)制造的各個環(huán)節(jié)采用高度柔性與高度融合的方式,通過計算機來模擬人類專家的知識，進行生產(chǎn)組織與產(chǎn)品加工的一種活動。要實現(xiàn)智能制造的生產(chǎn)模式，必須具備以下幾個基本的特征：即生產(chǎn)過程已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)字化和自動化;生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)，甚至于供應鏈和產(chǎn)業(yè)鏈之間，均已實現(xiàn)了信息的互聯(lián)互通;生產(chǎn)過程的管理，包含資源的配置、流程的設定、效能的優(yōu)化等事務均已采用數(shù)據(jù)融合、機器學習等方法進行處理。目前，美國、日本和德國等少數(shù)幾個工業(yè)發(fā)達國家，在部分工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中已初步采用了智能制造的生產(chǎn)模式。例如，美國智能制造領袖聯(lián)盟(SMLC)在2013年開始建造“開放的智能制造技術平臺”，這是一種可以運用數(shù)據(jù)建模和仿真技術的通用平臺，通過高仿真建模和新型傳感器，可實現(xiàn)對過程設備的實時控制和在線優(yōu)化，從而大幅減少能耗，并主動地管理整個生產(chǎn)系統(tǒng)、工廠乃至供應鏈的能源使用情況。在德國，西門子公司的可編程控制器制造廠通過網(wǎng)絡控制技術，使得工廠內(nèi)大多數(shù)設備能夠在脫離人類操作的情況下對零部件進行選擇和組裝。有趣的是執(zhí)行這些智能控制算法的機器也就是同一個生產(chǎn)線的產(chǎn)品，這至少說明智能制造也并非是難以實現(xiàn)的復雜技術。

 

　　一般來說，智能制造生產(chǎn)體系是由復雜的系統(tǒng)組成的，其復雜性一方面來自智能機器的計算機理，另一方面則來自智能制造網(wǎng)絡的形態(tài)。依靠這些復雜的元素，智能制造生產(chǎn)體系能夠給工業(yè)企業(yè)帶來相當多的效益。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式相比，智能制造需要更多的傳感元件，也需要像機器人那樣更加精巧的執(zhí)行設備。這些元件和設備提供的信息可以為智能制造提供必要的控制和決策依據(jù)。在美國GE所規(guī)劃的智能制造生產(chǎn)體系中，甚至還包含了安裝在產(chǎn)品(例如航空發(fā)動機)中的大量傳感器，它們可通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)獲得實時的信息綜合，從而為這些產(chǎn)品的優(yōu)化運行提供科學的決策依據(jù)。智能制造一般情況下都不是孤立的系統(tǒng)，而是由大量的生產(chǎn)環(huán)節(jié)或以產(chǎn)業(yè)鏈的方式連接起來的部分組成的。這些部分能否協(xié)同執(zhí)行，主要取決于它們之間信息互聯(lián)互通的技術性能。此外，在智能制造生產(chǎn)體系中，不僅在機器的自動化與智能化工作方面需要大量的數(shù)據(jù)采集和計算，而且在制造執(zhí)行層面的管理上也需要大量的數(shù)據(jù)融合與分析。由此可見，在智能制造生產(chǎn)體系復雜性的背后，人們所遭遇到的問題實質上是如何去處理規(guī)模巨大的生產(chǎn)過程或產(chǎn)品特性的狀態(tài)數(shù)據(jù)。20多年的發(fā)展實踐表明，將互聯(lián)網(wǎng)技術引入到智能制造的生產(chǎn)體系中來，是解決這類問題的最有效方法。

 

　　推進智能制造生產(chǎn)體系建設是在全球化經(jīng)濟模態(tài)下提升國家競爭力的最重要的手段之一，世界各國都想在這一領域中取得發(fā)展的先機。我國出臺的“中國制造2025”規(guī)劃中就包含了智能制造工程、制造業(yè)創(chuàng)新建設工程、工業(yè)強基工程、綠色制造工程、高端裝備創(chuàng)新工程五個重大工程的建設內(nèi)容，其中智能制造是最核心的工程。這項規(guī)劃的目標是到2025年，我國的工業(yè)生產(chǎn)制造智能化水平應達到能夠進入國際第一方陣的程度，實現(xiàn)從制造大國到制造強國的轉型。這充分說明智能制造的技術研發(fā)和工程應用已成為我國工業(yè)政策制定、科技創(chuàng)新規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)資源配置的重點領域。因此，在未來10年的時間里，我國勢必將按照“中國制造2025”規(guī)劃中關于“新一代信息技術”的目標和任務要求，進一步加大對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎技術研究和公共設施建設的實質性投入，以便為智能制造生產(chǎn)體系的形成并發(fā)揮重要的作用提供更好的條件。目前，有關方面正在進行智能制造研究與發(fā)展的路線圖規(guī)劃，根據(jù)我國現(xiàn)有的技術基礎，做出研究路線、發(fā)展進程、關鍵技術等方面的具體部署。作為智能制造生產(chǎn)體系的一個重要組成部分，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的研究與發(fā)展問題，也應該成為一個專題，并把它列入到相應的發(fā)展路線圖中來。