面向智能制造的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

 

　　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。解決這個問題的最好方法就是建設一種平臺化的服務環(huán)境。一種技術環(huán)境何以能稱之為平臺，只因它能夠給開發(fā)者提供科學高效的工具，能夠給應用提供可靠穩(wěn)定的執(zhí)行機制，能夠給管理者提供便捷靈活的監(jiān)控手段。這就好比說一個連接各大城市的路網(wǎng)，只要它有平坦的路面、合理的交叉路口、科學的交通規(guī)則和嚴格的路政管理，那么它就是一種服務性的平臺環(huán)境，因為所有汽車的擁有者，無論什么車型(對應不同的應用)，都能夠得到平臺提供的相關資源和服務。這種路網(wǎng)平臺只要有合理的屬性(例如道路的寬度、坡度等)，就能夠為眾多的用戶提供滿足不同需求的服務。用戶只需要投資運載工具的費用和為相應的服務支付必要的費用(如過橋費)，而不必為路網(wǎng)平臺巨額的基礎設施建設成本而發(fā)愁。由此可見，建設一種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術平臺就和建設一個路網(wǎng)平臺一樣重要，人們需要平臺提供的工具進行智能制造系統(tǒng)的開發(fā)，需要平臺提供的資源執(zhí)行智能制造的算法，需要平臺提供的方法管理智能制造的過程。

 

　　美國GE公司是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的積極倡導者。該公司為此所付出的努力主要包括兩個方面：一是領導了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(IIC)，二是與網(wǎng)絡技術巨頭思科公司合作研究開發(fā)了Predix工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)軟件平臺。GE和思科的目的是要把這種平臺作為事實上的工業(yè)標準，將眾多的工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)過程尤其是智能制造的生產(chǎn)體系都融入到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中來，從中可獲得巨大的收益。為此，GE的CEO在Minds Machines大會上的開場白中直言：昨晚入睡前你還是一個工業(yè)企業(yè)，今天一覺醒來卻成了軟件和數(shù)據(jù)分析的公司，這就是現(xiàn)實中發(fā)生的巨變。在GE看來，Predix有機會成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)標準，而且能大幅度地降低企業(yè)采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用的門檻。但是，我們也注意到，也有不少專家認為，Predix目前還僅僅是一套工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用的開發(fā)工具，它能夠幫助企業(yè)把設備上的數(shù)據(jù)上傳到云端，而真正有可能為這些數(shù)據(jù)提供分析能力的是GE的 APM(企業(yè)資產(chǎn)性能管理系統(tǒng))。那么，APM是否已經(jīng)具有了適合所有企業(yè)生產(chǎn)體系的數(shù)據(jù)分析的能力，這一點顯然是有存疑的。另一方面，Predix作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用開發(fā)平臺，并沒有賦予相應的智能制造控制層的應用軟件的開發(fā)功能，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有可能不得不分處于兩個獨立的世界：一個是云上的數(shù)據(jù)分析層，一個是云下的智能控制層，其間存在著巨大的技術鴻溝。

 

　　能否填補這樣的鴻溝，已成為這場由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來的第三次工業(yè)革命能否取得成功的重要標志。我們認為，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)很重要，它是智能制造的重要條件之一，因此它必須能夠通達云上和云下的所有地方，也必須能滲透到智能制造系統(tǒng)的每一個控制環(huán)節(jié)。福建中海創(chuàng)集團研究開發(fā)的“工業(yè)自動化通用技術平臺IAP”這方面已經(jīng)取得了重要突破。研究者試圖從Predix最薄弱的控制端應用開發(fā)切入，希望IAP的技術能朝著既是一種面向異構環(huán)境的智能控制軟件開發(fā)平臺，又是向著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用軟件的操作系統(tǒng)方向發(fā)展，成為又一種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的軟件開發(fā)平臺。目前，IAP提供了一套標準的智能控制算法的模塊化組態(tài)工具和一種能適應于不同計算機操作系統(tǒng)的控制算法執(zhí)行中間件——數(shù)據(jù)引擎，它一方面解決了異構控制系統(tǒng)的技術統(tǒng)一問題，為智能制造的應用軟件開發(fā)提供了有利的條件，另一方面也解決了基于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的應用開發(fā)問題，為企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的構建提供了重要的技術基礎。具體來說，采用IAP控制平臺，生產(chǎn)企業(yè)可以利用組態(tài)模塊進行智能制造系統(tǒng)的應用設計，并通過互聯(lián)網(wǎng)在不受時間和空間限制的前提下將應用組態(tài)下載到相應的控制器中。所有智能制造系統(tǒng)中的控制器組態(tài)模塊的實時信息也可以通過互聯(lián)網(wǎng)被實時地傳送到其它控制器或系統(tǒng)中，包括資產(chǎn)的性能管理系統(tǒng)。

 

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術創(chuàng)新

 

　　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)。例如，我們應該如何進一步提升大量數(shù)據(jù)的處理和管理能力，如何將基于這些海量數(shù)據(jù)的分析轉化為有效的服務提供給客戶，又如何將物理世界和軟件世界更好地融合在一起。總之，要在工業(yè)界全面采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術，形成有利于智能制造生產(chǎn)體系發(fā)展的生態(tài)環(huán)境，我們還必須付出更多的努力，尤其是要做好以下幾個方面的研究工作：

 

　　深度學習技術的探索。智能制造在很大程度上需要借助人工智能的技術，而深度學習是受到科學界高度關注的一種人工智能方法，因此對深度學習的研究應該被列為智能制造的重要子課題。深度學習與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關系主要體現(xiàn)在提供給學習機制的數(shù)據(jù)未來可能都得來自智能制造生產(chǎn)體系的各個方面，而且需要學習的樣本數(shù)據(jù)隨著學習能力要求的提高而不斷擴大。為此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術發(fā)展，必須適應未來人工智能、深度學習、先進控制等復雜系統(tǒng)管理和計算的要求，為智能制造提供更好的服務。

 

　　云端計算環(huán)境的重構。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用軟件的開發(fā)平臺應能夠同時滿足云上和云下的應用設計和運行管理要求。但是，目前這兩種情況差異較大。云下的端設備依靠工業(yè)自動化廠商的技術，已經(jīng)基本上能夠滿足智能制造的控制要求。但云上的應用開發(fā)方面，目前還缺乏必要的軟件工具和成熟的技術環(huán)境的支持。而且工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用也不僅僅只有企業(yè)資產(chǎn)的性能管理這一個方面。事實上工業(yè)界非常期待在云環(huán)境中能夠有一種可重構其應用設計的軟件方法。

 

　　虛擬控制計算的研究。進入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代，對生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的需求與日俱增。讓工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)直接進入控制層獲取數(shù)據(jù)的做法，極有可能會帶來企業(yè)生產(chǎn)過程的安全問題，也很有可能會影響到生產(chǎn)過程的控制性能。為此，需要在智能制造這樣復雜的環(huán)境中，建立一種與過程控制完全對稱的平行系統(tǒng)，如果將該系統(tǒng)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對接，即可避免上述問題。但這必須解決技術上的一些關鍵問題。例如，為降低開發(fā)成本，平行的虛擬控制計算環(huán)境與智能制造的實際控制器的關系，在形式上應嚴格保持軟件結構的一致性。

 

　　網(wǎng)絡信息安全的保障。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用，使得比較敏感的工業(yè)過程的控制信息暴露在了公共環(huán)境中。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，確保網(wǎng)絡信息安全的技術是目前最為迫切的研究課題。采取完全物理隔離的方法不僅并不能徹底解決工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全問題，反而制約了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展。如果我們能夠在控制算法執(zhí)行機制上進行深度的創(chuàng)新，是有可能建立一種獨特的具有一定免疫特性的安全環(huán)境的，并將其延伸到整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。除此之外，將智能制造的生產(chǎn)體系信息安全的實時檢測，與企業(yè)資產(chǎn)性能的管理統(tǒng)一起來，也是對信息安全管控的一種貢獻。

 

　　前景展望

 

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在智能制造的生產(chǎn)體系中承擔著數(shù)據(jù)通信和信息融合的重要任務，是智能制造系統(tǒng)不可或缺的組成部分。智能制造系統(tǒng)龐大、數(shù)據(jù)量大、時空分布范圍廣闊等特點，給工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術的研究和應用提供了極大的發(fā)展空間。因此，我們在實施中國制造2025發(fā)展規(guī)劃的進程中，應該把工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎技術和設施的研究及建設，與智能制造技術的開發(fā)及應用研究放在同一個發(fā)展路線圖上，在計劃安排、資源配置、標準制定等方面予以協(xié)同和均衡的管理。

 

　　隨著信息技術的快速發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的功能定位與技術性能發(fā)生新變化的可能性越來越大。未來企業(yè)不僅要利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)資源進行資產(chǎn)的性能管理，而且要利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)智能制造的云控制，將產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈或價值鏈的協(xié)同機制建立起來，或將先進控制技術資源的公共服務體系建立起來，不斷提升智能制造生產(chǎn)體系的創(chuàng)新水平。

 

　　21世紀經(jīng)濟全球化與生產(chǎn)智能化的發(fā)展格局已基本成形，世界主要經(jīng)濟體在先進制造領域的競爭也會日趨激烈。我國在 “中國制造2025”發(fā)展規(guī)劃的引領下，需要為包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造在內(nèi)的技術創(chuàng)新設計更加周密、完善和可操作性強的發(fā)展及實施方案，一定要在核心技術與規(guī)范標準方面找到自己的位置，積極參與全球經(jīng)濟信息化生態(tài)環(huán)境的建設與競爭，為在新中國成立100年之際跨入世界綜合國力強國之列打好堅實的基礎。