全球主要国家都在积极推动制造业转型升级,打造智能制造,依托自身要素禀赋,选择符合自己的路线。全球智能制造存在三条主要路线:美国的“工业互联网”,德国的“工业 4.0”,中国的“中国制造 2025”。
工业互联网这一概念最早由美国 GE 公司于 2012 年提出,大的时代背景是基于美国政府提出的先进制造以及制造业回归计划,代表全球工业系统与智能传感技术、高级计算、大数据分析以及互联网技术的连接和融合,其核心三要素包括智能设备、先进的数据分析工具、人与设备交互接口,目的是构建开放、全球化的网络,以价值链后端数据后向反馈重组生产方式,实现生产效率提升和服务化转型。美国的工业互联网涉及制造、交通、电力、医疗等多个垂直行业,依托 IT 和 OT 领域产业界强大优势,基于数据链整合,以大数据分析为基础颠覆传统产业。
德国的“工业 4.0”以德国高技术战略 2020 为背景,由政府和产业界在 2013 年共同提出,包含“智能工厂”和“智能生产”两个核心:前者主要涉及智能化生产系统及制造装备,后者主要涉及生产物流管理、人机互动以及 3D 技术。德国政府希望依托在主流工业制造领域全球遥遥领先的优势,以智能装备和生产系统为基础,实现市场和解决方案双目标。
“中国制造 2025”是由政府主导,基于中国制造业整体面临转型升级的时代背景下于 2015 年提出,其核心理念是为了促进信息技术与制造技术深度融合的数字化、智能化制造,依托中国统一的单一大市场和政府强大的系统整合能力,为后续 10 年的发展勾画蓝图。总体涉及的行业范畴包括信息技术、医药、制造业、能源等 10 个行业。目前中、德两国的路线正在走向融合,共同点是企业利用信息化与工业相结合。
关于工业物联网,业界尚未形成统一的定义和标准。根据中国信息通信研究院的定义,工业互联网通过系统构建网络、平台、安全三大功能体系,打造人、机、物全面互联的新兴网络基础设施,形成智能化发展的新兴业态和应用模式。从网络角度看,工业互联网可以分为工厂内网和外网,为了满足低时延、高可靠的网络要求,目前全球都在研究时间敏感性网络和确定性网络。工厂内网的改造也是多方面的,工业以太网、工业 PON,窄带物联网、5G、SDN 等技术都会应用于工厂内网。
5G 将促进工业互联网成为现实,在 ITU 定义的三大场景中,超大带宽、海量机器连接和超可靠低时延网络在制造业的多个领域都可以得到广泛应用。
5G 的低时延和每秒数千兆比特的速度将支持计算密集型的 AR/VR 用户交互,移动化的 AR/VR(或称为智能眼镜)可通过在任何环境或表面提供虚拟显示。Google 公司推出的二代 Google 眼镜企业版,目前在制造领域发展较为迅速,在 GE、波音、DHL 等大企业获得了积极反馈,未来在 5G 网络提升性能指标后,预期将取得更快的发展。
在远程监控领域,工业领域聚焦在如何利用普适性的传感来支持设备的渐进式性能提升和预防性维护。目前的解决方案严重依赖有线技术,难以翻新改造。5G 的潜力在于提供一个稳健的替代方式,从而为新设备和现有设备提供解决方案。
参考观研天下发布《2018年中国工业互联网行业分析报告-市场深度调研与发展趋势研究》
在工业自动化方面,在工厂车间中绝大部分基础设施将继续通过有线连接的同时,打造更智能的工厂、增加工人和支持工厂资产移动性可为大带宽和高安全性的无线解决方案创造机会。5G 超可靠低时延服务能为以下两个特定服务领域提供特定优势 :实时闭环通信和免提设备监控。实时闭环通信可支持远程控制设备及制造流程,包括连接机器、机器人和移动设备以便实现整体设备效用(OEE)最大化。工人可利用 5G 支持的免提设备监控来监测机器和生产线绩效,同时出于安全或者无菌目的保持免提操作。如果时延方面得到充分改善,工人也能利用可穿戴设备和手势控制进行远程操作。
与消费领域不同,由于生产制造领域的复杂性和对安全可靠的高要求,5G 促进制造业升级将是一个漫长的过程。对于工业互联网的理解,我们也需要从“前途的光明性”和“道路的曲折性”两个方面考虑。一方面,新事物的发展不可能一帆风顺,新业务 S 曲线发展规律同样适合于工业互联网。由于资本市场对于从传统制造向数字制造转型的长期性和复杂性预期不足,工业互联网的鼻祖 GE 近两年来股价暴跌,其数字工业转型的主导者和灵魂人物 CEO Immelt 悲壮下课。另一方面工业互联网是新工业革命的关键支撑和智能制造的重要基石,它通过实现人、机、物的全面互联,促进制造资源泛在连接、弹性供给和高效配置,正在推动制造业创新模式、生产方式、组织形式和商业范式的深刻变革,未来必将推动全球工业生态体系的重构迭代和全面升级。
中国当前绝大多数制造企业还处在工业 3.0(信息化)的过程中,离 4.0(智能化)还有较大距离。这个阶段的首要任务是在线化和数据化,企业上云是这个阶段最大的机会。云计算的发展为工业互联网提供新的技术基础,基于工业云服务,用户可以获得云化的工业设计、模具设计与性能分析等服务,从而大幅缩短产品升级换代周期、降低设计与制造成本、提高产品性能;另一方面,工业企业的订单管理、备料等诸多环节均可依托工业云平台的 ERP、PLM 等企业管理工具来提升管理效能。根据《2016 中国制造信息化指数》披露的数据,2016 年底国内制造企业云平台的渗透率 33.7%,高于全体行业的平均水平,但离 100%的目标还有较大差距,未来空间巨大。从 ICT 的角度来看未来全中国每年有约 2000 亿美金的市场空间。根据普华永道的调研统计,这其中主要投入包括传感、联接以及软件应用等。
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