在本屆兩會上，國家總理李克強(qiáng)稱，新興產(chǎn)業(yè)和新興業(yè)態(tài)是競爭高地。從國家層面制定“互聯(lián)網(wǎng) ”行動計劃，推動移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合，促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等健康發(fā)展。
2015年3月4日，值兩會期間，中關(guān)村大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟舉辦了“大數(shù)據(jù)100”活動，中關(guān)村大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟工業(yè)大數(shù)據(jù)專業(yè)委員會主任、中國人工智能學(xué)會基礎(chǔ)專業(yè)委員會常務(wù)委員、中國通信學(xué)會云計算專家委員會委員、北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院計算機(jī)學(xué)科帶頭人陳志成教授就工業(yè)4.0時代，工業(yè)企業(yè)如何發(fā)展“機(jī)聯(lián)網(wǎng)”和“機(jī)聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)”思路進(jìn)行了介紹。
據(jù)陳志成介紹，機(jī)器聯(lián)網(wǎng)指應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、現(xiàn)代通信技術(shù)，對企業(yè)制造設(shè)備、工藝流程，空調(diào)、照明、倉儲等輔助設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的改造升級管理，形成集中管理、資源共享的現(xiàn)代化智能制造模式，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、促進(jìn)節(jié)能減排、提高企業(yè)綜合能力的目的。機(jī)器聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前提和基礎(chǔ)，通過云服務(wù)把機(jī)器和設(shè)備連接起來，才能真正創(chuàng)造和發(fā)揮工業(yè)大數(shù)據(jù)的價值。
我國工業(yè)自動化水平還很落后
工業(yè)自動化是機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程在不需要人工直接干預(yù)的情況下，按預(yù)期的目標(biāo)實現(xiàn)測量、操控等信息處理和過程控制的統(tǒng)稱。自動化技術(shù)是探索和研究實現(xiàn)自動化生產(chǎn)制造過程的方法和技術(shù)，涉及機(jī)械、微電子、計算機(jī)、機(jī)器視覺等綜合性技術(shù)領(lǐng)域。對工業(yè)自動化最簡單的理解，就是在工業(yè)工廠里盡可能地利用機(jī)器和設(shè)備取代人工勞動。
機(jī)器人是實現(xiàn)工業(yè)自動化的重要技術(shù)之一，也是衡量一個國家工業(yè)自動化水平的重要指標(biāo)之一。據(jù)今年2月5日國際機(jī)器人聯(lián)合會發(fā)布的報告稱，目前中國制造業(yè)中每1萬名工人平均僅配有30臺機(jī)器人，這一數(shù)字在韓國為437臺、日本為323臺、德國為282臺、美國為152臺。此外，有關(guān)數(shù)據(jù)表明國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人僅占有中國10%的市場份額，其余均被日本、歐洲和美國的工業(yè)機(jī)器人企業(yè)占據(jù)，而國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵零部件的進(jìn)口依賴度高達(dá)90%以上。
據(jù)陳志成介紹，中國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)整體上比較落后有五大原因。首先是起步晚，在先進(jìn)制造領(lǐng)域，中國整體上還處于CAD/CAM以及CMOS集成制造時代，以機(jī)器人為代表的智能制造時代才剛剛開始；其次是核心技術(shù)少，我國對機(jī)器人研發(fā)、生產(chǎn)、制造以及應(yīng)用等若干方面的關(guān)鍵技術(shù)掌握少，生產(chǎn)核心零部件少；第三是企業(yè)規(guī)模小，機(jī)器人屬于典型的三高一低（高技術(shù)、高人才、高投入、低附加值回報）行業(yè)，缺乏龍頭企業(yè)；第四是行業(yè)發(fā)展慢，政府與企業(yè)缺乏轉(zhuǎn)型意識，直到人口紅利消失才意識到必須走智能制造和發(fā)展機(jī)器人路線；第五是產(chǎn)學(xué)研脫離，高校研究與企業(yè)需求相分離，技術(shù)轉(zhuǎn)化效果不明顯。
機(jī)器聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)4.0的基礎(chǔ)
2013年9月，浙江省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會發(fā)布的《關(guān)于開展企業(yè)“機(jī)聯(lián)網(wǎng)”工程建設(shè)的意見》指出，近些年浙江省制造業(yè)快速發(fā)展，企業(yè)機(jī)器設(shè)備數(shù)量不斷增加，但企業(yè)機(jī)器設(shè)備管理水平落后，一線勞動用工缺口持續(xù)擴(kuò)大，加快機(jī)器設(shè)備聯(lián)網(wǎng)成為企業(yè)提升生產(chǎn)經(jīng)營水平、加快轉(zhuǎn)型升級的重要突破口。
該《意見》形象地描繪出了“機(jī)聯(lián)網(wǎng)”工程的意義：從“一人負(fù)責(zé)一機(jī)”向“一人負(fù)責(zé)多機(jī)”，甚至“一人負(fù)責(zé)一個車間”、“無人車間”方向發(fā)展，大幅減少生產(chǎn)一線尤其是臟活、累活、污染崗位、危險崗位的勞動用工。實際上近年來，人口紅利的消失讓江浙、廣東一代的企業(yè)受到了重大挑戰(zhàn)。我國勞動年齡人口自2012年以來，已經(jīng)連續(xù)三年出現(xiàn)絕對數(shù)量下降。除了絕對勞動人口的下降外，重點城市的生活成本與日俱增，讓很多外地勞動力選擇回家鄉(xiāng)工作，這進(jìn)一步導(dǎo)致企業(yè)用工數(shù)量的下降。所以我國發(fā)展工業(yè)4.0，首先有“機(jī)器換人”的現(xiàn)實需求。
工業(yè)4.0主要指在智能制造時代，企業(yè)通過在復(fù)雜而廣泛的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析挖掘和邏輯推理，從而形成智能化的決策和判斷。德國工業(yè)4.0的核心詞主要是CPS信息物理系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)，并認(rèn)為CPS是實現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。CPS的意義在于將物理設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，特別是連接到互聯(lián)網(wǎng)上，使得物理設(shè)備具有計算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能。其中，工業(yè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)CPS的重要環(huán)節(jié)。
機(jī)器聯(lián)網(wǎng)主要指建立覆蓋數(shù)據(jù)采集、設(shè)備監(jiān)控、運維診斷、流程優(yōu)化、節(jié)能環(huán)保和安全監(jiān)控的設(shè)備信息化管理體系，形成企業(yè)專用物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。在機(jī)器聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用CAM（計算機(jī)輔助制造）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、FMS（計算機(jī)柔性制造）、自動控制等成熟制造技術(shù)，以及結(jié)合工業(yè)機(jī)器人、RFID射頻識別、無線傳感、云計算等先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)信息系統(tǒng)整合和業(yè)務(wù)協(xié)同、生產(chǎn)裝備和制造過程的網(wǎng)絡(luò)化和智能化。
四大類機(jī)器設(shè)備聯(lián)網(wǎng)
在浙江省經(jīng)信委的《關(guān)于開展企業(yè)“機(jī)聯(lián)網(wǎng)”工程建設(shè)的意見》中，提出了四大類機(jī)器聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：數(shù)控機(jī)床、行業(yè)專用設(shè)備、大型機(jī)器設(shè)備和工廠輔助設(shè)備，為機(jī)器聯(lián)網(wǎng)可覆蓋的底層設(shè)備提供了參考。
數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)以汽車、鋼鐵、建材、機(jī)械、電子等行業(yè)為重點，推進(jìn)鑄鍛造車間的液壓機(jī)、操作機(jī)、鑄鍛吊車聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)鑄鍛壓機(jī)與操作機(jī)數(shù)控聯(lián)動；推進(jìn)實施工廠成型、切削、磨工等數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)管理，推廣應(yīng)用敏捷制造等先進(jìn)的管理制造模式；引導(dǎo)企業(yè)建立CAD、CAM-制造物聯(lián)平臺，建立設(shè)計、加工、生產(chǎn)全流程無圖紙數(shù)字工廠。
行業(yè)專用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)以紡織、服裝、塑料、化工、建材、船舶、汽車、光電等行業(yè)為重點，建立自動化生產(chǎn)線，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，形成設(shè)備物聯(lián)專用網(wǎng)絡(luò)；特殊崗位加強(qiáng)能耗、污染物排放和安全因素在線監(jiān)控；加強(qiáng)高能耗設(shè)備變頻、節(jié)電、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，促進(jìn)節(jié)能減排和管理效率提升；建立中央數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，加強(qiáng)設(shè)備運行狀況實時監(jiān)視，統(tǒng)一管理生產(chǎn)工藝，并與上層企業(yè)管理系統(tǒng)ERP數(shù)據(jù)交換集成。
工廠大型生產(chǎn)機(jī)器設(shè)備以工廠大型生產(chǎn)設(shè)備、工程建筑機(jī)械設(shè)備等為重點，開展大型機(jī)器設(shè)備聯(lián)機(jī)改造，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測與維護(hù)。建立大型機(jī)器設(shè)備智慧管控平臺，對設(shè)備和產(chǎn)品的性能狀態(tài)進(jìn)行異地遠(yuǎn)程的全天候監(jiān)測、預(yù)測和評估,提高設(shè)備作業(yè)率，減少非計劃停機(jī)時間。
工廠輔助配套設(shè)備包括工廠水電氣管理系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、倉儲物流系統(tǒng)、 門禁系統(tǒng)等輔助配套設(shè)施，建立企業(yè)信息化綜合管控體系。推進(jìn)企業(yè)倉儲物流與生產(chǎn)制造系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，提升“機(jī)聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用成效；以行業(yè)龍頭企業(yè)為主體，推進(jìn)供應(yīng)鏈企業(yè)間系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，加強(qiáng)產(chǎn)供銷數(shù)據(jù)資源銜接，提升生產(chǎn)經(jīng)營水平；加強(qiáng)工廠空壓機(jī)、風(fēng)機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等主要耗能設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，對水、電、油、氣消耗自動記錄，建立智能化管控體系，促進(jìn)企業(yè)總體節(jié)能；推進(jìn)智慧能源監(jiān)測體系建設(shè)，實現(xiàn)重點耗能企業(yè)能耗實時監(jiān)測。
機(jī)聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)解決方案
陳志成介紹了一個“智造企業(yè)機(jī)聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)”解決方案，為工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)機(jī)聯(lián)網(wǎng)提供了路線圖。整體機(jī)聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)分為三個組成部分，分別是企業(yè)（工廠）內(nèi)機(jī)器聯(lián)網(wǎng)、室外（工地）機(jī)器聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)平臺，通過三個組成部分實現(xiàn)三層架構(gòu)：應(yīng)用層、云服務(wù)平臺層和機(jī)聯(lián)網(wǎng)層。其中，機(jī)聯(lián)網(wǎng)層為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集層，通過云服務(wù)向應(yīng)用層交付數(shù)據(jù)；企業(yè)的各類應(yīng)用通過IaaS與PaaS云服務(wù)的方式，向工廠管理系統(tǒng)投放數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能化工廠。
陳志成認(rèn)為底層機(jī)聯(lián)網(wǎng)最為復(fù)雜之處在于復(fù)雜傳感器網(wǎng)絡(luò)以及不同的通信協(xié)議。要對機(jī)床進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，不僅需要統(tǒng)一各種數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，還要研發(fā)各種專用傳感器，細(xì)化到機(jī)床上某個點的監(jiān)控。此外，通信協(xié)議也不能覆蓋所有的機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信需求，需要開發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并把網(wǎng)絡(luò)安全考慮在內(nèi)，機(jī)器設(shè)備聯(lián)網(wǎng)協(xié)議是機(jī)聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵性技術(shù)。
在數(shù)據(jù)處理方面，有兩級處理方式。一個是本地的實時處理，當(dāng)車間設(shè)備出了故障，能馬上進(jìn)行反饋，當(dāng)場處理反饋，不需要人工干預(yù)。另一個是大數(shù)據(jù)分析，把數(shù)據(jù)上傳到云數(shù)據(jù)中心，通過算法和流程優(yōu)化，進(jìn)行遠(yuǎn)程優(yōu)化監(jiān)控。此外，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)也非常重要，這不僅涉及到不同工廠和不同企業(yè)之間的數(shù)據(jù)交換，還涉及到企業(yè)向政府上報數(shù)據(jù)的格式。
在“智造企業(yè)機(jī)聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)”總體研發(fā)中，包含兩個解決方案、七項關(guān)鍵技術(shù)、三項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中有三類硬件開發(fā)、六個軟件系統(tǒng)的開發(fā)。其中兩個解決方案指機(jī)聯(lián)網(wǎng)整理解決方案和云服務(wù)整體解決方案，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)指機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)大數(shù)據(jù)組織標(biāo)準(zhǔn)和云應(yīng)用服務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵技術(shù)包括機(jī)聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、空間信息技術(shù)、多維呈現(xiàn)技術(shù)和移動終端技術(shù)。三類硬件包括新型傳感器、新型融合通信網(wǎng)關(guān)和云服務(wù)安全認(rèn)證設(shè)備，六個軟件系統(tǒng)包括機(jī)聯(lián)網(wǎng)管理控制子系統(tǒng)、云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)子系統(tǒng)、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)、應(yīng)用集成子系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)和應(yīng)用終端服務(wù)子系統(tǒng)。
能源大數(shù)據(jù)管控案例
陳志成介紹了由廣東盈嘉公司承擔(dān)的國家物聯(lián)網(wǎng)專項課題能源大數(shù)據(jù)管控項目，主要實現(xiàn)了對中國移動機(jī)房內(nèi)的用電設(shè)備，包括主機(jī)服務(wù)器和輔助空調(diào)設(shè)備等，進(jìn)行監(jiān)控管理以及大數(shù)據(jù)分析。
該項目在相關(guān)設(shè)備中安裝傳感器，通過網(wǎng)關(guān)傳送數(shù)據(jù)傳送，可查看設(shè)備動態(tài)運行狀況，實現(xiàn)了設(shè)備運行狀態(tài)的多角度模擬展示。還能通過大數(shù)據(jù)分析，實時或定期查看數(shù)據(jù)分析圖表，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)的管理控制、優(yōu)化改進(jìn)。通過圖表，可以把各個地域、各個機(jī)房、各個服務(wù)器設(shè)備的能耗情況用多種方式直觀的表現(xiàn)出來。
除了電信領(lǐng)域之外，鋼鐵廠、水泥廠等高能耗的工業(yè)企業(yè)，也都面臨著升級改造的問題?；谖锫?lián)網(wǎng)的能源大數(shù)據(jù)控制與管理系統(tǒng)，是工業(yè)4.0時代的一個先行示范。
對于制造企業(yè)發(fā)展機(jī)聯(lián)網(wǎng)來說，是否有投資少見效快的途徑？陳志成認(rèn)為，由于中國很多企業(yè)之前是依靠“人口紅利”發(fā)展起來的，部 分領(lǐng)導(dǎo)們并不了解國內(nèi)外自動化水平，所以有必要聘請專家顧問、或咨詢企業(yè)，幫助進(jìn)行需求分析、技術(shù)對接、機(jī)器設(shè)備的本地化等。
