在本屆兩會(huì)上，國(guó)家總理李克強(qiáng)稱(chēng)，新興產(chǎn)業(yè)和新興業(yè)態(tài)是競(jìng)爭(zhēng)高地。從國(guó)家層面制定“互聯(lián)網(wǎng) ”行動(dòng)計(jì)劃，推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)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(huì)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(dòng)，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(zhuān)業(yè)委員會(huì)主任、中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)常務(wù)委員、中國(guó)通信學(xué)會(huì)云計(jì)算專(zhuān)家委員會(huì)委員、北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)科帶頭人陳志成教授就工業(yè)4.0時(shí)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(jì)算、現(xiàn)代通信技術(shù)，對(duì)企業(yè)制造設(shè)備、工藝流程，空調(diào)、照明、倉(cāng)儲(chǔ)等輔助設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的改造升級(jí)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(shí)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(guò)云服務(wù)把機(jī)器和設(shè)備連接起來(lái)，才能真正創(chuàng)造和發(fā)揮工業(yè)大數(shù)據(jù)的價(jià)值。
我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平還很落后
工業(yè)自動(dòng)化是機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)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(shí)現(xiàn)測(cè)量、操控等信息處理和過(guò)程控制的統(tǒng)稱(chēng)。自動(dòng)化技術(shù)是探索和研究實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)制造過(guò)程的方法和技術(shù)，涉及機(jī)械、微電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)器視覺(jué)等綜合性技術(shù)領(lǐng)域。對(duì)工業(yè)自動(dòng)化最簡(jiǎn)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(dòng)。
機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的重要技術(shù)之一，也是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要指標(biāo)之一。據(jù)今年2月5日國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)發(fā)布的報(bào)告稱(chēng)，目前中國(guó)制造業(yè)中每1萬(wàn)名工人平均僅配有30臺(tái)機(jī)器人，這一數(shù)字在韓國(guó)為437臺(tái)、日本為323臺(tái)、德國(guó)為282臺(tái)、美國(guó)為152臺(tái)。此外，有關(guān)數(shù)據(jù)表明國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人僅占有中國(guó)10%的市場(chǎng)份額，其余均被日本、歐洲和美國(guó)的工業(yè)機(jī)器人企業(yè)占據(jù)，而國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵零部件的進(jìn)口依賴(lài)度高達(dá)90%以上。
據(jù)陳志成介紹，中國(guó)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(guó)整體上還處于CAD/CAM以及CMOS集成制造時(shí)代，以機(jī)器人為代表的智能制造時(shí)代才剛剛開(kāi)始；其次是核心技術(shù)少，我國(guó)對(duì)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(bào)）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(shí)，直到人口紅利消失才意識(shí)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(huì)發(fā)布的《關(guān)于開(kāi)展企業(yè)“機(jī)聯(lián)網(wǎng)”工程建設(shè)的意見(jiàn)》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(dòng)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(yíng)水平、加快轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要突破口。
該《意見(jiàn)》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(gè)車(chē)間”、“無(wú)人車(chē)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(xiǎn)崗位的勞動(dòng)用工。實(shí)際上近年來(lái)，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(guó)勞動(dòng)年齡人口自2012年以來(lái)，已經(jīng)連續(xù)三年出現(xiàn)絕對(duì)數(shù)量下降。除了絕對(duì)勞動(dòng)人口的下降外，重點(diǎn)城市的生活成本與日俱增，讓很多外地勞動(dòng)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(guó)發(fā)展工業(yè)4.0，首先有“機(jī)器換人”的現(xiàn)實(shí)需求。
工業(yè)4.0主要指在智能制造時(shí)代，企業(yè)通過(guò)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(guó)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(shí)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(jì)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(shí)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(yùn)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(zhuān)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(jì)算機(jī)輔助制造）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、FMS（計(jì)算機(jī)柔性制造）、自動(dòng)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(shí)別、無(wú)線傳感、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)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(guò)程的網(wǎng)絡(luò)化和智能化。
四大類(lèi)機(jī)器設(shè)備聯(lián)網(wǎng)
在浙江省經(jīng)信委的《關(guān)于開(kāi)展企業(yè)“機(jī)聯(lián)網(wǎng)”工程建設(shè)的意見(jiàn)》中，提出了四大類(lèi)機(jī)器聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：數(shù)控機(jī)床、行業(yè)專(zhuān)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(chē)、鋼鐵、建材、機(jī)械、電子等行業(yè)為重點(diǎn)，推進(jìn)鑄鍛造車(chē)間的液壓機(jī)、操作機(jī)、鑄鍛吊車(chē)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)鑄鍛壓機(jī)與操作機(jī)數(shù)控聯(lián)動(dòng)；推進(jìn)實(shí)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(tái)，建立設(shè)計(jì)、加工、生產(chǎn)全流程無(wú)圖紙數(shù)字工廠。
行業(yè)專(zhuān)用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)以紡織、服裝、塑料、化工、建材、船舶、汽車(chē)、光電等行業(yè)為重點(diǎn)，建立自動(dòng)化生產(chǎn)線，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，形成設(shè)備物聯(lián)專(zhuān)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(yùn)行狀況實(shí)時(shí)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(diǎn)，開(kāi)展大型機(jī)器設(shè)備聯(lián)機(jī)改造，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與維護(hù)。建立大型機(jī)器設(shè)備智慧管控平臺(tái)，對(duì)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(cè)、預(yù)測(cè)和評(píng)估,提高設(shè)備作業(yè)率，減少非計(jì)劃停機(jī)時(shí)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(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)、 門(mén)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(cāng)儲(chǔ)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(xiāo)數(shù)據(jù)資源銜接，提升生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)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(duì)水、電、油、氣消耗自動(dòng)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(cè)體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)耗能企業(yè)能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
機(jī)聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)解決方案
陳志成介紹了一個(gè)“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(shí)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(gè)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(tái)，通過(guò)三個(gè)組成部分實(shí)現(xiàn)三層架構(gòu)：應(yīng)用層、云服務(wù)平臺(tái)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(guò)云服務(wù)向應(yīng)用層交付數(shù)據(jù)；企業(yè)的各類(lèi)應(yīng)用通過(guò)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(shí)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(duì)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(zhuān)用傳感器，細(xì)化到機(jī)床上某個(gè)點(diǎn)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(kāi)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(jí)處理方式。一個(gè)是本地的實(shí)時(shí)處理，當(dāng)車(chē)間設(shè)備出了故障，能馬上進(jìn)行反饋，當(dāng)場(chǎng)處理反饋，不需要人工干預(yù)。另一個(gè)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(guò)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(bào)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(gè)解決方案、七項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、三項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中有三類(lèi)硬件開(kāi)發(fā)、六個(gè)軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。其中兩個(gè)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(jì)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(dòng)終端技術(shù)。三類(lèi)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(gè)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(guó)家物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)項(xiàng)課題能源大數(shù)據(jù)管控項(xiàng)目，主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)中國(guó)移動(dòng)機(jī)房?jī)?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(xiàng)目在相關(guān)設(shè)備中安裝傳感器，通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳送數(shù)據(jù)傳送，可查看設(shè)備動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的多角度模擬展示。還能通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)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(guò)圖表，可以把各個(gè)地域、各個(gè)機(jī)房、各個(gè)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(lái)。
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(jí)改造的問(wèn)題。基于物聯(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(shí)代的一個(gè)先行示范。
對(duì)于制造企業(yè)發(fā)展機(jī)聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，是否有投資少見(jiàn)效快的途徑？陳志成認(rèn)為，由于中國(guó)很多企業(yè)之前是依靠“人口紅利”發(fā)展起來(lái)的，部 分領(lǐng)導(dǎo)們并不了解國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化水平，所以有必要聘請(qǐng)專(zhuān)家顧問(wèn)、或咨詢(xún)企業(yè)，幫助進(jìn)行需求分析、技術(shù)對(duì)接、機(jī)器設(shè)備的本地化等。
