2.3 行業普及： 中國製造2025和工業互聯網（2018）_風聞

  昨天沒更，今天更四節  

  2018年夏天，被約稿要給各省經信委的工作人員出本書，但出書好友們時間和工作付出都不夠，便獨自編稿，怎奈節奏太慢沒跟上出版社流程，導致出書失利。後來畏懼正規出版社的流程和麻煩出版意願劇減。鑑於工業互聯網事業如火如荼，獨樂樂不如眾樂樂，不想稿件爛在電腦裏面，決定在網上貼出來和大家分享。最近剛買到觀察員的身份，沒想好要寫啥，先拿到觀察者網上曬曬，以饗讀者。2019年中美貿易戰大熱，但科技發展目測還沒超出2018年的內容範圍，還是可以給大家普及下此行業的基本知識。生活在這個時代，見證着這時代發生的巨大變化。希望此係列能給觀察者網的好友們一定幫助和啓發，有利於你們現在從事的事業和項目，更好的建設我國的製造業能力和國家能力。某在企業管理諮詢和企業信息化圈裏面浸淫多年，很樂意幫助有需要的讀者，若有問詢指教可以直接回復和私信。本稿本着天下文章一大抄，抄來抄去有提高的精神非百分百原創原撰。所以有見到相看似相識的段落，請勿為怪！

​第二講 中國製造2025的實現路徑  之

第三節 工業互聯網的出現

走過了機械化、電氣化、自動化、信息化，在21世紀10年代，工業和製造業發展逐漸邁進數字化、互聯網化、智能化。得益於電子信息技術、軟件技術、半導體加工技術和新材料技術的全面進步，整個社會的消費和生產發生了微型化、網絡化、數字化、智能化等多方面改變。數字化傳感器變得輕小便於攜帶和安裝，能耗小到可以一次安裝並長期工作，成本相對降低到可以負擔並大量使用的程度；全社會通信成本大幅下降，人人上網、萬物上網、萬物互聯；計算機能力大幅提升，大數據算法、分佈式存儲系統和大規模計算的技術全面推廣和普及；這三種趨勢直接塑造了“工業互聯網”產生和發展的物質技術基礎。

2017年11月19日，“國務院關於深化“互聯網+先進製造業”發展工業互聯網的指導意見”（本節簡稱《意見》）發佈。《意見》講述了時代發展的新形勢，“互聯網創新發展與新工業革命正處於歷史交匯期。發達國家搶抓新一輪工業革命機遇，圍繞核心標準、技術、平台加速佈局工業互聯網，構建數字驅動的工業新生態，各國參與工業互聯網發展的國際競爭日趨激烈。” 《意見》指出全球範圍內新一輪科技革命和產業變革蓬勃興起。工業互聯網作為新一代信息技術與製造業深度融合的產物，日益成為新工業革命的關鍵支撐和深化“互聯網+先進製造業”的重要基石，對未來工業發展產生全方位、深層次、革命性影響。工業互聯網通過系統構建網絡、平台、安全三大功能體系，打造人、機、物全面互聯的新型網絡基礎設施，形成智能化發展的新興業態和應用模式，是推進製造強國和網絡強國建設的重要基礎，是全面建成小康社會和建設社會主義現代化強國的有力支撐。建設和發展工業互聯網是我國搶佔國際製造業競爭制高點、數字經濟發展主動權的不二選擇，必須下大力度攻關和推廣。工業互聯網是互聯網在深刻改變社會生活後，對生產端的又一次革命。它並不是單純價值轉移，而是通過深度融合，創造增量，做‘加法’。以工業互聯網為代表的工業化與信息化融合是世界主要國家產業發展的重點模式，也是產業博弈的陣地所在。加大關鍵共性技術攻關力度，提升產品與解決方案供給能力。

發展工業互聯網，技術是核心，融合是關鍵。用工業互聯網加速製造業向智能化轉型，最終要落到“融合”上。中國工業互聯網產業聯盟指出網絡、數據和安全是體系架構的三大核心。“網絡”是工業系統互聯和數據傳輸交換的支撐基礎，“數據”是工業智能化的核心驅動，“安全”是網絡、數據以及工業融合應用的重要前提。中國工業互聯網產業聯盟在分析理解本土製造業和各型企業業務需求後，對國際同行的工業互聯網和“工業4.0”參考架構，借鑑性地做了部分吸收，提出我國的工業互聯網體系架構。

                          

圖七 中國工業互聯網體系架構

一、工業互聯網

顧名思義，“工業互聯網”就是工業用途的“互聯網”，“平台”就是這些工業用途互聯網實際落地的網絡、數據、軟件實現的聚合結構。工業互聯網作為新一代信息通信技術與製造業深度融合的產物，將驅動中國製造業生產方式、企業組織、產品模式等發生巨大變化。在全球重大製造強國基本上均把體系架構作為工業互聯網或者智能製造發展的重要抓手。工業互聯網是互聯網和新一代信息技術與全球工業系統深度融合集成所形成的產業和應用生態；工業互聯網是工業智能化發展的基礎設施，實現工業要素、控制系統、信息系統、人之間泛在聯接的網絡；工業互聯網的核心抓手是平台，通過雲和工業大數據實現海量工業數據的集成、處理和分析；工業互聯網是新模式和新業態，可以實現各種智能化生產、網絡化協同和服務化延伸。工業互聯網的實質是數據先行、全面互聯，在全面互聯的基礎上，數據流動形成智能化變革，形成新的模式和新的業態。工業互聯網相比民用或者消費者互聯網，更強調數據準確性實時性，更強調牢固和高性能的聯接，更看重安全的保障和參與者的軌跡記錄，更強調基於多種數據集成、分析和建模。工業互聯網最終要提供一個智能化的大系統。

消費者領域的互聯網用户能訪問大量的互聯網數據，通過互聯網進行商業交易個人金融交易，能下載和運行眾多的個人學習娛樂和效率軟件。工業領域目前在這方面的發展還非常的不夠。如同習近平總書記在十九大上説的，“中國特色社會主義進入新時代，我國社會主要矛盾已經轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾。”同樣的在互聯網本身的增長和互聯網給社會經濟提供數字基礎和數字化發展推動的角度來看，消費者領域和工業領域的互聯網網絡基礎的發展，網絡運用的場景和案例，網絡應用軟件的數量和用户，互聯網帶來的商業價值的創新和產品創新，都是非常不平衡和不充分。基於這個基本事實，我國的工業互聯網有着極其廣大的發展空間，一旦得以正確引導和產生正反饋效應，就能放大出強大的社會經濟效益，更好的服務於“建設成為富強民主文明和諧美麗的社會主義現代化強國”的戰略目標。2018年3月5日，第十三屆全國人民代表大會第一次會議在北京人民大會堂開幕，國務院總理李克強作政府工作報告。【9】在報告中對2018年政府工作提出建議，明確指出發展工業互聯網平台。原文如下：

“加快製造強國建設。推動集成電路、第五代移動通信、飛機發動機、新能源汽車、新材料等產業發展，實施重大短板裝備專項工程，發展工業互聯網平台，創建“中國製造2025”示範區。大幅壓減工業生產許可證，強化產品質量監管。全面開展質量提升行動,推進與國際先進水平對標達標，弘揚工匠精神，來一場中國製造的品質革命。”

二、工業互聯網平台

大家可以先從邏輯上來理解工業互聯網平台。

圖八 工業互聯網邏輯架構 

工業互聯網解決的是全系統的問題。工業互聯網體系架構頂層是應用，底層由數據源和通信網絡組成，中間是雲計算層，提供豐富的平台開發集成協同的可能性。通信網絡的互聯是基礎；數據源是核心，以數據源為核心可以形成工業上的智能生產控制和智能運營以及決策優化這些常用的工業智能化場景。安全是工業互聯網貫穿各個層面的重要保障，詳細拆解開有傳輸安全、數據安全、訪問安全、操作安全，還有整體的安全策略、安全追蹤、安全審計等等。

 先説説數據源，就是數據的來源，數據可以從物理世界裏面的實體採集出來，比如汽車、飛機；也可以是大型工業設備，比如高爐、變電站等等；還可以是大型農場、機場、停車場等等；還可以是網絡設施比如水網、電網以及立體的高樓、車站等，不一而足。還有一類數據源是已經數字化的資源，比如數據庫、企業裏面積累的軟件數據、公用的氣象、交通、人口等等。當然還可以是互聯網上的商業應用如淘寶、京東、找鋼網的鋼材價格、爬蟲爬出來的某類關鍵字出現的網站網頁地址等等。最後一種數據源則是依賴於用户輸入的，比如在手機上的點擊某個圖片、視頻、輸入的卡號、手機號等等，這些都是泛在的數據源。

數據的單獨存在沒有價值，只有數據通過通信送達要消費的用户方才有價值。原來的企業內部信息化都是直通式數據消費。比如銷售部的出售價格數量表單給財務，財務的付款發給採購等等。工業互聯網平台的出現後就不一樣了，大家都把數據直接交給平台，而消費信息的用户端可以從平台獲取而不用原有數據源了。但是不管信息怎麼流動，通信手段均離不開通信層，移動通信就是我們熟悉的手機和上網流量卡的結合，是最普及的數據通信方式，也是最容易被幹擾、屏蔽、截獲的民用普及通信方式。固定線路通信當然也有很多方式，相對要安全穩定，比較適合量大的數據通信；而衞星通信往往覆蓋野外離文明設施遙遠的地方，相對昂貴、速率慢、帶寬低，比較適合野外任務。專線是線路通信中較高級的，就是按標準帶寬的專有線路，數據傳送干擾少、競爭少、能有通信質量保證，也相對昂貴些。虛擬網絡則用軟件技術把數據進行各種技術處理後通過非特定線路傳送到達通信的另一方，相對專線價格低廉，但又能保證一定的數據私密性，但是速率和帶寬會受網絡擁擠程度的影響。

數據一旦匯聚到平台，通過數據的預存儲、預處理和轉譯解析，即把原始數據的格式和代碼變成明文。而工業數據由於工業協議語種多樣、數據私有、安全性要求高，為了省帶寬還會壓縮後傳送，因此必須要通過一定處理後才能被讀懂。而且有些雲計算基礎設施也會對數據進行壓縮或者加密後存儲，所以轉譯和解析是所有云計算平台都要有的功能。下一步就是數據的存儲和讀取，由於雲計算大部分時間裏面提供的是有限內存資源，大部分時候計算體系需要頻繁地讀取數據和存儲計算結果，其中採用的技術種類較多。緊接着就是計算能力的提供，小到幾個虛擬CPU12，多到成千上萬，但是基本上就是對數據計算的能力，雲計算可以按需提供計算能力，這是雲計算最大的優點，就像家裏的電錶和線路能限制性提供一定安培的電力輸出。平台上由於數據的來源、數據的保密級別、數據擁有者、數據使用者的自由度都是受限的。這個有點像酒店裏面房間的進出都是有門禁系統的，平台上數據的訪問控制就是數據平台的門禁系統。雲接口和大家常説的雲服務是一回事，這些雲服務是編程人員在雲平台上開發的，會被各種應用程序調用，那麼這種調用需要是有序的、可控的、可追蹤和管理的。這個體系是平台必須具備的，因為最後的雲服務都要通過這個來計量和核算。

最後就是頂端的應用層，這個是用户最關心和最常用的部分。歸納下來有這麼五種。1、分析展現就是把數據變成圖像，人對數字閲讀能力都是很有限的，但是一張圖就簡單得多，我們可以很快的看出趨勢、高低、大小、明暗等等。2、交易交換指的是平台參與者之間的交易交換行為的記錄，大家淘寶上面最後用的基本上就是形成一個交易和交換。3、內容呈現很容易理解，就是看書看圖的意思，大家平時上網看圖看書看新聞，在工業互聯網平台上看的可能是設計圖、報價單、產品圖片、產品功能介紹等等不一而足。4、流程管控是指的對一個工業過程的控制，比如打開一個開關，關閉一個閥門，開通一根管道，同意一個合同，輸入一張設計圖原稿，這些都屬於流程管控。5、管理規劃指的是商業和管理中常見的定量設限這種行為，比如開通一個信用卡的信用額度，輸入一個團隊12月的每月差旅額度，設定一個電網對商業設施的供電總量等等。這些管理規劃往往比較宏觀，需要多方跨組織的協同工作和充分溝通等等。工業互聯網最大的作用是可以跨行業、跨組織、跨地理和時間、跨文化和行政邊界的協同工作產生效率。這使得整個工業行動主體都得到充分的信息和基於信息做出正確的行動和反應。

三、工業互聯網平台軟件架構

2017年工業互聯網產業聯盟組織編寫了《工業互聯網平台白皮書》，白皮書對工業互聯網平台體系架構與關鍵要素、技術體系、產業體系、應用場景及案例、發展建議等進行了全面的闡釋。【15】工業互聯網平台對雲計算技術和軟件體系依賴性非常高。“雲”是個虛擬的概念，就是通過互聯網連接遠程服務器來獲取其計算、存儲或數據服務。雲是網絡、互聯網的一種比喻説法，主要有計算能力強、擴展性強、成本低、可靠性高、按需服務等特點。根據所提供服務的不同，雲服務可以被分為以下三類或者説三個層次：

Ø  基礎設施即服務Infrastructure as a Service (IaaS22)

Ø  平台即服務Platform as a Service (PaaS40)

Ø  軟件即服務Software as a Service (SaaS49)

這三類，三層雲服務在工業互聯網平台架構中都有體現。

圖九 工業互聯網軟件架構圖 – 工業互聯網白皮書（2017）第21頁

    最底層是邊緣層，這層用來連接工業設備。設備接入主要負責通過物理接口、網口、串口等；或者通過模數轉換器，將電流、電壓量度轉換成數值量。傳感器也是一種抽象的模數轉換裝置，迷你並高度集成，它可以讀出設備系統產生的數值，比如温度、振動、濕度、聲響、氣體濃度等等，。這些數值有可以通過某種通信協議傳輸。協議解析是指通過對原始數據的，解析轉換成為明碼，。邊緣數據處理有很多種，這裏邊緣指的是在設備邊緣就近處理，沒有用到雲計算的能力，用的是接入端緊鄰的計算機（可能是通用計算機，也可能是不帶顯示器和鍵盤鼠標的計算機主板）來進行加密、調製、數據清洗、數據壓縮、數據代碼轉換、格式轉換等等。總的來説邊緣做的事情就是數據的收集和數據的準備然後進入傳輸狀態，然後傳送到雲計算的IAAS層，除此之外，還有部分的邊緣計算與設備的控制和互動有關。

    IAAS層的數據已經寫入了存儲，這些存儲有可能分佈在某一台物理存在的服務器上，也可能通過網絡分佈在多個服務器的多個存儲裝置中，邏輯上大家可以忽略具體這些數據在哪裏，能查閲、讀取、存儲和計算就是IAAS層雲計算提供的能力。

PAAS層主要是面向編程人員，也就是程序開發人員的。基於不同的工業問題，程序員可以用不同的常規算法，數理邏輯，大數據算法或者人工智能算法，從數據中找出算出關鍵數據、規律、症候、原理，然後通過微服務（大量的帶可消費可理解的雙向數據接口）的形式，輸出這些運算結果。PAAS層也有自己的管理控制，包括對數據源的管理（納入和剔除），對編程人員行為的管理，對雲計算和存儲資源的分配，基本的系統的運行維護、故障處理和保證環境的健康運行等等。這裏列舉些常見的微服務場景：

l  基本查詢，基於用户輸入的參數變量對數據進行批量查詢比對，輸出成套的查詢結果。這是大部分計算機系統的基本操做

l  數據加工，根據輸入的條件對某類數據進行簡化或者聚合形成新的數據系列供隨後的計算操作使用

l  成圖成表，就是基於以上兩種操作得到數據系列，然後運用某種或者多種數學方法，給出圖表基本數據，輸出給特定應用。

l  邏輯判斷，基於以上的操作和數學運算，還有一些數據比對，最後得出某種結論，這種結論不一定是封閉型答案，很多情況下可以是概率結果和可能的多選結果。通過微服務，這些結果可以被人類閲讀和判斷，更好的讓用户做出決定。

l  交易記錄，這是商務系統最常見的操作，就是把人類確認的重複性商業活動的內容記錄到計算機系統，往往伴隨着記錄的寫操作，背後還會有些數據壓縮，分佈式存儲，數據加密等等操作，以及記錄操作時間，操作終端，操作人員等等一系列基於數據審計要求，合法合規要求和安全策略的附帶信息。

最上層則是雲應用SAAS層，這是用户直接閲讀，操作的用户接口和界面層。我們平時在手機，平板上打開的應用程序基本都是，桌面計算機的程序也逐漸SAAS化，大家最常見的微軟視窗和辦公套件軟件技術上已經開始強制雲化。SAAS軟件對使用者的要求降低了很多，一般除了簡易安裝和登錄需要操作外，剩下都是如何使用軟件的事情。SAAS最小化了用户要投入的計算資源，技術力量和長期運維技術工作，SAAS軟件一般按照用户數和使用時間和量付費。工業用户用的傳統軟件包括CAD、CAM、BIM、ERP、CRM、SRM、MES、APS、WMS各種軟件涉及到產品設計仿真、製造、場地建築設計仿真、企業資源規劃、客户關係管理、供應商關係管理、製造執行系統、高級細化排程，倉庫管理系統都在逐步走向雲化、SAAS化。一般説來，SAAS軟件的初期投入費用低，上手時間短，可以減少企業在信息化軟件上的早期設備資產投入和人才投入。雖然工業行業為這些通用軟件提供的市場足夠大，但是工業互聯網最大的價值反而是在一些小眾的基於特定專業知識積累的領域，提供廉價高效高可用性的SAAS應用。這裏舉個例子，汽車生產中有個最大的噴漆面，就是汽車的前蓋板，這個噴漆面對質量的要求非常高，傳統工序都是靠人工肉眼觀察判斷噴漆質量的好還是不好，這有兩個大的弊端：一個是工作環境差，長期暴露在揮發性低毒氣體環境，對工作人員是個傷害，就算做好人身保護和防毒呼吸面具護具也是非常艱苦和不舒適的工作環境；二是人類的大腦會疲憊和自適應，長期觀察後會自訓練和心理暗示，要麼放大檢查的敏感度，要麼降低敏感度，直接結果會導致產線節拍減慢拖延或者質量不合格產品漏檢出下線。現在有了智能噴漆質檢軟件，運用標準程序在標準照明條件下對噴漆表面進行拍照，軟件會自動放大照片，自學習掃描連續色塊，對整張照片的有效成像面積進行全過程掃描，按照圖像識別設定的閥值去判斷噴漆面是否合格。速度基本達到秒級反饋，又快又準，還可以長期積累計算方法和經驗成果。這個單一的特定應用一旦在所有汽車生產廠推廣開來，帶來的增效和人員傷害減少是非常可觀的。利用工業互聯網平台的架構優勢，理論上一家這樣的軟件供應商就可以服務全國的汽車企業，做到服務的價格最優、水平最高。這裏面可以總結出發揮工業互聯網平台優勢最高效的四個要素：廣泛連接、知識積累、創新應用、雲化服務。當然工業領域可以做的類似SAAS應用非常多，需要我們的企業界、學術界、工程界、軟件界更頻繁更廣泛地跨界跨行業跨地區融合創新。工業互聯網平台可以提供實時廣泛的數據基礎供大家做數字化的創新、工業互聯網平台具備完善的計算能力和計算方法可以滿足各種現代計算手段的實現、工業互聯網平台更可以聚合產學研用各類創新主體協同工作，各自提供最擅長和最有價值的部分組成最高效和廣泛的應用服務輸出，對於我國這樣的製造業大國，如果整個社會的各類製造業企業都能夠全面接入工業互聯網平台，利用最高最新的數字化產品和應用成果來提升生產效率、工藝和質量水平；通過精誠協作，互通有無，大力降低沉澱在供應鏈和生產環節的呆滯資產，會極大的提高全社會的生產率、物質資源、能源利用率，為社會創造更美好的產品服務品類；工業企業最終做到在能耗和物質消耗持平甚至降低的情況下，提供高質高品環保綠色安全的工業產品服務交付。

2019筆者點評：當前工業互聯網類公司的發展現狀分為平台式發展、SAAS應用發展、點狀私有云發展這三種。小而美的能賺錢的都是點狀私有云、SAAS的好一點，希望寄託在被收購、平台的基本虧本，寄希望於傍大款講故事被上市。對於眾多的創新創業小團隊，筆者推薦點狀私有云發展這個路線，但是前提是要掌握一定的普適工業機理，比如做澆鑄用模具的，如果能控制降温過程，能夠製作金屬配方，能夠研究金屬晶格強度模量的，這個工業互聯網點狀應用就可以輸出為澆鑄工藝的客户創造出價值。而互聯網創業團隊如果和有工業機理知識的團隊聯合創新也可以拿出比較好的成果。點狀私有云應用創新最能填補我國製造業在基材，基礎工藝方面的短板，最適合目前製造業的需求。當然我國製造業現在面臨的最大威脅不全在效率、工藝、材料上。最大的挑戰是總需求下降導致的優勝劣汰，進入了一個殘酷拼刺刀，贏者通吃的鬥“蠱”時代。同樣，優勢製造業企業可以用點狀私有云應用的創新更好的部署和整合專業領域，更快的在這種競爭中獲得壓倒性優勢。

下一節是：第四節 我國企業工業互聯網實踐案例。