一篇关于工业互联网的外行分析

不知是不是上了年纪,开始对制造业,工业颇感兴趣,也可能是缘分使然,正好最近接到了一个工业相关的互联网(Industrial internet of things)项目,我兴趣盎然,并和哥们一起完成了一套监控应用的 MVP 版本。

在开发的过程中,我经常会去查阅一些工业相关的资料。那这篇就从我个人所了解的信息,阐述一下我对工业互联网概念和机会的浅见。

政策导向

写下这篇文章正值2019年春节前夕,我翻看了大部分工业互联网,工业4.0的资料,其中包括一些红头文件。不可否认,国家从2017年就准备好了一场持久战,具体可以看2017年末国务院发表的指导意见
主要传达的信息是加强国家自主的工业互联网发展,也称 “2025” 计划。

我们就从红头文件中摘取一点有用的信息看一看国家在这方面的决心吧:

到2025年,基本形成具备国际竞争力的基础设施和产业体系。覆盖各地区、各行业的工业互联网网络基础设施基本建成。
到2035年,建成国际领先的工业互联网网络基础设施和平台,形成国际先进的技术与产业体系,工业互联网全面深度应用并在优势行业形成创新引领能力,安全保障能力全面提升,重点领域实现国际领先。

可以看到,这是一个长达15年的战略计划,对于有心想往工业互联网阵地冲锋的人才来说,是个非常难得的机会。

同时,随着 5G 的普及商用,物联网架设将会成为企业的标配。到时候工业大数据的价值会通过架设不断完善的网络基建和人工智能不断涌现出来。

现有的比较官方的工业互联网对外网站有

产业联盟上有很多不错的资料可供下载翻看,另我惊喜的是,联盟中还有工业区块链工作组。

这里其实需要说明,工业互联网的概念并没有限定产业边界,也就是说:工业互联网是一个大课题,我们会有针对不同产业的求同存异的解决方案。
制造、高新、医疗等,这些都可以算作工业互联网。

现状

中国的工业核心技术处于被抑制的状态。而且明显落后于美国、德国、日本。
现阶段看来,这种落后的追赶是十分困难的,很多技术交流,行业会议是封闭的,不对中国人开放。这可不是你用钱就能解决的。
问题的根源还是我们对知识产权起步阶段的不重视,以及强大的学习能力。

不同于互联网升级换代,可能我今天定下换个架构,明天就开始有个测试环境慢慢搭了。
工业,特别是高新制造业,所沿用的体系架构都是从老牌资本主义那儿来的,加上制造设备的重资产特点,工业的高效化革新可谓举步维艰。

当然,现阶段已经有一批工业互联网创新企业加入了发展的大军,有些也取得了阶段性的成果,比如基于多个行业的工业互联网平台。
聚焦制造环节中某个阶段的技术平台(PAAS、SAAS)。

怎么互联

互联的关键就是要实现数字化、网络化、智能化。通过把工业的人、机、料、法、环全要素的数据汇聚平台,形成一个“工业大脑”。目标是优化工业资源配置,降低企业成本,提升企业的效率和质量。

用大白话总结的话就是三点:

  1. 人和设备都要连上网
  2. 工作流程要完全信息化
  3. 数据全部收集起来,冷不丁能发现什么

你会发现,其实这些都是传统互联网玩得十分溜的,只是将套用的地方从第三产业转向第二产业。
同时在工业互联服务云端化的过程中,还是使用到微服务的思路。

从专业的角度上讲,工业互联网中最源头的部分来自工业数据的采集,毕竟没有数据原料你互联网化也没意义嘛。
而工业数据采集其实处于整个工业互联网平台体系架构的边缘层,如图:
体系结构

工业大体量数据的采集分析,可以算用传统的大数据技术栈去解决。

而后是把这些数据所映射出来的现象与状态,反应给业务层。也就是上图的 APP 端。
通过可视化、可交互的方式传达给人(监控者),再依据预设逻辑,或者人为干预达到降本增效的目的。

这里有个某平台提供的工业互联网产品与服务的例子:

  • API套件
  • 大数据套件
  • 工业应用加速器
  • 工业互联网基础平台
  • 雾计算平台
  • 边缘计算平台

工业互联网中的系统与设备

关于设备的一些区别可以自行 Google,这里放一个比较常见的区别【点击】
可能会接触到的设备:

CNC

CNC(数控机床)是计算机数字控制机床(Computer numerical control)的简称,是一种由程序控制的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,通过计算机将其译码,从而使机床执行规定好了的动作,通过刀具切削将毛坯料加工成半成品成品零件。 –引用自《百度百科》

PLC

PLC(Programmable Logic Controller)可编程逻辑控制器,是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程,在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。–引用自《百度百科》


听过最多的可能是这些系统:

ERP

企业资源计划即 ERP (Enterprise Resource Planning),由美国 Gartner Group 公司于1990年提出。企业资源计划是MRP II(企业制造资源计划)下一代的制造业系统和资源计划软件。除了MRP II 已有的生产资源计划、制造、财务、销售、采购等功能外,还有质量管理,实验室管理,业务流程管理,产品数据管理,存货、分销与运输管理,人力资源管理和定期报告系统。

可以简单理解为,一个企业生产的资源管理系统。

MES

MES系统是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块,为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。

是用来控制,管理造东西时候的系统。为了让生产过程更加高效。

CPS

信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统,通过3C(Computer、Communication、Control)技术的有机融合与深度协作,实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS实现计算、通信与物理系统的一体化设计,可使系统更加可靠、高效、实时协同,具有重要而广泛的应用前景。

这玩意我觉得就是在制造业里独有的一套系统。更大,涵盖的东西更全,甚至说,MES也可以作为 CPS 的子系统。

工业网关

网关的作用是承上启下,上接监控系统,MES,应用,数据库。
下接PLC,传感器,单片机、芯片等。

与下位机的通讯协议因为厂商不同,所用的协议都是不一样的。
所以,工业网关一定程度上可以看做适用与大部分下位设备的数据采集者。同时将数据粗筛,并传达给上位系统。

核心技术点

网络改造

网络改造一般是将设备看做上网单位,进行一种可监控,可远程安全登录的内网改造。
在现有工业设备环境中,各个生产设备制造商所提供的协议标准各异,造成数据互通上的困难。
也导致了很多信息孤岛的存在。

数据采集

由于工业设备终端的种类繁多,能够做到对设备信息的收集,规整也是十分困难的。
并且,十分需要能够跨领域的技术人才。

就拿工业机床来说,光是品牌就有好几十种。而且每种设备的生产年限也不尽相同,又增加了数据采集的统一抽象的难度。
一般来说,工业设备支持的数据采集方式有两种,一种是串口,这个对于我们来说比较底层也比较陌生,还有一种就是以太网接口。
我现在所接触到的,采用的也是后者。以太网接口的数据传输会提供一套数据标准。但是往往,这些采集方法都是被现成封装为一个动态库的(一般都是以 dll 文件存在)。开发人员要做的也就是直接调用动态库中的某个方法。

数据分析与ETL

什么是 ETL ?
就是数据仓储技术,也是对数据处理后放入数据持久层的一个过程。
Extract-Transform-Load,解压-转换-加载

水平数据打通

水平数据打通不单单是一个技术上的问题,不同的管理风格下的公司,部门与部门之间的博弈,都会影响水平水平数据打通的进程。
当然,既然自己是技术,那就要说说技术上的一些问题。

软件系统的自动化构建

软件系统越来越臃肿,导致维护成本日趋升高,老大的意思是能够突破自动化构建这个瓶颈,就能攻克大型软件的持续开发之痛。
这种区别是生产工程 的区别。

生产,聚焦的是按照既定的生产流程(生产过程),并且需要每个过程的中间产物。

而工程,要的是完备需求,然后不用在意过程产出,只要最终的产品。

这个方向其实就是让众多低级程序员失业的方向。
试想一下,一款软件产品需求的变更,只需要添加关键的业务点,然后自动生成新代码,获取我们只要在数据兼容性上做一下变更。然后就万事俱备了。不会再有产品经理盯着你加班加点改代码,也不会有新人费尽心思去猜测老的业务逻辑怎么实现的。这样的未来是不是很美好。

关键企业

  • 徐工集团-汉云工业互联网平台

主要以产品智能化为导向,例如智能工业设备租赁服务。可以算作是工业互联网,但是只是其中的一小部分。
另外还有:


*参考