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關于制造業新思維和工業互聯網機理的一點思考

發布時間:[2018-03-24] 發布者:Admin 瀏覽量:65次


《深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》已經國務院常務會議審議通過。工業互聯網即將迎來嶄新的發展局面。新一代信息技術與傳統產業的融合,不僅帶來了新的業務模式,也帶來了新的思維模式。對此筆者有一些不成熟的思考,誠懇的歡迎探討與指正。

一、新一代信息技術帶來的制造業新思維

就像精益制造不僅僅是一種制造模式,更是一套管理哲學一樣,基于新一代信息技術的先進制造也不僅僅是技術上的進步,更代表著思維上的轉變。ICT技術的應用是融合之“術”,ICT思維的移植則是融合之“道”。ICT思維與標準化、規模化、規范化等傳統制造業思維結合,催生了制造業新思維。“新”體現為三個特征:智能、彈性和服務。對于制造業乃至實體經濟的資源組織、要素分配、業務創新來說,智能、彈性和服務既是途徑也是目標。

(一)智能是信息時代先進制造的運轉形態

智能是信息社會的主題詞,它的背后是互聯網、大數據、人工智能技術的爆發式創新與排浪式應用。從上世紀八九十年代起,智能化就成為制造業持續追求的目標,出現了多智能體、虛擬制造、集成制造、分布式數控、人機協同等新型技術、模式和構想,實現自診斷、自決策、自組織、自學習等一直是智能制造的努力方向。但這種智能制造沒有超越工廠級自動化的范疇,更多局限于設備層和系統層,也可以說始終停留在自動化制造的延伸線上。

今天和未來的智能化,是廣泛聯網下基于大數據全樣本的深度智能,是從底層的設備運行到頂層的全產業要素配置的全面智能,這種智能已經不僅僅是自動化的范疇,而是通信、軟件、自動化甚至商業運營本身的結合;這種智能也已經不僅僅是幾家大型解決方案提供商可以壟斷的寡頭智能,而是全民參與的社會化智能。正因如此,我們看到大大小小的軟件商、通信商、服務商以前所未有的熱情參與到工業活動中,不斷沖擊著工業幾百年構筑起的只留了幾個城門的古老城墻。

從事工業相關活動的各級決策者,如果想要不被淘汰,都終將或主動或被動的接受一個觀念然后去指導實踐,那就是如何使自己所在的環節、以及本環節與外部環節的交互中,通過智能化的方式,實現更高效率的管控、更低成本的組織和更逼近真實結果的預測。

(二)按需是信息時代先進制造的交互導向

供需不匹配是長期困擾經濟活動決策者、參與者的一大頑疾,特別在工業活動中,供需不匹配的例子比比皆是,一個典型的例子就是由于無法實現銷售的動態精準調整而帶來的庫存積壓。供需不匹配的因素可以歸結兩大類,信息不對稱和能力不滿足。

信息不對稱自古以來就是經濟、社會中存在的客觀現象,甚至可以說,信息不對稱一定程度上推動了人類社會的進程,信息不對稱帶來的戰爭成敗就是典型例子。因此,信息不對稱不可能被消除,因為存在主觀因素導致的不對稱,但互聯網技術可以很大程度弱化客觀因素(如地理限制)導致的不對稱,使生產者和消費者的交互渠道更加直接、扁平、低成本。但這只是利用信息技術實現供需平衡的初級方式——解決信息暢通的問題

能力不滿足,即面對供需之間的變化,受資產拖累、既成布局、行為習慣等影響無法對預先安排進行動態調整。工業生產中,對資源配置的數量、比例、方式往往需要預先確定,但面對外在變化缺乏彈性,進而陷入兩難境地。如對軟件的購置、對產線的布局,往往投入成本、改造成本都很高,但在實際使用中卻可能出現長期閑置導致的浪費。信息技術一大理念就是解耦,越是松耦合,靈活性越強(插一句,我認為畢昇活字印刷可以說是信息領域最早的解耦)。通過應用的載體與應用本身相剝離,資產專用性減弱而適配性增強,從而實現輕量化,進而有可能根據需要靈活配置和調整。如云計算實現了軟硬件資源像用電用水一樣的彈性供給,開發者和運營者不需要預先花費昂貴的購置費用,在實現企業輕資產轉變的同時可以專注于核心業務本身。再如SDN/NFV實現了數據與控制分離、應用與系統分離、軟件與硬件分離,使網絡資源能夠按需、靈活調配。解決資源的彈性供給問題,我稱為信息技術實現供需平衡的高級方式

曾經,ICT領域大量借鑒工業工程思維,催生了軟件工程這門學科;今天,ICT領域的開發運營新理念新模式正在隨著技術本身不斷運用,改造著工業的思維方式。從SaaS、PaaS、IaaS到制造即服務、設備即服務,從軟件定義網絡到軟件定義機器、軟件定義世界,以租代買、按需獲取、軟硬分離、動態調整將逐漸成為企業管理者的思維邏輯,反過來不斷嘗試利用信息技術在這些方面的優勢來組織資源、安排生產、開展業務。

(三)服務是信息時代先進制造的價值主張

關于服務的定義有很多。這里我認為,服務是提供方為了滿足接受方需要而進行的無形交互過程。服務的特點,一是按需,如果不是用戶自身所需或者創造出用戶所需,那便不是服務而是騷擾。二是交互,服務應當是雙向的而非單向,這是供求雙方形成閉環的前提。三是無形,這是與大多數產品的一個區別,即產品具有有形實體(軟件產品是個例外)。四是過程,這是與產品的另一個區別,過程具有持續性,而產品本身則是離散性的,以離散性的產品為節點,形成持續性的連線,就實現了基于產品的服務。

傳統制造業主要以產品為價值承載,在信息技術廣泛深度應用的條件下,“產品+服務”成為制造企業價值追求的“雙核”,服務化的思維注入生產經營的全過程,從而極大延長了價值鏈條,拓展了價值空間。產品誕生之前,利用互聯網將用戶參與到設計研發環節,實現所謂個性化定制,實際上是一種服務思維導向的體現。產品誕生之后,信息技術使得產品成為服務延伸的橋頭堡,即上文提到的連點成線,使企業有能力與用戶開展一系列深度交互,比如預測性維護、設備租賃。

有之以為利,無之以為用,正是無形的、持續的、深度的服務,為制造業的保值增值盤活了存量、擴大了增量,而越是高價值產品、其相關服務所能拉動的價值增量越大。同時,“產品+服務”的價值主張也使供需雙方的關系變得更加緊密,最終模糊了制造業與服務業之間的邊界,甚至給未來的產業劃分、統計體系帶來了新的影響。需要說明的是,這里的用戶不僅僅是消費者,也包括企業用戶;而產品不僅僅是消費品,也可能是工業品、也可能是整體解決方案。

先進制造業的發展,將更加追求質量和效益,而不僅僅是規模和數量,將更加追求對人的解放,體現人文關懷,而不僅僅是對人的替代。隨著深度感知、泛在互聯、智能交互的技術應用不斷升級,隨著智能化、服務化、彈性化的思維理念不斷普及,制造業乃至整個傳統產業終將實現在市場機制下更有計劃的生產和管理。最終人類生產將從農業時代的供給不足、工業時代的產能過剩,演化到信息時代供需之間實現快速響應下的動態平衡。




關于制造業新思維和工業互聯網機理的一點思考(下)

二、工業互聯網的三大屬性

工業互聯網是互聯網向傳統工業生產領域延伸、集成、融合的產物。它與移動互聯網、物聯網相似,是一種基于業務和應用的概念,而非一種原生學科和技術門類。如果說移動互聯網是移動化的互聯網,物聯網是泛在化的互聯網,那么工業互聯網就可以理解為專業化的互聯網,這種專業化體現在對生產的聚焦,而這種聚焦又衍生出工業互聯網的生產屬性、跨域屬性和服務屬性,體現了智能化、彈性化和服務化的工業新思維。

(一)生產屬性是工業互聯網的第一屬性

或者說,生產屬性是工業互聯網的本質屬性。工業互聯網是一種生產性互聯網,它發起于工業企業,應用于工業活動,聚焦于實體產業。工業互聯網首先要解決生產問題而不是消費問題,首先要滿足工業企業需要而不是普通大眾需要。它的直接目標是為了實現對生產效率更有力的提升,對生產資源更優化的配置,對生產者、管理者體力和腦力更大的解放,因此工業互聯網講求安全優先、效益優先、實用優先

安全優先容易理解,這是工業互聯網深度應用中許多企業都會考慮的問題。效益優先,是指比起消費互聯網更關注用戶體驗,工業互聯網領域更關注投入能否真正帶來看得見的回報。實用優先,即工業互聯領域本質上不追求高新技術的華麗堆砌,如果一款老技術能夠比較穩定的解決問題,即使有一定可容忍的瑕疵,工業企業基于成本、風險等因素考慮也不會(或是立即)做大的改變,因此改造往往比新建難度更大。

工業互聯網的生產屬性還決定了它不可能像消費互聯網一樣出現適用于所有應用場景的完全通用的、普適的技術標準。生產屬性決定了它與生產場景強相關,不同行業、不同場景差異極大,組網方式、技術要求、安全等級等也差別明顯,相比之下因特網是場景弱相關的,人們對因特網的使用需要是趨同的。而場景強相關又決定了專業化、細分化程度高,每一個細分領域都有全球各大工業巨頭、廣大隱形冠軍、海量工業企業的長期業務布局、產品選擇。因此出現全領域通行的大一統技術標準幾乎不可能。舉例來說,盡管隨著OPC-UA等語義級標準的推廣,使得系統間的互聯互通互操作成為現實,但系統內的私有協議仍將大量存在。這就好像任意兩個不同語言的國家之間都可以交流,但并不意味著全世界每一個人都使用同樣的語言。因此,工業互聯網在發展之初就應當強調專業化、分類化、分級化,形成場景化分類建模,然后在實施中一個場景一個場景的去適配,不能寄希望于一套方案全局適用。

工業企業是工業互聯網的需求方,是落地的關鍵。只有從工業互聯網的本質屬性出發,因勢利導,才能喚起廣大工業企業的積極性,自覺自愿的投身到工業互聯網的發展中來。

(二)跨域屬性是工業互聯網的核心屬性

跨域屬性包涵三層含義,符合這樣特征的網絡或應用就可稱得上是工業互聯網。當然即使是符合也有程度深淺之分,構建完全具備跨域屬性的工業互聯網還需要很長的路要走。

一是跨系統域。工業互聯網包涵工業信息系統(IT)與工業控制系統(OT),并將二者打通。這是工業互聯網超越現場總線、工業以太網等工業控制網絡局限性的關鍵所在,也是工業互聯網有別于互聯網的標志之一,它是實現智能制造、大規模個性化定制、遠程設備健康管理等工業互聯新模式新應用的前提。也正是因如此,使得原本“絕緣”的工業控制系統、工業生產設備、工業生產環境納入到相對開放的網絡空間中,安全、功能、性能等方面有了更加嚴格的要求。

二是跨空間域。工業互聯網在數字虛擬空間與物理現實空間之間搭建了橋梁。工業互聯網的核心支撐技術是信息物理系統(CPS),通過深度集成先進傳感、物聯網、大數據、人工智能、虛擬現實等信息技術,實現實體物理世界和虛擬網絡空間的映射、協同與融合,CPS也許可以稱得上與人工智能、量子計算能夠并駕齊驅的未來開創性、顛覆性信息技術。也正因如此,美德等國都高度重視CPS的基礎研究,將其視為未來制造業形態的核心支撐技術。

三是跨地理域。無論基礎設施還是業務應用,工業互聯網都可以是局域的,廣域的,或是全球的。與因特網可視為一張統一、任意兩臺終端都可以互相訪問的全球性廣域網不同,工業互聯網僅僅是稱謂上的統一,實際上既非一張網,也不一定是全球網,更不能也不允許任意兩點都可以互聯互通。因此,工廠內部利用工業以太網傳輸數據屬于工業互聯網,企業之間利用工業互聯網平臺進行協同生產屬于工業互聯網,移動中的裝置設備如飛機發動機或卡車輪胎利用傳感器采集數據并通過4G或者衛星網絡傳輸,同樣屬于工業互聯網。

(三)服務屬性是工業互聯網的業務屬性

或者說,服務屬性是工業互聯網的功能屬性。前文提到服務是未來制造業的產業特征和思維模式,而踐行服務思維的重要手段和途徑就是工業互聯網。工業互聯網體現了互聯網與工業自動控制的結合,服務屬性既是對互聯網的繼承也,也是對自動化的升級。盡管控制是工業互聯網的重要功能,但它并不等于與單純的控制網絡。傳統的串口通信、現場總線、工業以太網,都不面向服務。而工業互聯網恰恰非常強調服務化,工業互聯網平臺、工業互聯網網絡、工業互聯網應用,從架構到實現再到部署,處處突出業務的服務化、產品的服務化、資源配置的服務化。

在生產屬性中提到,工業企業用戶比起大眾消費用戶而言,更注重效益而非體驗,但并不否定一個事實,就是工業互聯網的深度應用,使得用戶體驗越來越收到重視,企業用戶可以越來越不需要關注已經封裝起來的技術實現細節,享受“傻瓜式”操作、一站式服務、智能推送等等,當然,這種體驗也是出于效益的需要。

可以說,工業互聯網的發展,將推動生產型服務延伸到生產即服務(Productionas a Service),推動企業的核心競爭力由產品質量功能轉向客戶價值創造。

 

三、工業互聯網體系下幾個值得思考的問題

關于工業互聯網的總體架構、網絡體系、平臺體系、安全體系、政策推動等都已開展了持續大量的研究。作為一名相關研究人員,我認為還有有幾個問題值得思考。

(一)工業互聯網的自身產業邊界界定

由于工業互聯網本身的跨界融合特性,加上相關各方不同的思維立場,精準界定工業互聯網的邊界幾乎是不可能的,但仍然應當探索一個大致的描述,什么屬于工業互聯網,什么不屬于工業互聯網應當盡可能明確。這不僅是量化統計的前提,更是細化發展路徑、避免重復建設、規范行業發展的要求。當然,這將是極富挑戰性的工作,不僅僅是實施上,而且是對現有行業體系劃分的挑戰。

(二)不同行業不同場景下的安全分級

安全作為工業互聯網的保障,是實施主體重點考慮、甚至某些情況下首要考慮的內容。前文說過,工業互聯網是場景強相關的,應當強調專業化、分類化、分級化。而對于分類分級,我認為安全分類分級應當優先,因為對安全的考量決定著工業互聯網網絡的連接方式、連接程度和應用范圍。不同場景、不同行業,安全風險并不相同,安全能力要求并不一致,甚至對安全本身內容的理解、考量因素的優先級也都存在差異。比如服裝生產線的自動吊掛系統可以完全基于民用互聯網實現,但化工生產線使用民用互聯網顯然會帶來巨大風險。目前對安全的種類劃分已經比較明確,根據工業互聯網產業聯盟發布的《中國工業互聯網安全態勢報告(2016)》,總體上包括應用安全、數據安全、控制安全、網絡安全、設備安全。在此基礎上,對重點行業、重點領域進行深入分析,給出N層的安全等級劃分,也許可以更有力的指導產業實踐。

(三)推動我國工業轉型升級的切入點

工業互聯網為我國工業破解長期發展難題、實現換道超車提供了難得機遇,應當從哪些方面切入,將機遇轉化為現實,我認為有四方面值得考慮。

一是精益管理。我國工業企業長期存在一個弊病,就是重有形的軟硬件購置,輕無形的管理改造。精益管理作為工業強國普遍接納并采用的先進模式,其思想并未在信息時代過時,相反,互聯網為精益制造的實現有了更好的實現途徑。精益是大規模個性化定制、實現智能制造、網絡協同制造等生產模式真正能夠高效運轉的前提,離開精益管理,這些模式仍然有可能淪為軟硬件的堆砌。應當借助工業互聯網發展機遇,在改造傳統生產經營模式的過程中,自上而下同步貫徹先進的精益思想,提升管理效率。

二是共享經濟。我國在消費互聯網領域的共享經濟探索走在了全球前列,工業互聯網領域共享經濟同樣潛力巨大。共享經濟是實現制造業要素合理分配、產能靈活匹配、輕資產式工業發展的重要途徑。特別對于我國制造企業整體不平衡、不同階段并存的情況,共享經濟有利于實現先進帶落后。共享經濟還為工人靈活就業、高技術專業化人才拓展發展空間提供了可能,一定程度上可以彌補我國工業領域專業人才稀缺、勞動力成本上升帶來的企業招工難等問題。因此,工業互聯網與共享經濟模式相結合的價值尤其值得挖掘。

三是產業集群。十九大提出培育若干世界級先進制造業產業集群。工業互聯網跨地域、大連接的特征,恰好與產業集群式發展形成互補,有利于推動更多地區集中力量專注于自身優勢,通過工業互聯網借助外部力量彌補比較劣勢,最終形成錯位發展。

四是集中突破。工業互聯網既是信息通信技術與工業技術融合的產物,也是二者融合的起點。我國制造業和信息通信產業總體核心技術差距較大,但仍然有部分領域已經取得了一定突破甚至局部領先。應當大膽發揮想象力,探索合適的機制和模式,借助網絡改造升級、平臺建設、創新中心建設等契機,將我國已具備一定發展水平的技術領域與關鍵短板領域的結合發展,集中力量突破關鍵技術瓶頸。

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