專家揭秘“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)制造”來龍去脈
9月22日,中國國家主席習近平抵達美國進行為期3天的國事訪問,十幾位互聯(lián)網(wǎng)+界領(lǐng)軍人物也將隨行訪美,中美互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)家將展開“科技對話”。無疑,互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展成為中美之間的紐帶,同時“互聯(lián)網(wǎng)+”也成為整個產(chǎn)業(yè)鏈的風向標。
近日,在中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的示范區(qū)江蘇南京,上演了一場精彩的“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)制造”高峰論壇,包括中國工程院院士柴天佑教授、中國通信學會張新生秘書長、南京郵電大學副校長朱洪波教授、中國科學院沈陽自動化所所長于海濱教授、清華大學航空航天學院副院長陸建華教授在內(nèi)的多位專家,以及美國國家儀器(NI)中國市場經(jīng)理湯敏女士等NI工作人員,參加此次研討會,并進行了精彩的發(fā)言。
通過這次會議,記者深入了解到我國為什么會推出“互聯(lián)網(wǎng)+”和《中國制造2025》,中國的戰(zhàn)略與美國“再工業(yè)化”、德國的“工業(yè)4.0”有什么不同,優(yōu)勢和劣勢在哪里。
中美德三國“后工業(yè)化”時代各顯神通
張新生秘書長首先強調(diào)他對于“第四次工業(yè)革命”這個名詞的看法,他認為應該是“工業(yè)變革,科技革命?!睆埿律貢L道了各大國工業(yè)改革和相關(guān)策略的源委:“中、美、德在工業(yè)化后期都十分重視‘再工業(yè)化’。中國早就提出‘兩化融合’主攻方向是智能制造,以形成大的競爭點。工業(yè)是規(guī)模經(jīng)濟,目前人類正處于工業(yè)化后期,工業(yè)化程度在變化,各個國家國情不同,面臨的困難也不同,不管是美國提出的‘再工業(yè)化’還是德國的‘工業(yè)4.0’,他們都在依據(jù)自身優(yōu)勢找出路,實現(xiàn)差異化發(fā)展。例如,德國的優(yōu)勢是先進的制造技術(shù),但是碰上歐洲經(jīng)濟危機,必須要改,因此提出了‘工業(yè)4.0’。金融危機的爆發(fā)讓美國各界感覺到‘逆轉(zhuǎn)’的必要性,同時也開始反思其產(chǎn)業(yè)政策和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)。而重振制造業(yè)的全球競爭力,是反思帶來的一個重要思路。中國與德國情況有類似點,即有制造優(yōu)勢,此外中國還有互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢。信息化帶來了機遇,要實現(xiàn)信息交流共享、信息資源的挖掘,實現(xiàn)信息化、工業(yè)化融合。兩化深入融合需要有切入點,不能亂,因此我國選擇了智能制造(人工制造、智能制造、3D打印),中國的優(yōu)勢是應用和人多?!贝送?,張新生秘書長還認為物聯(lián)網(wǎng)下一個大方向應該是農(nóng)業(yè),畢竟中國是農(nóng)業(yè)大國。
智慧服務(wù)是根本
朱洪波教授在接受記者采訪談到了他對物聯(lián)網(wǎng)的理解:“物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的進一步深化,把連接對象擴展,物聯(lián)網(wǎng)可以說是一種形態(tài)。核心是為了服務(wù)進行信息處理,將任務(wù)上移,要把服務(wù)智慧化完成,即智慧服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)提出這么多年,問題出在智能服務(wù)上。‘互聯(lián)網(wǎng)+’的動力就是物聯(lián)網(wǎng),物聯(lián)網(wǎng)只是連接方式,它有兩個要素:首先是連接,這是手段;其次是基于數(shù)據(jù)處理的智能性,不需要人參與就能提供有人的服務(wù),即從傳輸網(wǎng)變成服務(wù)網(wǎng)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通過大數(shù)據(jù)處理提供智能制造,云計算與大數(shù)據(jù)應結(jié)合,大數(shù)據(jù)處理一定是面向一定應用需求的。云計算是平臺,大數(shù)據(jù)是處理能力?!?/span>
任何游戲都需要規(guī)則,目前國內(nèi)外針對物聯(lián)網(wǎng)的標準還沒有形成,甚至某些方面顯得很無序。不過新事物的發(fā)展往往容易迷失,這很正常。朱洪波教授表示:“對于物聯(lián)網(wǎng)大家既都興奮又緊張,沒有標準大家不能用,沒有安全大家不敢用。物聯(lián)網(wǎng)標準還是任重道遠?!?/span>
智能優(yōu)化制造那些事
中國工程院院士柴天佑教授發(fā)表了“流程工業(yè)智能優(yōu)化制造”的演講。柴院士首先談到目前工業(yè)所要求的高效和節(jié)能的關(guān)鍵——生產(chǎn)工藝優(yōu)化和生產(chǎn)全流程的整體優(yōu)化。智能優(yōu)化制造的含義是:以企業(yè)全局及生產(chǎn)經(jīng)營全過程的高效化與綠色化為目標,以生產(chǎn)工藝智能優(yōu)化和生產(chǎn)全流程整體智能優(yōu)化為特征的制造模式。
工業(yè)4.0的愿景體現(xiàn)在幾個方面:生產(chǎn)資源形成一個循環(huán)網(wǎng)絡(luò),生產(chǎn)資源將具有自主性、可調(diào)節(jié)性、可配置等特點;產(chǎn)品具有獨特的可識別性;根據(jù)整個價值鏈,自組織集成化生產(chǎn)設(shè)施;根據(jù)當前條件,靈活制定生產(chǎn)工藝。為此,美國NSF提出了分布式信息物理融合系統(tǒng)(CyberPhysicalSystem,CPS),能使得計算資源與物力資源緊密融合與協(xié)同,即3C(通信、計算、控制)+物理實體;而德國推出的方案是智能技術(shù)+CPS+離散制造。
智能優(yōu)化制造面臨的挑戰(zhàn)包括四大方面。(1)生產(chǎn)工藝優(yōu)化和生產(chǎn)全流程整體優(yōu)化一直是世界范圍內(nèi)的難題,美國工程院院士L.T.Biegler先生也表示目前缺乏對工業(yè)過程全流程的優(yōu)化。(2)決策過程與產(chǎn)品生產(chǎn)過程(化學+物理)難以建立數(shù)學模型,難以數(shù)字化。(3)決策過程的知識與數(shù)據(jù)不完整、滯后。(4)現(xiàn)有的工業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與軟件平臺制約。
目前在工業(yè)過程運行、工業(yè)過程決策、生產(chǎn)系統(tǒng)架構(gòu)上都存在一些問題。如何解決呢?柴天佑教授解釋道:“首先,應該智能感知生產(chǎn)條件變化,自主決策控制系統(tǒng)指令、自動控制設(shè)備。當出現(xiàn)異常工況時,能及時預測進行自愈控制、排除異常工況,實現(xiàn)安全優(yōu)化運行。其次,自動獲取市場需求變化和資源屬性方面的數(shù)據(jù)和信息,智能感知物質(zhì)流、能源流和信息流的狀況,自主學習和主動響應,自適應優(yōu)化決策,優(yōu)化配置資源和合理配置與循環(huán)利用能源。此外,還應實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)架構(gòu)“扁平化”。移動監(jiān)控與移動決策;企業(yè)目標、資源計劃、調(diào)度、運行指標、生產(chǎn)指令與控制指令集成優(yōu)化;盡可能提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品指令;盡可能降低能耗與物耗,實現(xiàn)生產(chǎn)過程環(huán)境足跡最小化,確保環(huán)境友好地可持續(xù)發(fā)展?!?/span>
細化來說,智能優(yōu)化制造對自動化科學與技術(shù)、計算機與通信、數(shù)據(jù)科學都帶來了挑戰(zhàn)。麥肯錫咨詢公司曾表示,知識型工作的自動化是驅(qū)動未來全球經(jīng)濟12中顛覆技術(shù)之一。因此應該研究知識工作者自動化+智能技術(shù)+COCC(控制與優(yōu)化、計算機技術(shù)、通信技術(shù))與流程工業(yè)實體相結(jié)合的智能優(yōu)化技術(shù)系統(tǒng)理論與方法。還要研究人機物三元空間融合系統(tǒng)的動態(tài)性能分析、預測與多目標優(yōu)化決策理論與方法,工業(yè)大數(shù)據(jù)驅(qū)動的復雜系統(tǒng)動態(tài)系能的分析與可視化。
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針對計算機與通信的一項重要挑戰(zhàn)是:復雜工業(yè)過程物質(zhì)流、信息流和能源流相互作用的可視化計算工具與軟件平臺。對數(shù)據(jù)科學的挑戰(zhàn)包括:如何從價值密度低的大數(shù)據(jù)中挖掘相關(guān)關(guān)系數(shù)據(jù);如何處理數(shù)據(jù)、文本、圖像等非結(jié)構(gòu)化信息;如何利用相關(guān)關(guān)系建立復雜動態(tài)系統(tǒng)的模型。
此次高峰論壇還同期舉辦了未來移動通信聯(lián)合實驗室的揭牌儀式。該實驗室是由南京郵電大學和NI聯(lián)合創(chuàng)辦,該實驗室對于工業(yè)制造、“互聯(lián)網(wǎng)+”而言有著非常重要的意義,相信未來從這里一定會走出大量的科研人才,助力未來移動通信事業(yè)蓬勃發(fā)展。
“智能的核心是網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、云、應用,物聯(lián)網(wǎng)是一個創(chuàng)新的平臺,能解決社會問題。即先進生產(chǎn)力解決生產(chǎn)方式,并決定上層建筑?!睆埿律貢L激動地說道?!拔覀冋幵趦苫疃热诤稀⒒ヂ?lián)網(wǎng)由消費生活領(lǐng)域向生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)變的階段。過去300年,中國錯過了科技和工業(yè)發(fā)展的兩大機遇,這次不能再錯過了。各界人士應該結(jié)合中國國情,把真正的難點找出來?!?/span>
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