PLC、DCS、MES等助陣（zhèn）智能製造為主導的“第四次工業革命”-刀具網-數控機（jī）床市場網

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PLC、DCS、MES等助陣智能製造（zào）為主導的（de）“第四次工業革命”

2016-12-5 來源（yuán）：轉載作者：-

“工業4.0”被看作是以智能製造為主導的“第四次工業革命”。它的理念源自信（xìn）息技（jì）術與（yǔ）工業技術的融合，通過信（xìn）息物理係統(CPS)實現產品全生命周期中各製造單元間相互獨立地自動交換（huàn）信息、觸發動（dòng）作和實現控製，將製造業向智（zhì）能化轉型。目標是建立一個高度靈活的（de）個性化和數（shù）字化的產品與服務的生產模式，實現人、產品與機器之（zhī）間的互動。“工業4.0”時代將改變（biàn）整個生產技術的使用，整個係統將（jiāng）更加智能，聯網更加緊密，不同組件之間可以相互溝通，工作更（gèng）快（kuài）、做出反應也更加迅（xùn）速。

　　 數字化時代需要（yào）智能數據

　　隨著信息物理融合係統以及物聯網的發展，數據已經成為製造業發展的重要因素。世界各地間的連接正變得日（rì）益緊密（mì），數以十億計的智能設備和機器產生大量的數據，在虛擬世界和現實世（shì）界之間搭（dā）起了橋梁。全球的製造業企業都在努力轉變為數（shù）字化企業（yè），使產品更加智能，使生（shēng）產產品的機器更加智能。不久（jiǔ）的未來，生（shēng）產過程中的每一步都將在虛擬世界被（bèi）設計（jì）、仿真以及優（yōu）化（huà），為真實的物理世界包括物料、產品（pǐn）、工（gōng）廠等建立（lì）起一個（gè）高（gāo）度仿真的數（shù）字化“雙胞胎”。其中，我們不僅需要“大數（shù）據”，更需要“智能數據”。

　　然而，正如和利時集團技（jì）術總監朱毅明所言，工業製（zhì）造企業（yè）數字化轉型麵臨的挑戰在於數字化技術引起的傳統（tǒng）生產模式和生產管理體係的變革，不能簡單地以物理存在的工廠（chǎng）為藍本構建數字（zì）化雙胞胎。

　　盡管目前中國工業製造（zào）企（qǐ）業的轉型升級迫在眉睫，但（dàn）大部分企（qǐ）業，尤其是中小型企業的技術力量有限，資金普遍緊張，在數字化轉型過程中（zhōng）困難重重（chóng）。機械工（gōng）業自（zì）動化研究所副總工程師謝兵兵表（biǎo）示，采（cǎi）用標準（zhǔn）的、安全可靠的、低成本的ICT技術和產品，構建CPS，特別是CPSS(信息物理（lǐ）生產係統)，提高生（shēng）產製造的質量、效益和（hé）柔性，提高企業的市場競爭力，是企業共同的期盼（pàn）。

　　 邊緣計（jì）算——CPS的核心

　　據IDC(互聯網數據中心)數（shù）據統計，到2020年將有超過（guò）500億的終端與設備聯網。未（wèi）來超（chāo）過50%的數據需要在網絡邊緣側分析、處理與儲（chǔ）存。麵對（duì）行業（yè）數字化轉型的趨勢，我們需要全（quán）麵物聯海量的傳感數據；將OT(OperationTechnology)與ICT(InformationandCommunicationTechnology)融合，形成數據驅動的分布式智能（néng）控製；應用具有高實時性；與（yǔ）物理係統的交互（hù）具備高（gāo）安全性。而邊緣計算正是充分利用（yòng）物端的嵌入式計算能力，以分布式信息處（chù）理的方式實現物端的智能和（hé）自治，並與雲計算結合，通過（guò）雲端的交（jiāo）互（hù）協作，實現係統（tǒng）整體的智能化。在智能互聯的網絡邊緣側，麵向分布式的感知、決策與控製的通信與計算將迎來革命性的發展機遇。

　　邊緣計算是在靠近物或數據源頭的網絡邊緣側，融合網（wǎng）絡、計算、存（cún）儲、應用核心能力的開（kāi）放平台（tái），就近提供邊緣智能服務，滿足（zú）行業數字化在敏捷聯接、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私（sī）保護等方麵的關鍵需求。換言之，邊緣計算接近於工業上的分布式自律（lǜ）的概（gài）念，在（zài）基於互聯網的異構分布式計算環（huán）境下，集中（zhōng）與分散相結合，既有效利用互聯網的資源，又保證了用戶係統的自律性、安全性和健壯性。

　　眾所周（zhōu）知，“工業4.0”的核心是CPS，謝兵兵的觀點認為，融合了網絡、計算、存（cún）儲、應用核（hé）心能力的邊緣計算，顯然又是CPS的核心。因此，邊緣計算（suàn）被看作“工業4.0”核心之核心、關鍵之關鍵一點也不為過。通過邊緣計算（suàn）的資源和能力，可實實在在地將虛（xū）擬空間（jiān）(C)和物理（lǐ）實體(P)緊密融合在（zài）一起。在工（gōng）業製造領域（yù），要實現數字化（huà）製造、網絡化協同、智能化轉型，離不開物聯網、大數據和雲計算，更離（lí）不開邊緣計算。

　　邊（biān）緣計算與工業控製係統有密切（qiē）的關係，具備工（gōng）業互聯網接口的工業控製係統本質上就是一種邊（biān）緣計算設（shè）備，解決工業控製高實時性要求與互聯網服務質量的不確（què）定性的矛盾。過去，我們已經（jīng）對雲計算非常熟悉，而邊緣計（jì）算更像是雲計算的補充和（hé）發展，兩者相互之（zhī）間無（wú）法替代。

　　邊（biān）緣計算與雲計算互相協同，共同使能行業數字（zì）化轉型。雲計算聚焦非實（shí）時、長周期（qī）數據的大數據分析，能夠在周（zhōu）期性維護、業務決策支撐等領域發揮特長。邊緣計算（suàn）聚焦實時、短周期數據的分析，能更好地支撐本（běn）地業（yè）務的實時智能（néng）化處理與執行。此外，兩者還存在緊密的互動協同關係。邊緣計算（suàn）既靠近（jìn）執行單元（yuán），更是（shì）雲端（duān）所需高價值數據的采集單元，可以更好地支撐雲端應用的大數據分析;反之（zhī），雲計算通過大數據分析優化輸出的業（yè）務（wù）規則也可以下發到邊緣側，邊緣計算基於新的業務規則進行業務執行（háng）的優化處理。

　　未來，在大部分的應用場景，邊（biān）緣計算和雲計算將同時出現，相互補充、相（xiàng）互（hù）促進（jìn），相得益彰，聯手解決大數據時（shí）代的計算問題。

　　 推動智能製造的實現（xiàn）

　　邊緣計算（suàn）行業應用場景豐富，產業價值突出（chū）。一方麵支撐行業商業模式創新（xīn），實現（xiàn）從產（chǎn）品向服務（wù）的價值（zhí）延伸；另一方麵支撐實現產品和服務的定（dìng）製化與智能化。預測性維護、能效管理、智能製造是比較典型的行業應用場（chǎng）景。

　　也許有人（rén）會認為邊緣計算是一個全新的概念（niàn），但事實上，對於（yú）從事工（gōng）業自動（dòng）化工作（zuò）的人而言並不陌生。比如，在目前普遍采用的基於PLC、DCS、工控機和工業網絡的控製係統中，位於底層、嵌於設備中的計算資源，或多或少都是邊緣計算的資源。隻是目前這些資源比較紛雜、獨立、低效，未（wèi）能充（chōng）分實現互聯、互通（tōng）、互操作，未能充分標準化和（hé）平台化。當然，這也就難以滿足現代應用場（chǎng）景在實（shí）時、安全、大容量（liàng）、高速度、自適應計算和通訊等方麵對（duì）它的要（yào）求。

　　中國鋼研冶（yě）金自動化研究（jiū）設計院混合流程工業自動化控製係統與裝備國（guó）家重（chóng）點實驗室主任張雲貴舉例談到，目前（qián）規模以上（shàng）冶（yě）金企業，其信息（xī）化已經做得頗具（jù）成效，但缺少的恰恰是末端的智能。冶金方麵的數據經（jīng）常出現完整性和一致性的問題，俗稱“髒”數（shù）據。解決不好這方麵（miàn）的問題，會給能源管理和智能管理環節造成困難。再（zài）者，冶金的物流跟蹤是典型的CPS，其間，物理與化學形態經常發生改變，控製（zhì）過程有一定難度。邊緣計算在其（qí）中發揮著重要（yào）作用，幫助實物聯網（wǎng），成為工業物（wù）聯網技術的有（yǒu）效補充。

　　作為邊緣計（jì）算的具體（tǐ）表現形式（shì），工業CPS在底層通過（guò）工業服務適（shì）配器，將現場設備封裝成（chéng）web服務；在（zài）基礎設施（shī）層，通過（guò）工業無線和工業SDN網絡將現場設備以扁平互聯的方式（shì）聯接到工業（yè）數據平台中；在數據平台中，根據產線的工藝和工序模型，通過服（fú）務組合對現場設備進行動態管（guǎn）理和組合，並與（yǔ）MES等係統對接。工業CPS係統能（néng）夠支撐生產計劃靈活適應產線資源的變化，舊的製造設備快速替換與新設備上線（xiàn）。

　　顯而易見，通過引入邊緣計算，能（néng）夠為製造業提供：設備靈（líng）活替換；生產計（jì）劃靈活調整；新工藝/新型號快速部署。進一（yī）步推動智能製造的實現。

　　 聯盟引領邊緣（yuán）計算產業發展

　　邊緣計算作為新興產業應用前景廣闊（kuò），產業同時（shí）橫跨OT、IT、CT多個領域（yù），且涉及網絡聯接、數據聚合（hé）、芯片、傳（chuán）感（gǎn）、行業應用多（duō）個產業鏈角色。為了全麵促進產業深度協（xié）同，加速邊緣計算在各行業的數字（zì）化創新（xīn）和行業應用落地，華（huá）為技（jì）術有限公司、中國（guó）科學院沈（shěn）陽自動（dòng）化研究所（suǒ）、中國（guó）信息通信研究院、英特（tè）爾公司、ARM和軟通動力信息技（jì）術(集團)有限（xiàn）公司作為創始成員，聯合倡議發起邊緣計（jì）算產業聯盟，致力（lì）於推動（dòng）“政產學研用”各方產業資源合作，引領邊緣計算產業的健康可持（chí）續發展。

　　據了解，聯盟的短期目標是製（zhì）定技術架構，在確保方案安全可靠的前（qián）提下，推進水平解耦和平台化，並構建測試床，產業和商業示範，促（cù）進方案的可複製性，推動（dòng）實施標準。其長期目標是打造開放生態平台，立足國內，麵向全球，通過新的生（shēng）態促（cù）進產業鏈（liàn）的整合與合作，為（wéi）最（zuì）終用戶提供更有競爭力的解決方案。

　　全球的數字化革命正在引領新一（yī）輪產（chǎn）業變革，行業數字化轉型的（de）浪潮正孕育興起。這一波浪潮的顯著特點是（shì）將“物”納入智能互聯（lián），借助OT與ICT的深度（dù）協作與融合，大（dà）幅提升行業自動化水平，滿足用戶（hù）個性化的產品與服務需求，推動（dòng）從產品向服務運營全生（shēng）命周期轉型（xíng），觸發產品服務及商業模式創新，並對價值鏈、供應鏈及生態係統帶來長遠（yuǎn）深刻的影響（xiǎng）。未來（lái），我們將生活在一個萬物感知、萬物互聯、萬物智能的智慧型社會。邊緣計算將成為智能互（hù）聯的使能（néng）技術，在“工業4.0”時代，為行業數字化轉型插上智（zhì）慧的翅膀，完美呈現智能製造世（shì）界。

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