今天給大家分享的題目是《智造企業(yè)機聯網云服務方案》，主要從企業(yè)角度，探討如何實現工業(yè)自動化的升級改造，涉及機器換人、工業(yè)物聯網、云服務、大數據等。
下面開始介紹，主要有四部分內容：
第一點：介紹中國工業(yè)自動化現狀，大家了解一下國內外企業(yè)的自動化程度如何，我國相對落后的原因何在。
第二點：介紹我們現在正在做的事情，就是制造企業(yè)的機聯網，主要是指機器設備的聯網，及其管理控制。
第三點：講基于機聯網之上的云計算服務，以及相關的研究課題。
最后：跟大家分享一個能源大數據系統的案例。
一、中國工業(yè)自動化現狀
關于中國智能化技術的發(fā)展，先讓我們回到5年半以前。在2009年7月7號，人民網做了一期中國人工智能理事長的訪談節(jié)目，邀請中國人工智能學會的主要創(chuàng)始人：鐘義信、涂序彥、何華燦三位老教授，針對人工智能如何發(fā)展、人工智能如何產業(yè)化等話題進行探討，鐘老師堅定地認為“五年后將迎來人工智能大發(fā)展，進入智能時代”，到2014年為止，剛好五年，大家公認的智能時代確實已經來了。
智能時代已經來臨，從社會發(fā)展歷程來看，主要經歷了三個階段，第一個階段是農業(yè)社會，人類勞動工具以簡單的鐮刀、鋤頭為主。第二個階段是工業(yè)社會，也就是動力機車時代，以蒸汽機、機床為代表的時代。第三個階段是信息社會，網絡時代到來了，電話、電燈、電視，現在的互聯網、通信網，這就是目前的信息社會。
我們來看看前面三個時代，從研究者角度來分析，看看它的工具水平、研究的科學問題、及核心基礎理論。材料時代主要是簡單的材料加工，用樹枝就可以獲取到一些食物類的東西；能源時代就是動力驅動，主要是蒸汽機為主的；信息時代是信息處理，這個地方加了一個管理，原來認為信息時代是智能工具，現在我們把智能單獨拿出來了。到現在為止，我們開發(fā)了好多MIS、ERP之類的，但全都是企業(yè)信息化的管理系統，其中智能化的程度有沒有？有，但確實不高。在這三個時代，從研究的科學問題來看，材料時代更多的是研究物質成分、化學變化及其結構的，認為其基礎學科是化學。能源時代更多的是依賴物理，研究蒸汽機、能量的轉化、運動狀態(tài)等，是牛頓的那個時代。信息時代的基礎學科是數學與計算科學。
第四個時代，我們認為是智能時代，智能時代干什么，我們有大量的數據，需要進行決策、判斷；我們現在有很多的個性化的東西，進行針對性的個性化服務；進行大數據挖掘，從而進行自動決策，這就是智能化的工具，很多工具是軟件，但是也有很多是硬件。這個時代研究的科學問題實際上是網絡問題，不管是局域網、還是廣域網，或者通信網、還是互聯網，目前來看已經進入到所謂的物聯網時代。在復雜的網絡系統中進行分析挖掘和邏輯推理，從而形成智能化的決策和判斷，這個時代的核心基礎理論是邏輯與網絡。
但是，對于處于發(fā)展中的中國企業(yè)而言，能否把握住智能時代的發(fā)展機會，目前各領域人士的觀點并不一致。關于中國工業(yè)自動化程度如何，我們先看看相關的報道。
2月5日，國際機器人聯合會發(fā)布報告稱，到2017年，中國將成為世界工業(yè)機器人擁有量最高的國家。據報道，去年9月，沈陽新松機器人公司投產了中國第一條機器人生產機器人的生產線。該生產線能夠達到5000臺工業(yè)機器人的年產量。然而，這樣的成績卻不能掩飾中國機器人工業(yè)總體落后的現實。據報道，目前中國制造業(yè)中每1萬名工人平均僅配有30臺機器人，這一數字韓國為437臺，日本為323臺，德國為282臺，美國為152臺。
在中國迅猛發(fā)展的工業(yè)機器人市場中，中國的國產工業(yè)機器人僅占有10%的市場份額，其余均被日本、歐洲和美國的工業(yè)機器人企業(yè)瓜分。哪怕是如此弱勢的國產工業(yè)機器人，其關鍵零部件的進口依賴度仍高達90%以上。對此情況，日本《日刊工業(yè)新聞》不無自豪地稱：“中國國產機器人的主要零件其實大多采用日本產，整體上與日系廠商的技術水準仍差距甚遠。”目前，瑞士ABB集團、德國庫卡、日本安川電機、發(fā)科那等世界著名機器人制造商均已在華設立機器人工廠。而日本的川崎重工、不二越公司等生產機器人的企業(yè)，也正對登陸中國設廠躍躍欲試，試圖進一步蠶食中國機器人市場。
目前機器人時代已經來臨，但是中國的機器人產業(yè)整體上還比較落后，分析其關鍵癥結、或者說根本原因，我們可以歸納為 5個字：晚、少、小、慢、離。
首先，晚：相比于德國、美國、以及日本，盡管我國是制造業(yè)大國，但是我國的工業(yè)行業(yè)起步較晚，盡管部分領域發(fā)展較快，比較先進，但整體工業(yè)水平落后于發(fā)達國家至少10-20年。在先進制造領域，中國整體上還處于CAD/CAM以及CMOS集成制造時代，以機器人為代表的智能制造時代的來臨，目前剛剛開始。個別行業(yè)可能相對領先，但還有很多工業(yè)企業(yè)落后發(fā)達國家大約40年左右。
第二，少：由于整體工業(yè)技術水平落后，我國目前所采用的機器人設備主要是從國外引進，致使我國對機器人研發(fā)、生產、制造、以及應用等若干方面的關鍵技術掌握甚少，核心零部件生產極少。尤其是在：多軸運動控制器、伺服電機系統、減速器三個方面，當絕大多數依賴國外進口。
第三，小：我國從事機器人產業(yè)研發(fā)生產的企業(yè)都規(guī)模不大，由于機器人領域是典型的三高一低（高技術、高人才、高投入，低附加值回報）行業(yè)，盡管目前有很多的機器人企業(yè)，但是行業(yè)分散，都沒有形成規(guī)�；狈堫^企業(yè)。
第四，慢：今天來看包括中國在內的全球各國都在討論機器人時代來臨了，但是我們應該看到，這是在德國把工業(yè)4.0作為國家戰(zhàn)略提出后，中國才跟進的。其實早在2004年的時候，由中國人工智能學會提議，在北京大學等高校就開始開辦智能科學與技術的專業(yè)，2009年7月，人民網專訪中國人工智能學會理事長鐘義信教授、何華燦教授、涂序彥教授時，鐘老師等就明確強調我國要重視發(fā)展智能機器人，當時預測5年之后將迎來“智能時代”。
現在來看，從2009至2014年，剛好5年，智能時代確實來了，但是我們似乎并沒有準備好，很顯然，包括政府、企業(yè)、民眾，這方面的思維轉型比較慢。在這5年期間，盡管機器人銷量保持著較高的增長率，但政府并沒有做全局性整體性的頂層設計，大多數企業(yè)也是小富即安，并沒有意識到即將發(fā)生的生產方式的轉變，只是當前人口紅利消失了，所以才意識到需要提高生產效率，只有走智能制造、引進機器人這條路了。民眾則認為機器人成本太高，以實際應用還比較遙遠，因此也并不看好。
第五，離：盡管企業(yè)思維轉變緩慢，但是我國在科研院所和高校，也還是有不少的課題在研究，但是總體而言，在實驗室的研究較多，真正走向實際應用的少。技術轉化效果不明顯，高校研究與企業(yè)需求相分離，這也使得我國在機器人產業(yè)方面發(fā)展滯后。
以上是中國工業(yè)自動化程度的概括，下面介紹第二部分內容。
二、智造企業(yè)機聯網工程
現在回過頭來看，德國提出工業(yè)4.0，中國怎么辦？工業(yè)4.0本身是智能制造，能自動焊接的機器人80年代就有了，哈工大的焊接是非常先進的。德國工業(yè)4.0的核心詞主要是CPS (Cyber-Physical Systems)，信息物理系統、或網絡物理系統，認為CPS是實現工業(yè)4.0的基礎。
最近我們也還在想，把德國的東西是不是照搬引進來，如何消化吸收？目前主要體現在“機器換人”和“設備機器聯網”方面，這是浙江省和廣東省重點實施工程，在2013年的時候，浙江省明確下達文件，經信委、科技廳下達的文件，這里介紹其中與機聯網相關的一些內容，供大家參考。
機聯網就是機器聯網，指應用物聯網、云計算、現代通信技術，對企業(yè)制造設備、工藝流程，空調、照明、倉儲等輔助設備進行統一的改造升級管理，形成集中管理、資源共享的現代化智能制造模式，以提高生產效率，改善產品質量，促進節(jié)能減排，提高企業(yè)綜合能力。機聯網重要的實現途徑是機器換人，江浙一帶，長三角、珠三角，人力成本提高了，很多工廠倒閉了，這是現實情況，很多企業(yè)需要自動化升級改造。浙江省拿出五千個億，五年之內每年支持五千個機器換人項目，實施企業(yè)的升級改造。
機聯網到底做哪些事情呢？從政府企業(yè)綜合來分析，包含如下六個方面的要點。
第一點，還是要加強頂層設計。聽起來有點虛，實際上因為中國，包括江浙一帶和廣東一帶，盡管政府拿了很多錢做這件事情，但在很多方面還是不清楚的，需要專家們幫助他們做整體設計，到底國內國外有哪些自動化的設備，國外有哪些自動化設備可以引進，不少企業(yè)領導并不是很了解，必須要有專家?guī)退麄冞M行具體分析，這樣的設備，這樣一個工藝流程，哪些是可以用機器代替人工的，幫他設計方案。從省里面的角度，國家戰(zhàn)略層面的角度，也需要一些設計，這部分工作還是少不了。
第二點，是推動機器聯網。這是核心內容，企業(yè)(工廠)車間內外的機器設備都需要連接起來，實現遠程統一的自動化管理控制。
第三點，是系統集成。這里面包含了各種企業(yè)計劃系統、信息管理系統、生產執(zhí)行系統、產品生命周期管理系統等的集成。
第四點，是加強技術創(chuàng)新。技術創(chuàng)新主要是電子設備和自動化傳感器、以及平臺軟件等關鍵技術方面的創(chuàng)新，有些需要引進國外的，同時也需要國內的企業(yè)參與研發(fā)我們自己需要的設備。
第五點，是標準化。標準化不可忽略，很重要，機聯網也會涉及到若干標準。
第六點，加強安全保障。這是重點提了，尤其是涉及國計民生的重點領域。我們想想，車間里面都是機器人，數據都是可以傳到后臺服務器上的，斯諾登對美國的監(jiān)控事件曝光之后，中國很擔憂。
我們從日本引進來機器人以后，是不是通信協議是私有的，如果不公開，我們想修改就不行；從歐洲買來一個機器設備之后，數據傳到哪些地方都不知道，甚至我們生產過程當中的數據、參數、故障，保存在機器里面，等維修的時候給我們取走了，我們也不知道。這需要我們現在制定這方面的安全許可，網絡檢測手段，包括現在的底層系統安全，進網入口安全，很可能以后買機器人不是像今天這樣想買就能買了，以后可能像手機一樣，需要入網許可，否則，你的設備就不能聯網。
目前來看，機聯網設備主要分四種類型：
第一類：是數控機床聯網。這是眾多工廠的設備。
第二類：是行業(yè)專用設備聯網。義烏做服裝和織布的廠，都有自動化生產線，跟他們進行交流，織布參數怎么檢測，線斷了之后能否自動接上，現在線斷了就報警和停機，需要人工接上后再繼續(xù)運行，是不是可以做一些自動化的設備來實現自動接線、取線軸等。
第三類：是工廠大型生產機器設備聯網。這里面包括了戶外的工程機械，挖掘機，也做一些GPS定位，故障檢測。
第四類：是工廠輔助設備。如空調和燈怎么節(jié)能等，可以通過網絡進行控制。
這四大類型設備都需要聯網。
上面主要講了“機器設備聯網”的出臺背景和政策。下面講第三部分。
三、機聯網云服務解決方案
針對這些需求，我們看看如何把機聯網具體實施起來，我們設計了一套云計算、云服務平臺的解決方案，這個方案當中，跟通用物聯網的方案基本差不多，但是細節(jié)不完全一樣，內容也不完全一樣，因為把物聯網大概念具體化到工業(yè)4.0了。
工業(yè)企業(yè)中的機器機床都要進行聯網，這其中有些標準需要統一，有些新的傳感器需要研發(fā)，有些新的網絡協議需要制定；還有戶外的挖掘機，其他的一些工程機械設備也需要聯網，可能自己也有一些專用的傳感器或者網關控制器；后臺是云服務系統；最上面是應用終端設備，這是整體網絡結構。
在整個方案中，分成三層，物聯網的底層是數據采集，這里具體化就是機聯網層，是機器設備的聯網，設備的聯網細化到工業(yè)流程當中，也可能細化到機床設備當中的一個點上，包括了攝像頭和各種傳感器；也可能還有一些協議不是通用的，也可能利用WIFI，也可能是Zigbee，目前各種協議都有，這是機器聯網中最復雜的一塊。
不同企業(yè)的協議不同，標準不同，基本處于混沌狀態(tài)。我們需要做網關控制器，各個分廠區(qū)域中的數據采集出來之后，通過網關往上傳，網關不是一般的家里上網那樣簡單的網關，后面可以看到有好幾個功能。機聯網層上面是云計算平臺層，有些數據在機聯網層直接處理了，還有一些數據到后臺服務器上，進行數據分析、挖掘之后再處理。最后是應用，應用這一層大家比較容易理解，不多解釋。
云服務平臺層，有很多工作需要做，這里面分了幾大部分。一個是云基礎設施服務，在相關的服裝行業(yè)或者鋼鐵廠，可以統一建立一個大的云平臺，這個服裝廠那個服裝廠的數據都會傳到這里來，政府和企業(yè)拿錢建一個平臺，也可能這個服裝廠不想要服務器，就是遠程服務，數據傳過來就可以。廣東省2014年7月18號進行了一個能源管理系統的項目招標，就是全省的管控系統，各個能耗企業(yè)需要實時或定期上傳相關數據。
解決方案中，除了物聯網的三層，還有兩個循環(huán)控制：
第一個是小循環(huán)，就是有些信息需要本地實時處理，比如說，車間設備出了故障，會立馬進行反饋，反饋當場處理掉，不需要人工干預，比如說空調溫度到26度以上，超出了節(jié)能控制閾值，控制器就可以自動降溫，大型的生產設備當中，也是要進行設定它的一些閾值條件，基本上不需要人工。
第二個是大的循環(huán)，實際上是大數據分析，當數據傳到后臺服務器，經過遠程分析之后發(fā)現某一個流程有異常，比如特別耗能、或太耽誤時間(耗時)，這時就需要優(yōu)化，要進行重新設計這個流程，提一些優(yōu)化改進方案。如果數據顯示，這個流程花一個小時，那個流程花三個小時，下一個工序等著上面的工序很久，這就需要優(yōu)化。把數據統一傳上來，采用大數據分析來實現的，這是流程的優(yōu)化管控，這是大的循環(huán)。所以，該方案中分兩級控制，很好地解決了實時監(jiān)控和遠程優(yōu)化監(jiān)控。
在具體實施中，涉及到哪些研發(fā)內容呢？主要包含兩個方案，一個是機聯網方案，要有效連接機器設備；一個是云服務方案，可以與通用的IAAS、PAAS的云服務相結合，生產企業(yè)需要哪些內容，平臺放哪些內容進去就可以提供服務。
在總體內容中，包含兩個解決方案、七項關鍵技術、三項行業(yè)標準，這里有三方面的硬件開發(fā)，軟件系統有六個。這是一個大系統，是系統的系統，大系統包含若干子系統。
這里的關鍵技術中，機器設備聯網協議，這可能是一個難題，我們經常討論這個問題，很難有一個很好的解決方案。還有就是云計算技術、大數據技術、還有空間信息技術、多維呈現技術，移動終端技術等。比如車載設備都在移動，車上的人也在移動，怎么做一個移動終端，可能是手機，也可能配單獨的終端設備，比如給醫(yī)院醫(yī)生配單獨的Pad，上面有相應的軟件，有一個傳感器可以檢測，不同崗位配不同的終端設備，如果能及時傳到手機上更好，由于安全原因，手機平時是私人的，不能完全依賴，多數工廠可能需要給相關人員單獨配備終端設備。
硬件的開發(fā)包含三大部分：
第一類硬件是新型傳感器。根據某些行業(yè)的需求研發(fā)新型傳感器，并不是一個攝像頭就能解決，有些傳感器，比如溫度、濕度、壓力傳感等可能還有特殊的需求，現在已經碰到了這樣的需求。
第二類硬件是新型融合通信網關。這里的網關，與一般家庭里上網的路由器不太一樣，我們列出了三大功能：第一是支持多重協議的網關，WIFI也好，RFID也好，紅外也好，工業(yè)總線也好，有線無線等等都要支持，我們也在想是不是分開研發(fā)，這個盒子就是支持WIFI的，另外一個盒子就是支持Zigbee的，單獨做不同的小盒子，但是我們分析之后發(fā)現成本并不低，因為設備里面可能放好幾個盒子，所以最終很可能是融合通信的網關，需要同時支持多種連接方式，有好幾份協議。第二是具備反饋控制的智能控制終端，不僅僅是路由器，還要反饋控制，需要有一套控制策略算法和操作系統的。第三是支持必要的本地化軟件服務，實際上是指的前面講的小循環(huán)的本地反饋控制，在大的循環(huán)沒有的時候，在一定條件下，小循環(huán)可以提供監(jiān)控服務。
第三類硬件是云服務安全認證設備。云服務在提供服務的時候，需要根據工業(yè)4.0并結合企業(yè)、政府的要求，采用一些指紋等生物特征的識別技術，把可穿戴的技術加進去，提供一些遠程服務或者遠程的控制，比如說企業(yè)的領導，你在外面出差要查看一下公司的運行狀況，車間運轉是否正常，可能簡單的一個密碼就可以了；而針對有特殊安全要求場景，查看時則需要進行生物特征識別，這是才可以查看企業(yè)的信息。
下面講軟件這方面的研發(fā)內容。
軟件研發(fā)內容分為六大子系統：機聯網管理控制子系統、云基礎設施服務子系統、設備萬滾落管理子系統、應用集成子系統、大數據分析子系統、終端服務子系統，主要有這六個方面的子系統。
在標準方面，首先是機聯網的協議，要求不同設備能進行統一的協作，需要有方案來實現設備的自識別、自適應。還要做一些數據傳輸的標準，這個數據怎么組織，怎么去訪問，這塊要進行考慮。省里面要求上報哪些數據，上報之后有哪些可以進行識別，數據怎么設計的，這方面有哪些標準也需要研究。還有云服務，為政府提供數據服務，政府怎么訪問平臺的接口，這塊也需要制定標準。
把這些問題都討論清楚，我們可以給出技術路線和一些步驟來具體實施：先進行總體規(guī)劃，然后研發(fā)關鍵技術和平臺，最后集成應用。智造企業(yè)的機聯網云服務方案，基本內容就這些，這是目前正在做的。通過這些工作，最終把機器設備連成一體，為智能制造奠定基礎。
至此，把智造企業(yè)在升級改造過程中的解決方案，需要研發(fā)的軟硬件內容、標準等都梳理清楚，然后就是立項申請，進行經費預算，招標評估和實施了。
在上面所講的方案中，至于具體哪個環(huán)節(jié)的哪個子系統，采用那種軟硬件系統，不同企業(yè)可以制定目標指標，然后招標進行。其中，也有一部分是自己研發(fā)的。
具體實施細節(jié)，在此不深入討論。下面舉個能源方面的案例。
四、能源大數據系統案例
最后，給大家分享一個案例，這是能源大數據管控的一個項目，是廣東盈嘉公司承擔的國家物聯網專項課題，就是把中國移動機房里面的用電設備，包括主機服務器和輔助空調設備等進行監(jiān)控管理起來，同時進行大數據分析。
項目在相關設備中安裝傳感器，通過網關把數據傳送上來，可以查看設備動態(tài)運行狀況，實現了設備運行狀態(tài)的多角度模擬展示。也可以通過大數據分析，實時或定期查看數據分析圖表，并根據結果進行系統的管理控制、優(yōu)化改進。
通過圖表，可以把各個地域、各個機房、各個服務器設備的能耗情況用多種方式直觀的表現出來。
除了電信領域之外，在高能耗的工業(yè)企業(yè)中，比如鋼鐵廠、水泥廠等，也都面臨著升級改造的問題，基于物聯網的能源大數據控制與管理系統，可謂是我們在工業(yè)4.0時代的一個先行示范。
最后，在思考工業(yè)4.0的大產業(yè)中，我們具體能做些什么呢？大家關注的工業(yè)4.0，不管德國怎么做，中國作為生產制造大國，在這4.0時代還是想做點事的，不管是機聯網還是其他項目，結合工業(yè)4.0，可能最終落地點還是三個方面：
好了，由于時間有限，今天晚上的主要內容分享到此，感謝相關合作企業(yè)、及領導專家。謝謝大家！
作者介紹：
作者介紹：
陳志成，清華大學計算機系博士后，英國訪問學者。主要研究領域為：工業(yè)4.0 與智能制造、人工智能系統、物聯網與云計算。先后擔任北京郵電大學世紀學院計算機學科帶頭人、教授；華為技術有限公司高級技術專家、軟件飛虎隊隊長；主持和參與多項課題，發(fā)表多篇論文�，F任中關村大數據產業(yè)聯盟工業(yè)大數據專業(yè)委員會主任，中國人工智能學會基礎專業(yè)委員會常務委員，中國通信學會云計算專家委員會委員，中國信息協會大數據分會理事，北京格分維科技有限公司總經理。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.ezxoed.cn/
本文標題：陳志成：智造企業(yè)機聯網云服務方案
本文網址：http://www.ezxoed.cn/html/consultation/10839318702.html
相關文章
