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黄振林:工业互联网舞台的台前幕后

www.cechina.cn2021.03.24阅读 5186

  1.工业互联网发展趋势
  1.1  工业互联网的浪潮来袭
  工业互联网是新一代网络信息技术与制造业深度融合的产物,是实现产业数字化、网络化、智能化发展的重要基础设施,通过人、机、物的全面互联,全要素、全产业链、全价值链的全面链接,推动形成全新的工业生产制造和服务体系,成为工业经济转型升级的关键依托、重要途径、全新生态。
  2017年以来,我国工业互联网的发展总体处于“起步期”,2021-2023年是我国工业互联网的“快速成长期”;这将成为行业内显著共识。
  2021年是“十四五”规划开局之年,也是工业互联网新的三年建设的起步之年,为进一步贯彻落实党中央、国务院部署,深入推进工业互联网加快落地实施,工业和信息化部会同相关部门,制定了《工业互联网创新发展行动计划(2021-2023年)》,作为未来三年的指导性文件,现正式发布实施。
  1.2  发展趋势
  到2023年,工业互联网新型基础设施建设量质并进,新模式、新业态大范围推广,产业综合实力显著提升。
  新型基础设施进一步完善。覆盖各地区、各行业的工业互联网网络基础设施初步建成,在10个重点行业打造30个5G全连接工厂。标识解析体系创新赋能效应凸显,二级节点达到120个以上。打造3~5个具有国际影响力的综合型工业互联网平台。基本建成国家工业互联网大数据中心体系,建设20个区域级分中心和10个行业级分中心。
  融合应用成效进一步彰显。智能化制造、网络化协同、个性化定制、服务化延伸、数字化管理等新模式新业态广泛普及。重点企业生产效率提高20%以上,新模式应用普及率达到30%,制造业数字化、网络化、智能化发展基础更加坚实www.cechina.cn,提质、增效、降本、绿色、安全发展成效不断提升。
  技术创新能力进一步提升。工业互联网基础创新能力显著提升,网络、标识、平台、安全等领域一批关键技术实现产业化突破,工业芯片、工业软件、工业控制系统等供给能力明显增强。基本建立统一、融合、开放的工业互联网标准体系,关键领域标准研制取得突破。
  产业发展生态进一步健全。培育发展40个以上主营业务收入超10亿元的创新型领军企业,形成1~2家具有国际影响力的龙头企业。培育5个国家级工业互联网产业示范基地,促进产业链供应链现代化水平提升。
  安全保障能力进一步增强。工业互联网企业网络安全分类分级管理有效实施,聚焦重点工业领域打造200家贯标示范企业和100个优秀解决方案。培育一批综合实力强的安全服务龙头企业,打造一批工业互联网安全创新示范园区。基本建成覆盖全网、多方联动、运行高效的工业互联网安全技术监测服务体系。
  1.3  玩家角色的分类
  工业互联网在政府推动和产业新态势急迫需求的双面带动下,工业互联网卷入工业数字化转型,“新基建”,甚至是数字经济的潮流中,并成为洪流舞台上不可或缺的“角儿”。
  伴随工业互联网和云基础设施的建设,以及云原生的开发架构和微服务模式的流行,各个工业互联网玩家正结合自身的产品体系和商业模式,找寻合适自己的角色定位,谋取还未成型固定但暗潮涌动的工业互联网行业舞台的一席之地。
  1.1.1  国内大佬玩家
  在工业特定行业积淀了丰富经验的自动化企业,迎着工业互联网浪潮,借助工业操作系统,演变成工业互联网与自动化产业链紧密结合的新道路。自动化企业以各自的产品产业链的某阶段,借助传感器-数采-监控的思路,形成组态监测。再结合不同的行业场景,比如电力、食品医药、交通运输、工业制造、钢铁、水务、矿山等行业,自动化企业逐步转型为工业互联网企业。
  国内自主可控的工业互联网建设单位包括:
  1、自动化企业:和利时、中控;
  2、ICT企业:华为、阿里、浪潮;
  3、软件企业:用友、石化盈科、东方国信、宝信;
  4、制造业企业:富士康、树根、航天云网、海尔、美的;
  自动化企业以和利时为例,拥有工业路由、智能网关、边缘控制器等系列产品,凭借大量工业制造流程和离散行业的服务经验,积淀了大量的行业解决方案,发布了工业操作系统,已经由工控企业演变成大佬玩家的工业互联网企业。
  1.1.2  国外重量玩家
  通过工业互联网服务实现对全流程,全价值链的整体覆盖。面向流程行业和离散制造业,提供包括数字化产品www.cechina.cn,数字化项目实施、数据增值服务,从而赋能客户实现从产品设计-生产物理数字规划-生产工程-生产制造-物流配送-服务的产品全生命周期端到端的服务。国外重量级玩家很多也是自动化企业出身,典型的比如西门子、博世、罗克韦尔、GE等。
  2.和利时工业互联网的发展
  和利时近三十余年始终围绕工业现场生产制造和企业运营提供技术、产品和服务,累计实施了几万个各类工业自动化和信息化项目,具有雄厚扎实的工业基因,在包括流程、离散和运营等不同类型工业领域和门类。
  早在2016年,和利时就将工业制造与工业互联网作为主攻方向实施战略转型,打造具有工业基因特色的工业互联网平台,不断加大投资和研发,基于信息物理系统(CPS)理念构建起和利时工业互联网平台HolliCube,即“云-边-端”三层协同的新一代工业智能技术和服务体系。
  基于新一代信息技术,构建工业互联网端边云一体化的数字化工业解决方案,建设由边缘实时计算层、工业PaaS层和工业SaaS层构成的工业互联网平台,致力于赋能企业数字化和智能化转型,服务大型央企(典型如华润集团、中建材、中移动等)进行数字化转型、区域工业互联网平台建设、流程行业和离散行业企业智能工厂打造,是工业互联网平台的建设者和赋能者。平台具备企业生产要素建模、异构数据融合、信息模型和机理模型、业务流程承载、创新应用快速开发能力,以及基于大数据和人工智能的优化运营,实现企业纵向生产制造、横向产供销以及端到端产品价值的三大集成。
  和利时的优势在于其对工业数据、工业机理、工业应用工具的深刻理解和行业经验的长期积累,也积累了大量工业知识,能够把握制造类企业的数字化转型需求。近年来,和利时经过大量的案例实践,已经探索出一套基于工业互联网的数字化转型顶层设计、落地实施的完整解决方案,并成功在装备制造、智慧水务、智慧矿山、家电电子、食品医药、水泥等行业助力多家企业达成中国智能制造标杆。
  除此之外,和利时还为大量大型企业客户和地方政府建设行业和区域级的工业互联网平台,为中小企业建设基础信息化,如设备管理、数据采集与分析应用、能源管理,以及基本业务流程管理等,真正帮助工业企业实现“提质增效降本减存”,提升企业的核心竞争力。
  2.1  工业互联网平台体系架构
  和利时积极参与工业互联网联盟的各项工作,也参与了《工业互联网平台白皮书》的”工业互联网参考架构”起草,该平台采用了一个融合边缘计算和云计算的三层基础架构。集成平台架构中既有不同的体系结构,又在信息模型、服务接口和服务编排部署等方面实现有机融合。

  边缘层在靠近物或数据源头的边缘侧,一方面,通过大范围、深层次的数据采集,以及异构数据的协议转换与边缘处理,构建工业互联网平台的数据基础,包括通过各类通信手段接入不同的设备、系统和产品,采集海量数据,以及依托协议转换技术实现多源异构数据的归一化和边缘集成;另一方面,边缘层融合网络、存储、计算、应用核心能力,就近提供数据分析和业务自动化处理等边缘智能服务,满足车间或厂站级智能生产和智能控制,设备保护、过程控制、运行监控等多种确定性低时延工业应用要求。最终,边缘层会利用边缘计算设备实现底层数据的汇聚处理,优化分析和边缘应用并实现数据向云端平台的集成。
  基础设施层上叠加工业模型、数据管理、大数据处理、工业数据分析、工业微服务等创新功能,构建可扩展的开放式云操作系统。工业PaaS层主要有以下三个功能:一是提供工业数据管理能力,将数据科学与工业机理结合,帮助制造企业构建工业数据分析能力,实现数据价值挖掘;二是将大量的工业技术原理、行业知识、基础工艺、模型工具等规则化、软件化、模型化,封装成为微服务组件,供开发者重复使用;三是提供资源管理、服务编排、镜像部署、工程管理、配置管理等平台运维管理服务;四是构建应用开发环境,借助微服务组件和工业建模和应用开发工具,帮助用户快速构建定制化的工业APP
  工业SaaS层针对特定的工业场景CONTROL ENGINEERING China版权所有,通过调用边缘层和平台层的微服务,推动工业技术、经验、知识和最佳实践的模型化、软件化和再封装,从而形成满足不同行业、不同场景的工业APP,形成工业互联网平台的最终使用价值。一方面,应用层可以提供设计、生产、管理、服务等一系列创新性业务应用;另一方面,应用层可以构建良好的工业APP创新环境,使开发者基于平台数据及工业PaaS层和边缘层提供的微服务功能实现快速应用创新。
  2.2  工业软件是工业互联网的外显
  工业APP开发者从经验或数据中抽取出知识,通过工业互联网云平台的软件开发工具将知识转化为APP软件。平台具备工业APP开发、测试、部署和发布应用的能力,提供工程管理、资源管理、服务管理、数据管理、数字孪生建模、HMI前端设计、机理算法编排等简单易用的开发工具,可支撑通过拖、拉、拽的方式快速开发工业APP。
  边缘层提供完整的APP应用运行环境,既可以与第三方云平台实现云边协同运行和统一管控,也可以脱离云平台独立运行维护,满足工业现场的分期分段施工要求。

  面向不同的行业和领域(医药、制造、化工等),和利时的工业互联网平台,已经面对不同的场景搭建了面向生产、物料管理、设备管理等多个工业应用。



  2.3  工业模型是工业互联网的内核
  工业模型是工业互联网平台的核心,为平台上应用的成功运行提供支持。和利时的工业互联网平台提供设备模型、机理模型、数据模型等,采用“数、用”分离实现数据的价值。

  建好的模型被封装成微服务运行在工业互联网平台上,比如来自生产现场的实时数据驱动模型的运行,模型的输出结果主要下达到现场生产控制系统中执行调控操作。
  平台提供快速建模工具,工业云的模型通过可视化的建模工具进行设置,基本功能包括:模型库管理、模型编辑、对象编辑、订阅管理等功能。如下图:

  以图形化的显示如下图:



  比如立式泵的工业模型如上图所示,包括了可视化三维建模和物理信息的机理模型。
  机理模型微服务采用轻量级的Docker容器封装,实现与操作系统内核资源的隔离和标准化包装,提高服务的可移植性,支持开发测试和部署运维的一体化(Devops),满足持续集成和持续交付要求。机理模型微服务对外提供HTTP Rest API接口,主要包括模型运行控制、模型参数设置、数据读写、事件接口等。
  应用案例如下:
  1、智慧电厂:和利时公司以工业互联网平台
  HolliCube为主www.cechina.cn,采用大数据以及沉淀多年的电厂功能模型包,协助客户建设一个智能电厂智慧管理平台、实现领导驾驶舱及智能决策、竞价上网、性能分析和运行优化、设备预测性维护、机组级优化控制五大应用。

  2、智慧水务:和利时工业互联网平台通过构建各类水厂、工艺、设备设施的资产模型和优化模型,支撑行业专家、管理人员快速进行水务行业应用开发。通过智慧水务平台建设,该水务集团实现统一信息化平台CONTROL ENGINEERING China版权所有,实时掌握各个水厂生产运营数据、控制各水厂成本差异。同时,平台对集团旗下各水厂进行实时监控,可以根据进水水质及水量自动调整工况,智能控制设备启停。
  3、智慧矿山:通过工业互联网平台的煤矿设备模型、煤矿工艺模型、煤矿安全模型、煤矿算法库等实现煤矿大数据分析决策、自主学习和动态预测;最终决策结果通过工业互联网平台下达到煤矿各种资源、设备,进行协同控制。
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