邬贺铨：从“两化融合”到产业互联网

本刊编辑部

近代以来，全球的制造业经历了从工业1.0的机械化到2.0的电动化，再到3.0的自动化的进化过程，如今又要奔向工业4.0的智能化。面对制造业的快速发展，制造业拥抱互联网的大趋势，中国工程院院士、中國互联网协会理事长邬贺铨在2017（第二届）中国产业互联网大会上为大家带来以“从‘两化融合到产业互联网”为主题的权威学术演讲。

邬贺铨告诉大家，工业4.0是通过互联网整合制造业，产业互联网则是通过互联网整合产业，通过人机交互实现了CPS、通信、控制三维一体。工业4.0的目标是生产智能产品，提供智能服务，智能工厂是支撑工业4.0的一种方式，但不是唯一方式。而在我国，“互联网+”不仅包括产业互联网，还包括消费互联网和智能互联网。

现在，我国要从“两化融合”发展到产业互联网和数字经济，“两化融合”是企业数字化转型，也是产业互联网的起点。通过企业互联网化，我们奔向智能制造、智能工厂和CPS信息物理系统的融合，最终目标是增强产品、数字服务和企业竞争力。

产业互联网现场级应用

物联网

在产业互联网的现场有很多物联网的产品和应用，例如各种各样的运动检测、温度检测、压力检测。以往，传统工厂通过数控机床进行了提升，但程序并不是最理想、最科学的。所以，往往要利用各种传感器实时感知工件加工过程中的变化，通过反馈来修改计算机的程序。例如，日本MAZAK的智能机床配备了针对加工热变位、切削震动、机床干涉、主轴检测、维护保养、工作台动态平衡性及语音导航等智能化功能，可以自行监控机床运转状态并反馈，从而大幅提高机床运行效率及安全性。此外，中国沈阳机床集团开发了i5智能数控机床，实现智能编程、智能诊断等功能，实时收集设备生产状态、资源存量、加工数量等信息并及时维护。同时，该集团推出以租代售的全新商业模式，帮助客户节约成本，提升客户的劳动生产率30-50%。

机器人

浙江省提出2020年全省十万企业上云，全省企业使用机器人的数量将达到10万台。而赛迪研究院则预计，到2022年中国机器人产业将达千亿元，年增23-36%。

自动生产线

产业互联网现场级应用机器人不是一个，而是一批机器人，在汽车生产线和电子装配生产线运用较多，将来会推广到更多的生产线上使用。

产业互联网车间级应用

车间级的数据采集与监控系统

现在，产业互联网的车间级应用除了物联网和机器人以外，要收集更多信息，需要利用分布控制系统和现场控制系统，把信息汇总起来，通过工业互联网加入工业以太网。以太网上有各种各样的服务器和操作工程师，有实时数据库及监控数据网络的SCADA系统，以及上层的实时数据库、实时管理、监控管理等，实时车间数据采集。

从SCADA软件可以看到，其底层是硬件驱动、图形接口、文件系统、网络系统，上层是操作系统和各种各样的协议，其中OPC是OLE的控制协议，OLE是对上的连接嵌入协议，这里面少不了数据库、服务器；然后通过数据库上层把收集的数据以可视化的方式表述。最上层还有更多的数据挖掘软件，这构成了现在产业互联网在车间到工厂级需要用的数字采集系统以及数据分析服务的一些支撑软件。

车间级的工业以太网

传统以太网是为办公自动化设计的，采用的是CSMA/CD（载波征听/碰撞避免）方式来减少共享总线的各节点冲突，但在工业互联网的环境下，挂上的节点很多，存在大量冲突需多次重发，效率太低，所以工业以太网要从三个方面改造传统以太网。通过提速，升级到100M/1Gbps，或者交换技术和同步机制三方面来提供实时性和可靠性。

中国提出了工业自动化领域首个国际标准EPA，对应国标GB/20171-2006，可用在各种传输介质、各种拓扑结构、各种业务、10M-1Gbps。采用IEEE1588精确时钟同步技术，将各节点同步精度控制在5μs以内，可支持等时同步业务。

车间级工业互联网（PROFInet标准）

PROFInet标准由西门子公司提出，并列入IEC标准。它的软件结构，底层是现场总线，上层是以太网，其中以太网分成实时业务（RT）和等时同步实时业务（IRT），以太网之上的TCP/IP给标准通信支持过程数据。在一个周期里分两部分，一部分可以支持实时，一部分支持非实时TCP/IP通信。这其中的分工包括源地址、目的地地址、优先权应用标识、应用数据等，通过这种方式既可以支持一般的标准通信，又可以支持对实时性要求很高的通信。

产业互联网工厂级应用

工厂级的制造执行系统（MES）

产业互联网的工厂级应用需要MES系统，它是核心的制造执行系统。MES位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间，面向车间层的管理信息系统，负责管理在生产过程中涉及到的人、设备、物资等。它为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等）的当前状态。

需要说明的是，MES是现场作业级的系统，ERP是业务管理级的系统，MES是ERP在生产现场的细化，是对ERP计划的一种监控和反馈。

工厂级设计制造软件

产业互联网工业级设计需要各种各样的软件，而现在制造软件应用很广泛。例如，阿波罗登月飞行器软件仅有4K行代码，高铁的列控软件则有数百万行代码，雪佛兰、奔驰新车软件是1000万行到1亿行代码，空客飞机软件10亿行代码，Windows7超过3000万行代码，智能手机操作系统有超过上百万行代码，华为传感器有超过10K代码。

Toyota、Fiat和Nissan通过设计者和生产工程师快速共享数据，对不同设计部件及供应商的选择并仿真，使新产品的开发时间减少30-50%。过去我们普遍认为所有的软件是软件公司做的，现在不同了。波音公司设计与制造飞机需要使用8000多种软件，但只有1/8是外购商用软件，剩下的软件是自己开发的，所以波音也是软件公司。现在不仅是波音，GE和西门子也都变成了软件公司，可以提供很多设计软件。endprint

众包设计聚智创新

通过产业互联网可以实现众包设计。GE公司对其自己制造的喷气式发动机托架设计不满意，就把托架软件公布在网上，向全球征集基于3D打印的设计工具，鼓励创客社区参与设计，收到了来自56个国家/地区将近700件设计作品。最后，一个28岁的年轻人胜出了设计，将重量减轻了85%，GE公司奖励了他1万美元。

Fiat Mio设计了世界上第一部众包汽车，全球有超过17000名参与者为设计和开发及商标贡献了超过11000件创意和方案，其中许多都是由志愿者提供的。海尔公司也秉持着企业是平台，员工是创客，用户是中心，用户也是设计者和开发者的理念。

企业业务管理软件

在产业互联网再上一级是企业业务管理软件，以前的财务管理、人事管理等要转到供应链管理、价值链管理、生态链管理，现在常用的有PLM、SCM、ERP、CRM等。对中小微企业而言，并不需要自购业务管理软件，可以借助第三方的公有云，基于SAAS租用业务管理软件，节省成本。

然而，随着产业互联网的发展，物联网嵌入到基础设施和生产管理流程中，一旦中毒，其危害更大。不仅有数据安全问题，基础设施安全问题，控制生产线也有安全问题。现在安全问题已经成为2017年MIT《麻省理工科技评论》的十大突破性技术之一了。现在利用区块链的技术，其中BOT物联网区块链，有交易、有帐本、有验证，可以很好的识别介入物联网的工具，为工业物联网的安全添加保障。

总之，应用产业互联网的目的，使制造全过程的数字化，不是指某一个环节，也不仅仅是全部环节，而应该是一个闭环。数字化制造是跨过所制造的产品生命周期的数字数据的集合和應用，可以基于实时的信息做出更快和更好的决策。未来产品价值变化有三大趋势：硬件的价值体现在软件；网络连接的价值转向云，商业模式从产品转向服务。

最后，邬贺铨为大家总结了产业互联网发展的六条“金句”：产业互联网以智慧工厂为目标，覆盖产业链和全生命周期以及跨企业的应用，实现“两化”深度融合发展；大数据、智能化、移动互联网与云计算及物联网的兴起，助力企业腾云驾雾，转型升级；产业互联网涉及很多层次，可以分步实施，但前提是需要有开放的标准和全局观念的顶层设计，云是很好的基础；产业互联网发展还要重视网络安全，在发展中求安全是正确的选择；产业互联网推动企业数字化转型，需要企业流程再造来适应，没有管理创新，产业互联网也难以成功；创新无止境，产业互联网的发展永远在路上！endprint