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盤點:工業互聯網的9大核心技術


轉自:中國自動化網

工業互聯網這個話題是由GE公司在2012年率先提出的。這個話題和后來2013年德國提出的工業4.0,可以說攪動了很多企業的神經。但是這些新的理念并不是空穴來風,它是工業化國家在過去幾十年強大的技術積累,以及和互聯網結合以后產生的新戰略,新的技術布局以及對未來的一種新的愿景。本文總結了工業互聯網的9大核心技術。


1、超級計算終端

超級計算終端就是一些新的智能化設備,譬如汽車以及穿戴式設備,譬如帶芯片的內衣。這些產品洶涌的勢頭正在成為我們所熟悉的物理世界的一個新的成員。這些產品的核心都是有一個強大的芯片。傳統意義上的芯片王者英特爾公司正在意識到,在風起云涌的移動互聯時代,他已經不行了。比如,ARM芯片結構,隨著以蘋果公司為代表的公司突起,正在取代傳統的PC時代英特爾的王者地位。

隨處可及的超級智能終端,正在突破摩爾定律的芯片所賦予我們的想象空間。摩爾定律曾經預測,每將近兩年時間,芯片的計算力會提高一倍,而價格會降一半。這是1965年的時候,英特爾公司曾經提出的遐想。過去了將近五十年,這個摩爾定律還沒有看到盡頭,即便摩爾定律在納米級別碰到瓶頸,新的替代技術也正在出現。而且隨著IPV6的尋址能力的無限拓展,我們人類可以預想,在未來每一個智能終端都可以有強大的計算能力以及尋址能力,所以物聯網時代這兩個關鍵的技術要素已經具備了。

除了芯片技術競賽以外,在這個行業里,正在進行激烈競爭的還有有關交互式互聯進入標準的競賽。在這里面有一些產業巨頭正在形成產業聯盟。譬如說包括三星、Nest以及谷歌公司進行聯盟。Nest在2014年被谷歌公司斥資32億美元收購。這家公司可以提供能源回饋系統,因此在美國有龐大的家庭用戶,而這個為谷歌公司進入到家庭的能源管理系統提供了一個便捷的通道。同時出現在市場的是蘋果公司,在2014年6月,蘋果公司對外宣布了Homekit框架。

2、軟件定義機器

蘋果公司發布iPhone之后,軟件定義機器在工業界引起了大家的注意。這之前,傳統的功能型手機是由廠家的功能設定來定義的。蘋果發布iPhone以后,它的真正功能設定是用戶通過下載軟件來設定的,這對大量的工業企業帶來了非常大的啟發。正因為如此,在通訊時代曾經處于王者地位的諾基亞被迅速拉下馬。而代表新的產業思維,用軟件定義硬件帶來新的功能和功能創想的蘋果公司就后來居上贏得了勝利。

軟件定義硬件,互惠走出通訊和電子產品,成為工業界的未來和常態。理由很簡單,在今天硬件產品和機械設備越來越低門檻和同質化競爭的時代,真正能夠取得差異化優勢的是軟件。這是未來的趨勢,而且各種嵌入式的軟件和附加的軟件功能,將越來越廉價化,軟件產品的開發也越來越平臺化,而軟件產品的升級和維護也越來越云端化。這一趨勢將有助于廠家更快地根據消費者需要,快速推出產品、升級產品,而消費者和工業的用戶也會利用這樣的優勢獲得廉價的服務和快速的產品,以及遠程的維護服務。

3、知識工作自動化

這個概念是由2013年麥肯錫公司率先提出的。在這里知識工作自動化指的是信息處理的自動化,它涉及的范圍是非常廣泛的,包含常規的互聯網信息交互,模式識別、人工智能、機器學習等等最前沿的技術。這種新型的基于信息和知識的工作方式,根據麥肯錫估計,未來會產生非常大的經濟價值。預測2025年的時候,將產生的將近六萬億美元的新的經濟增加價值,并且創造出相當于超過一個億的全職雇員的產出能力。

在這一領域,特別要提的就是人工智能。因為人工智能現在被很多研究機構和企業所高度關注,認為他是未來真正可以改變人類關鍵性的技術之一。譬如說人工智能非常重要的參與者IBM公司。他們最有名的實驗是,在1997年,他們生產的計算機擊敗了人類的國際象棋大師。最新的成果是智能性的計算機,他們稱為人知智能計算機。這個計算機幫助法律服務公司,向律師事務所進行文本的分析;包括醫院進行醫療報告的分析。已經大量替代了人力,所以人工智能發展對將來人的工作提出了一個新的考驗,也是一個挑戰。

4、跨企業的標準制定

關于工業互聯網方面的標準制定,應該講現在是全球主要工業企業,乃至國家之間競爭的焦點。包括德國在內的這些企業和國家都意識到它的高度重要性。譬如在上世紀的近四十年的時間里,德國每年3.3%的GDP增長中,標準的貢獻率占到了0.9%,僅次于資本投入,而且比國內創新和直接購買技術來的更加重要。因此掌握標準話語權是這些國家乃至企業,他們在未來進行戰略布局非常關鍵的一步。在這一方面美國的企業也是走在全球的前列。

2014年 4月,以GE、AT&T、思科、IBM、英特爾五家企業為龍頭所成立工業互聯網聯盟,就是在波士頓宣告成立。這個聯盟迅速擴大到100多個會員公司,美國的企業在軟件,互聯網方面具有高度的優勢,他們也希望在新的工業聯盟這種開放式聯盟合作架構下,建立一些新型的實施標準。剛才說GE的軟件平臺就想成為事實性的工業標準。當然這個領域是激烈的競爭和博弈,國家層面、企業層面都在做著積極的布局,中國的企業一定不能置身事外,一定要介入其中。要對這個標準和技術走向產生足夠的影響和話語權作用才行。

5、工業互聯網的系統安全

這個話題極其重要,但是在今天一波一波的熱浪當中,大家似乎并沒有把它做成一個重大的事件去看、去分析。實際上一系列的安全事件在不斷發生。這些年最有名的事件應該是2011年轟動一時的伊朗政府指責美國和以色列編制的木馬軟件,這個軟件通過西門子的核電控制系統SCADA,切入到伊朗核設施當中。這些軟件被用來設計攻擊管理軟件。這種木馬病毒被伊朗政府稱為數字制造導彈,這些事情或許沒有他們講的這么嚴重,但是這些事情給我們做了非常重要的安全提示。

在工業互聯網逐漸興起之后,真的要在企業包括跨企業之間獲得普及,安全問題必須解決。設想一下,如果這個問題不解決,不僅關系重大的這些設備,基礎設施,即便像智能家居、智能汽車這樣的領域,都會存在巨大的安全隱患和隱私隱患。

6、機器人改變工業流程

今天日本是擁有機器人最多的國家,日本全國每萬人機器人使用量高達332臺。

這是2012 年的統計數據,當時德國的使用量是273臺,德國是歐洲使用量最高的國家,而我們國家當時的情況只有十臺。當然這兩年中國的機器人使用和發展應該是非常快速的,相關的企業都在引進、制造機器人。像富士康公司已經宣布在2014年就實現了關燈生產這一目標。這在勞動成本居高不下的沿海地區是非常關鍵的,因為在中國的沿海地區每年勞動力薪酬上漲速度高達15%以上,機器人每年的價格又大幅下降,所以這就使工業機器人大行其道。

但是機器人在中國面臨著一個困境,就是大量的高端機器人,還都是全球幾大品牌的天下。主要在日本和歐洲的公司手里。一些核心的技術,軟件也不是在互聯網,而是在基礎的減速器、控制器、數控系統,這些領域是傳統的工業和智能化的硬件,嵌入式軟件的天下。像減速器這一領域,中國都需要進口。而國外公司在這一輪競爭當中采取新型策略,關鍵部件對中國企業采取高價措施,使得中國企業生產成本居高不下。

7、分布式的生產和3D打印

3D打印為什么重要?因為他對工業互聯網融合所帶來的,對未來工業生產方式的變化將是顛覆性的。

首先它將進行線上設計和線下生產的高度融合。3D打印所引發的創客運動正在改變過去的生產方式,每個人都可以在網上購買3D打印機,并且將他們的想法付諸于實踐,而且可以實現分布式的生產。使得每一個人的創意構想成為可能。

第二個趨勢是創業生產的輕量化,因為3D打印帶來的互聯網創業,會使創業門檻降低,而且長尾效應能夠顯現出來,細分業務總是能找到自己的生存空間。

3D打印的第三個重要趨勢是生產分包形式的多樣化。借助3D打印所產生的各種小公司,比大公司更加快捷迅速。雖然這一類生產制造方式不會馬上顛覆大公司的存在,但是可以創造出更多的市場。在大規模制造中間,傳統的制造業依舊占據傳統的優勢。但是小批量個性化的生產,有可能被3D打印所代表的未來技術沖擊,乃至替代。

3D的材料,目前還是3D打印廣泛推廣應用的關鍵瓶頸。因為3D打印的材料,在強度和剛度力學性能,包括打印產品的粗糙度、防潮性、熱穩定性等等還會有很多障礙,尤其是這些材料性能又將進一步影響熱處理、表面理化處理、精加工、拋光、鍍膜等等后續工藝,直接影響生產成本和效率。

8、人類意識與機器的融合

人類最終能不能用意念直接控制機器,乃至其他生物甚至是人類?這一構想其實存在了很多年,最近似乎在這一領域出現了一些重大的突破。在2010年,幾位科學家曾經嘗試將印度和法國的測試者連在一起,當單詞用腦電波系統轉換為二維碼,從印度人的腦波輸出被傳到法國之后,竟然可以重新識別、轉化,最后被測試者在法國理解了這個單詞。

這種被稱為腦機接口的技術已經存在了三十多年。在工業互聯網時代,腦機接口技術給我們提供了巨大的想象空間,人類不僅可以和機器產生互動,并且有可能控制機器。更重要的是反過來,機器還可能讀懂人類的意念,從而和人類發生深層次的互動、融合。在2014年結束的騰訊WE大會上,日本公司就推出一款腦電波貓耳朵的產品,這一款產品玩法很簡單,當人情緒起伏的時候,那個貓耳朵就會豎起來,情緒低垂的時候,貓耳朵就會搭下來。

9、虛擬世界

關于這個概念,在德國工業4.0體系當中,叫數字物理系統。這一全新的制造方式,其實是讓我們看到了一個未來的圖景。那就是在未來,除了物理世界之外,所對應的整合很多更加全面的信息數字系統,或者是虛擬系統,將和物理世界之間產生高度的互動和相互的關聯。GE公司所進行的航空發動機的生產、使用、監控,就是將大量的數據進行收集、模擬和處理。

在未來,我們所生活的物理世界之外,有一個整合了更多信息的虛擬系統,而這個虛擬系統將能夠幫我們去預測,幫我們去維護現在的物理世界,他們的預測準確度可能高于我們基于現實的,對信息的預測準確度。因為他們掌握的信息更多,而且因為掌握了全歷史的信息,所以又會幫我們進行更加有效的,新的智能化的設計、制造。所以德國人所講的機器生產機器,在未來也不是一個虛擬的話題,它真的會變成一個現實。


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