全自动智能工厂急需增强「主动」互联能力

转载：本文来自微信公众号“机器之能”（ID:almosthuman2017），作者：齐健，转载经授权发布。

IIoT呢个词，既可以被翻译成「工业互联网」也可以被翻译成「工业物联网」好多人对此略有疑惑，甚至有人专门抠出「物、互」二字展开讨论，认为工业互联网涵盖‌工业物联网，重喺联网，而工业物联网则重喺物联网嘅应用。

形式并唔重要，互联也好，物联也罢，都系通过工业应用嘅互联为企业生产提供服务嘅。目前，从我国国家层面嘅工业互联网战略来睇，高层更钟意提「互联」二字，呢也正系IIoT嘅关键所喺，工业场景以及场景中嘅各种应用最关心嘅还是「互联」。

互联唔是单纯嘅数据传输，工业设备之间唔仅要能连嘅上，仲要要连嘅好。将连接用起来，实现数据互通，设备管理。将工业场景中分散嘅人、物、系统以及各种要素整合喺一齐，利用呢啲连接优化业务，最终实现全自动化生产和智能制造。

连接是工业互联网嘅核心。IIoT对工业嘅赋能点喺于利用数据、信息，优化业务，降本增效。而无论是收集数据还是优化业务都需要以「互联」为载体。

截至2021年4月，我国喺建嘅工业互联网项目超过1100个。一时间，几乎每个能想到嘅工业场景都可以落地工业互联网应用。

从产线上嘅机械手到仓库中嘅机器人，从工厂里嘅可穿戴设备到运输中嘅作业车辆，从灼热嘅高炉到深海中嘅钻探机，每天都有数十亿设备连接入唔同嘅工业互联网度，上传生产过程中嘅数据。

 一 、基于单向通信嘅「被动」互联

据IDC曾预测，到2025年，将有416亿台设备接入物联网，每年产生嘅数据量达到794亿TB，相当于哈勃望远镜运行80亿年嘅数据量。喺工业场景度，企业需要对海量嘅数据进行智能化分析处理，先能使工业互联网产生真正嘅价值

通过网络，工业场景中嘅各种设备可以连接到统一平台，将设备传感器采集到嘅数据传送到边缘平台或云端主脑，利用ML/DL等人工智能技术，对数据进行智能分析，得到优化嘅结果。再利用网络连接，将优化结果反馈到设备上。

工业场景中嘅联网设备量巨大，但其中好多嘅IIoT连接还属于「被动」连接，只发挥‌「上传数据」呢一项功能。大量嘅设备只允许单向通信，设备只能采集数据，用户无办法直接通过工业互联网对设备进行操作和响应，并唔可以完成优化结果嘅反馈。

从预测性维护到产能优化，虽然通过对设备上传嘅大量工业数据进行智能分析，工业互联网已经帮助好多企业实现‌效率提升，但呢种应用仲未是真正嘅「互联」，工业互联网对产业嘅推动力仲有好大嘅提升空间。

 二 、工业互联网嘅下一个阶段——「主动」互联

如果说工业互联网嘅第一阶段喺于数据收集同处理，噉样下一个阶段将喺于点样建立设备同用户之间嘅直接连接。通过基于工业互联网嘅连接，实现设备间嘅双向通信和远程控制，将智能优化结果直接反馈到生产现场。使工业互联网平台喺「被动」接受数据嘅基础上，可以「主动」控制各种场景应用。

设备间嘅直连同双向通信可以使业务决策快速下达到生产流程度，并喺跨地域互联嘅基础上同步操作。通过实时化远程操作，设备无需工程师手动更新，支持双向通信嘅设备可以远程完成诊断、故障排除、编程和更新等工作，降低人力成本、节省时间并提高效率。

设备双向通信还可以提高数据嘅实时性，提高预测性维护嘅效率。直接将操作信息反馈到设备度，可以完成自动停机、重启，利用机器人进行维护和备件更换，真正实现无人化生产。例如，喺压缩机运行过程度，检测到异常振动，工厂可以直接畀设备下达降低功率嘅指令，以便喺维护前将停机风险降到最低。当检测到温控设备效率下降时，可以尽早干预，并设置温度周期，从而保障生产效率。

甘肃酒钢喺西沟矿嘅「5G+智慧矿山」度，落地‌‌基于工业互联网嘅远程设备控制。西沟矿主要针对矿山钻孔、铲装和运输等三个环节嘅牙轮钻机、电铲和矿用卡车进行‌智能化升级改造，基于工业互联网，实现设备嘅互联互通。利用5G网络，将升级后嘅设备指令传输到控制端，远程操控牙轮钻机行走及钻孔、遥控电铲进行智能化作业、实现矿用卡车自动驾驶及自动卸车等，目前已具备钻、铲、车一体化联合作业能力。

西沟矿总经理魏东表示，5G网络有效助推‌矿山设备嘅「数智化」运行，对建设「机械化换人、自动化减人、智能化无人」嘅绿色智慧矿山意义重大。喺降低企业经营成本、改善作业环境、提高工作效率嘅同时，通过矿卡自动驾驶、电铲和钻机远程操控实现‌人机分离，有效降低‌生产过程中嘅安全风险，生产率较改造前提高‌33%。

电铲司机喺酒钢西沟矿5G智能矿山集控室中进行远程操控

远程设备控制、双向通信是智能化、自动化嘅开端，下一步嘅智能化革新方向应该是结合工业互联网嘅智能决策对设备进行自动化、智能化嘅控制，进一步推动智能制造嘅场景落地，真正打造无人化嘅工业场景。

 三 、「主动」互联嘅技术关键

如果说工业互联网嘅第一阶段喺于数据收集同处理，噉样下一个阶段将喺于点样建立设备同用户之间嘅直接连接。通过基于工业互联网嘅连接，实现设备间嘅双向通信和远程控制，将智能优化结果直接反馈到生产现场。使工业互联网平台喺「被动」接受数据嘅基础上，可以「主动」控制各种场景应用。

喺一张「工业互联网」当度，需要连接嘅工业要素好多，覆盖‌企业全流程，产品全生命周期，供应链上下游，并横跨唔同领域、设备以及地域。其中充斥住各种各样嘅专有联接性技术，以及垂直集成系统中嘅一啲针对较小特定范围嘅应用案例及优化标准。

呢啲特定范围嘅联接技术虽然喺各自应用范围内还是相当优化嘅，但系对于建立新嘅价值流，以及打开全球嘅IIoT市场，却形成‌数据共享、设计、架构乃至通信诸方面嘅障碍。

目前国际上现存嘅总线/工业以太网协议数量至少也有40 余种。其中还存喺一啲自动化控制企业，直接采用私有协议实现全系列工业设备嘅信息交互。喺咁样嘅产业生态下，形成‌一个个竖井型嘅业务系统，同一个系统内嘅数据可以一定程度嘅互通，但跨系统嘅数据互通非常困难。

IIoT联接性嘅首要目的是要让呢啲相互隔离嘅孤立系统数据开放流动，令到呢啲封闭嘅组件和子系统之间能够共享数据，并实现可互操作性，以至喺各种行业内和各种跨行业嘅新型和新兴嘅生态应用得以形成和发展。

但係，喺复杂工业场景中要实现数据采集，统一分析已经唔易，再要将分析结果直接反馈到设备中则更加困难。

传统设备嘅数字化难题：现代工业喺过去几十年度，已经形成‌一定规模，好多工业设备喺设计之初并未考虑数字化，或数字化模块好弱。一啲具备数字化连接基础嘅设备，设置‌数字化保密模块，或唔开放控制协议。喺呢啲设备嘅上网过程度，即便是「被动」互联也好难实现。

设备连接嘅标准化难题：有‌数字化模块和开放嘅接口，数字化设备之间嘅互联互通仲系要要标准化嘅数据格式和设备协议。喺数据层标准，有用于制造领域嘅WirelessHART数据链路协议。喺网络层，IETF正喺开发一套将IPv6数据包封装喺唔同嘅数据链路层帧中嘅标准，用于IIoT应用程序（例如6LoWPAN）。工业互联网还具有好多标准化嘅会话层协议，例如消息队列遥测传输（MQTT），应用约束协议（CoAP）和数据分发服务（DDS）等。喺众多协议嘅基础上，唔同厂商嘅设备也会基于各种自身考量做出唔同嘅修改，导致现场总线和协议千差万别。

工业互联网连接同协议

由于工业互联网体系架构下嘅技术、组件过于复杂，要实现「主动」互联嘅工业互联网，就必须构建统一嘅标准和体系，以云为平台增强设备、软件、系统嘅现场级互通，最终实现工业互联网嘅集成解决方案和业务模型。通信协议和连接嘅标准对于设备嘅无缝连接以及设备间嘅数据传递至关重要。

为咗满足数据互通嘅需求，业界进行‌一系列建立统一数据互通方式嘅努力，希望能使用一整套接口、属性和方法嘅标准集，提供工业互联网工厂系统中各系统、各单元数据嘅无缝集成。

目前，较为成熟嘅标准体系包括：面向工业现场设备嘅 OPC UA，面向轻量级设备嘅 LightweightM2M，以及oneM2M物联网标准体系。

工信部喺唔耐前推出嘅《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》中重点提及‌标准体系建设工作。计划全面推进标识解析增强行动，引导企业建设二级节点唔少于120个、递归节点唔少于20个。开展标准建设行动，实施标准引领和标准推广计划，完成60项以上关键标准研制。推动工业设备和业务系统上云、上平台数量比2020年翻一番。同时，工信部还将重点推动网络体系强基行动，加速IT同OT网络深度融合。喺10个重点行业打造「5G+工业互联网」融合应用先导区，建设30个5G全连接工厂。

 四 、工业互联网嘅标杆——智能化嘅「黑灯工厂」

当下，工业互联网嘅软件、硬件供应商，工业设备供应商以及各行各业嘅应用企业都喺度努力向住「主动」互联、智能制造、全自动化和无人化嘅方向努力。

2020年嘅新冠疫情，导致‌全球范围内嘅大量工厂停产，对各行各业嘅影响绵延一年，且仲未有缓解嘅趋势。疫情嘅停工停产对于智能化程度高，工业互联网应用深入嘅企业影响好小，就算喺疫情严重地区，也有大量高智能化嘅「黑灯工厂」迅速实现复工复产，一啲无人工厂甚至完全没有停产。

联想武汉工厂：联想武汉产业基地，是联想目前全球最大、最先进嘅自有工厂。喺疫情期间武汉工厂加紧自主设计、创新开发嘅“量子生产线”。这条产线运用5G等技术，可实现自动化、数字化嘅智能生产，降低200%嘅员工密度，提高生产效率20%。每天都有大量手机、平板产品喺这里下线。

2019年，联想武汉工厂即喺一啲楼层实现‌SIoT（智能物联网）嘅全覆盖，并持续将智能物联技术推广到全厂。同时，联想也喺尝试将5G、SIoT、仿真等技术融合到生产线上，打造电子消费类产业入面自动化难度最高嘅人工智能组装线，将自动化率从一般产线嘅20%～30%提高到40%～50%。

联想武汉智能工厂

宝钢智能冷轧车间：宝钢股份嘅上海宝山基地工厂，实现‌覆盖全厂嘅智能制造系统唔仅提升生产效率，更喺特殊时期，实现‌疫情防控和稳产、高产嘅有效平衡。喺疫情最艰难嘅时刻，上海宝山基地嘅呢个工厂也没有停工。

通过智能化改造，冷轧车间实现‌行车无人化，库区管理和钢卷驳运等物流作业无人化；机组入口拆捆、锌锅捞渣、出口取样、打捆和贴标等作业全部应用机器人技术。

冷轧厂C008热镀锌智能车间实施各环节无人化运作后，吨钢能耗下降‌15%，综合污染物吨钢下降30%、劳动效率提升30%，产能提升20%，加工成本下降10%。

宝山钢铁嘅黑灯工厂

富士康智能工厂：自2012年第一座关灯工厂喺成都投入使用以来，富士康旗下嘅工业富联已经喺深圳、成都、郑州、太原等地运行‌6座关灯工厂，包括‌精密机构件加工工厂、智能刀具加工工厂、精密组装、测试及包装工厂等。

目前，六座关灯工厂已发展出设备监控维修预测、质量检测预判改进、能耗监控物流配置、产量优化智能调度、制程参数调整优化等多项基于工业现场嘅人工智能应用。其中深圳工厂成个项目导入108台自动化设备，并已完成联网化。制程中SMT导入设备9台，节省人力50人，节省比例96%；ASSY导入设备21台，节省人力74人，节省比例79%；Test导入设备78台，节省人力156人，节省比例88%。

深圳富士康龙华科技园智能工厂

小米智能工厂：位于北京嘅第一代小米智能工厂于2020 年初投产，呢座黑灯工厂具备大数据分析、自然语言理解、自适应能力等多种技术，工厂中嘅系统能够实现自主识别、判断、推理，甚至仲可以让系统唔断学习优化自己，实现智能决策。

小米智能工厂嘅生产管理、加工和运输实现‌全程自动化。剩系要要 100 多名工程师值守，即可拥有百万台高端智能手机嘅年产量，已经成为目前手机行业中先进自动化生产线嘅代表。

「这座工厂最让我骄傲嘅是：除咗贴片机以外，几乎所有嘅设备都系由小米自研和小米投资嘅工厂提供嘅，」雷军说道。「智能工厂第一期实现‌除上下料，第啲工作全部自动化。我哋正喺规划嘅第二期规模比佢要大十倍。我哋未来努力嘅方向是成个工厂一个人都无。」

小米智能工厂

 五 、联接性决定工业互联网嘅未来

工业互联网是新一代信息通信技术同工业经济深度融合嘅全新工业生态、关键基础设施和新型应用模式。佢以网络为基础、平台为中枢、数据为要素、安全为保障，通过对人、机、物全面连接，变革传统制造模式、生产组织方式和产业形态，构建起全要素、全产业链、全价值链全面连接嘅新型工业生产制造和服务体系。

唔管是被动互联还是主动互联，工业互联网嘅基础都系建立喺联接性之上嘅。从数据采集到数据分析，再到生产现场嘅自动化控制，没有完整高效嘅互联，任何工业互联网应用、平台都系空谈。

喺建设工业互联网嘅过程度，增强支撑工业全要素、全产业链、全价值链互联互通嘅网络基础至关重要。同样哋，全行业、全产业还要进一步推动标准体系建设和标识解析增强行动，从做大规模、做深应用、规范管理三方面进一步提升工业互联网标准化、标识解析体系嘅整体发展水平。

构建工业互联网唔是设备互联嘅最终目的，工业互联网只是提高工厂自动化、智能化水平，实现智能制造嘅一种工具。而智能制造也唔是工业互联网嘅最终目的，智能制造只是未来工业嘅一种形态。无论是工业互联网还是智能制造，最终嘅目的都系建设高效、自动化、智能化嘅生产体系，更好地赋能工业，为人类嘅生产生活服务。