“工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化、智能化需求,构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系,支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台,包括边缘、平台(工业PaaS)、应用三大核心层级。”这是我国的工业互联网产业联盟给出的定义。数字化、网络化、智能化这三个需求,便是信息技术在工业领域的创新应用,将互联网技术与先进制造相结合,用以实现制造资源的广泛连接、优化配置。
美国的工业互联网联盟(IIC)将工业互联网称为IIoT,(Industrial Internet of Things),所以也可以把工业互联网理解成物联网在工业界的应用。德国在2011年正式推出工业4.0战略,也认为是制造业和物联网的结合使工业4.0成为可能。“A revolution which promises to marry the worlds of production and network connectivity in an “Internet of Things” making “INDUSTRIE 4.0” a reality.”(摘自GTAI官网)
行行查,行业研究数据库: www.hanghangcha.com
工业升级是国家级战略
人类历史上经历了三次工业革命,其本质上都是生产力的不断提升。第一次工业革命发生在18世纪,蒸汽机开始代替劳动力,从而大大降低了劳动成本;第二次工业革命发生在19世纪末20世纪初,电力和流水线的应用使得大规模生产成为可能;第三次工业革命发生在20世纪70年代左右,IT系统进入生产过程,自动化生产逐渐起步。
工业互联网是互联网和工业的深度结合
工业互联网平台分为边缘层、平台层和应用层三大核心层级。
边缘层主要负责设备接入,要将不同系统的设备接入到平台中来,就需要对不同的数据结构、协议做解析,同时要处理海量的边缘数据。平台层(工业PaaS),可以看成是业务和设备运营的桥梁,其主要作用在于将边缘层提取的数据做进一步的管理和分析,挖掘数据的价值,并为应用层提供组件,从而快速实现应用层对生产过程的控制。应用层(SaaS)是为开发者提供了很好的应用创新工具,并为最终用户如消费者、供应链及写作企业提供现成可用的工业APP。此外在整个工业互联网平台中,还需要大量的基础设施(IaaS)以及安全方面的防护。
总的来说,工业互联网平台实现了IT技术和OT运营之间的桥接,通过大量的数据提取,大数据分析以及应用开发,可以更好地将现有技术渗透到整个制造过程,从而实现整个生产过程的智能化和最优化。
|工业互联网体系:网络为基础,平台为核心,安全为保障
工业互联网涵盖三大体系,网络、平台与安全。网络是工业系统互联和工业数据传输交换的支撑基础。通过泛在互联的网络基础设施、健全适用的标识解析体系,信息数据在生产系统各单位之间、生产体统与商业系统各主体之间无缝传递。平台是工业智能化的核心驱动。通过海量数据采集交换、异构数据集成处理、机器数据边缘计算、基于云的大数据计算分析等,实现对生产现场状况,写作企业信息,市场用户需求的精准计算及分析,从而形成企业运营的管理决策以及机器运转的控制指令,驱动从机器设备、运营管理到商业活动的智能和优化。安全是网络与数据在工业中应用的安全保障。通过涵盖整个工业系统的安全管理体系,避免网络设施和系统软件受到内部和外部攻击,降低企业数据被未经授权访问的风险,确保数据传输与存储的安全性,实现对工业生产系统和商业系统的全方位保护。
网络为基础,实现万物互联
工业互联网网络是实现人、机器、车间、企业等生产要素以及设计、研发、生产、管理、服务等环节互联的基础。网络互联体系包括工厂内部网络和工厂外部网络“两大网络”。工厂内网用于实现工厂内生产装备、信息采集设备、生产管理系统和人等生产要素的广泛互联,包含工厂IT网络和工厂OT(工业生产与控制)网络。Wi-Fi,Zigbee、2G/3G/LTE、WIAPA, WirelessHART等技术已经在工厂内获得部分使用。但对于低功耗、覆盖广、大连接等工业信息采集和控制场景,NB-IOT或5G将会成为较好的技术。
工厂外网实现企业上下游、企业与智能产品、企业与用户等工业全环节的广泛互联。随着网络和信息技术、服务模式的发展,原来局限在工厂内的生产过程逐步扩展到外部网络,进一步推动个性化定制、远程监控、智能产品服务等全新制造和服务模式。工厂外部网络需要具备高速率,高质量,低时延,安全可靠,灵活组网等能力,需采用5G,软件定义网络(SDN),网络功能虚拟化(NFV)等一系列新的网络技术来支撑。另外,工业互联网标识解析体系也是工业互联网网络体系重要组成部分。其中标识是机器和物品的“身份证”;解析系统利用标识,对机器和物品进行唯一性的定位和信息查询,是实现全球供应链系统和企业生产系统精准对接、产品全生命周期管理和智能化服务的前提和基础。
平台为核心,实现数字化生产
工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化、智能化需求,构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系,支撑制造资源泛在连接、弹性共计、高效配置的工业云平台。工业互联网平台作为工业互联网核心载体,连接着底层设备与上游应用,平台包括三大核心层次:
第一层是边缘,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。
第二层是平台,基于通用PaaS叠加大数据处理、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。
第三层是应用,形成满足不同行业、不同场景的工业SaaS和工业APP,形成工业互联网平台的最终价值。
工业互联网平台具有四大核心作用:
工业现场的生产过程优化:1)制造工艺:找出生产过程中最优参数,提升制造品质;2)生产流程:实现提升排产、进度、物料、人员等方面管理的准确性;3)质量管理:实现在线质量检测和已成分析,降低产品不良率;4)设备维护:及时监控设备运行状态,并实现设备预测性维护;5)能耗管理:提升能源使用效率,实现节能减排。
企业运营的管理决策优化:1)供应链管理:大幅缩减产品研发设计与生产周期,降低成本;2)生产管控一体化:实现企业管理和现场生产的协同优化;3)企业决策管理:有效支撑企业智能决策。
社会生产资源优化配置与协同:1)协同制造:大幅缩短产品研发设计与生产周期,降低成本;2)制造能力交易:实现制造能力的在线租用和利益分配;3)个性定制:提升产品价值,增强用户粘性;4)产业链结合:为银行放款、股权投资、企业保险等金融服务提供量化依据。
产品全生命周期的管理与服务优化:1)产品溯源:为全生命周期管理应用提供支撑;2)产品/装备远程预测性维护:实现设备故障的提前预警,远程维护等设备健康管理应用;3)产品设计反馈优化:改进设计方案,加速创新迭代。
安全为保障,实现信息全方位保护
随着工业互联网的不断创新发展,现有相对封闭的工业系统更加开放。电力、交通、市政等大量敏感性信息基础设施将依附于网络,如受到网络攻击,或将造成巨大经济损失,甚至危及公众生活和国家安全。工业互联网需要通过综合性的安全防护措施,保证设备、网络、控制、数据和应用安全。
其中,设备安全是指工业智能装备和智能产品的安全,芯片、嵌入式操作系统、相关应用软件的安全等;网络安全是指工厂内有线网络、无线网络的安全、以及工厂外与用户、协作企业等实现互联的公共网络安全;控制安全是指生产控制安全,包括控制协议、控制平台、控制软件的安全等;应用安全是指支撑工业互联网业务运行的应用软件及平台的安全;数据安全是指工厂内部重要的生产管理数据、生产操作数据以及工厂外部数据等各类数据的安全。
|工业互联网产业链格局,平台及软件企业受益良多
工业互联网产业链上游由信息技术企业主导,主要包括五类:1)云计算企业,提供云计算基础资源能力及关键技术支持;2) 数据管理企业,提供面向工业场景的对象存储、关系数据库、NoSQL数据库等数据管理和存储的工具;3) 数据分析企业,提供数据挖掘方法与工具;4)数据采集与集成企业,为设备连接、多源异构数据的集成提供技术支持;5) 边缘计算企业,提供边缘层的数据预处理与轻量级数据分析能力。
产业链中游由四类企业主导:1) 装备与自动化企业,从自身核心产品能力出发构建平台;2)生产制造企业,将自身数字化转型经验以平台为载体对外提供服务;3)工业软件企业,借助平台的数据汇聚与处理能力提升软件性能, 拓展服务边界;4)信息技术企业,发挥IT技术优势,将已有平台向制造领域延伸。
产业链下游,垂直领域用户在平台使用过程中结合本领域工业知识、机理和经验开展应用创新。另外,第三方开发者可在平台快速创建新的应用服务,为平台注入新的价值。
工业软件企业将迎来新机会。通过软件实现对企业研发设计、生产控制、信息管理优化是工业互联网的必要一环。随着工业互联网发展,工业软件企业将从两方面迎来新机会。
1) 主动开发平台,并将自身产品迁移。领先的工业软件企业具有技术及资源优势。企业可直接将自身软件产品与平台进行对接和集成,例如PTC 将PLM搭载在ThingWorx 平台,SAP 将ERP 迁移到自身的HANA 平台。另外,软件企业已在多产业积累了大量用户资源,可在已有资源的基础上继续扩张。
2) 与其他平台合作,将软件产品向云端迁移。软件企业可选择与其他平台合作,借助外部平台的广大资源提供软件服务,以低成本的方式快速扩张用户群体。例如,金蝶与航天云网达成合作,金蝶云ERP可通过航天云网上向广大客户提供服务。
工业软件(未嵌入式)可主要分为研发设计、生产制造及信息管理三类。其中1)研发设计类包括:PLM(产品全生命周期管理)、CAD(计算机辅助设计)、CAR(计算机辅助分析)、CAM(计算机辅助制造)等;2)生产控制类包括:MES(制造执行系统)、DCS(分散控制系统)、EMS(能量管理系统)、SCADA(数据采集与监视控制系统)等;3)信息管理类包括:ERP(企业资源计划)、客户关系管理(CRM)、供应链管理(SCM)、HRM(人力资源管理)等。
在我国研发设计及生产控制软件市场,国外企业具有明显优势。据统计,2017年研发设计市场中,Dassault Systems占有19.05%的市场,位居第一;我国航天神软占据12.28%的市场,排名第二;Siemens占据10.73%的市场,排名第三。另外,生产控制市场由Siemens、Honeywell主导,分别占市场23.72%,10.94%。我国南京南瑞、宝信软件排名第三第四,各自占据市场约9%的份额。
我国软件企业在信息管理系统更具有竞争力。其中浪潮、用友、东软在信息管理系统市场占有率分别达15.96%,用友11.44%,东软9.51%,领先国外SAP(7.64%)及Oracle(6.5%)。
|打造工业互联网已成全球趋势
受金融危机影响,各国意识到去工业化的弊端以及传统制造业的重要性。德、美等世界各国纷纷提出传统制造业升级计划,其中德国依托雄厚的自动化基础,推进工业4.0计划。美国则提出工业互联网,借助互联网优势激活传统工业。
为推动制造业转型,我国在2015年推出《中国制造2025》。《中国制造2025》首次提出加快推进新一代信息技术与制造技术融合发展,通过“三步走”战略逐渐实现制造业大国向制造业强国的转变。2016年5月,国务院印发《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》,提出在2025年制造业与互联网融合发展迈上新台阶。
2017年10月30日,国务院常务会审议通过《深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》(《意见》),深入推进“互联网+先进制造业”的融合,规范和指导我国工业互联网发展方面。将互联网发展目标分为4个时间阶段,明确各阶段工业互联网网络、平台、安全三大体系发展目标。
为促进工业互联网快速发展,该《意见》提出七大主要任务,1)夯实网络基础,推动网络改造升级提速降费,推进标识解析体系建设;2)打造平台体系,加快工业互联网平台建设,提升平台运营能力;3)加强产业支撑,加大关键共性技术攻关力度,构建工业互联网标准体系,提升产品与解决方案供给能力;4)促进融合应用,提升大型企业工业互联网创新和应用水平,加快中小企业工业互联网应用普及;5)完善生态体系,构建创新体系,构建应用生态,构建企业协同发展体系,构建区域协同发展体系;6)强化安全保障,提升安全防护能力,建立数据安全保护体系,推动安全技术手段建设;7)推动开放合作,提高企业国际化发展能力,加强多边对话与合作。
加大财税支持力度,鼓励相关企业融资。为鼓励工业互联网发展,政府将加大财税支持力度,例如采用首购、订购优惠,相关税收优惠。地方可通过设立工业互联网专项资金、建立风险补偿基金等方式,支持本地工业互联网集聚发展。另一方面,工业互联网相关融资放宽,支持企业在境内外开展股权融资,推动项目收益债、可转债、企业债、公司债,引导各类投资基金等向工业互联网领域倾斜,为工业互联网技术、业务和应用创新提供贷款服务,鼓励符合条件的企业集团设立财务公司,为集团下属工业互联网企业提供财务管理服务,支持保险公司根据工业互联网需求开发相应的保险产品。
中小企业给予特殊扶持。根据国家工业信息安全发展研究中心数据,2017年我国企业设备数字化率为44.8%、数字化设备联网率为39.0%,尤其是中小企业基础薄弱,设备改造和数据采集难度较大。国务院在《意见》中提出2025年百万家企业上云。为实现这一目标,政府将对中小企业给予一系列扶持,降低中小企业数字化、智能化改造成本。例如,降低中小企业互联网专线接入资费水平,政府以购买服务等方式鼓励中小企业业务系统向云端迁移。
现在受益于5G时代即将带来的安全、可靠、灵活、可移动、低时延、高带宽的数据信息传输优势,工业系统同高级计算、分析、感应技术以及互联网相融合的工业互联网也将得到快速发展,其应用场景包括无线工业相机、工业传感器、远程控制、状态监控、资产跟踪、云化AGV、物流和库存监控、无线机器人、无线云化PLC等。
根据前瞻产业研究院数据统计及预测,2018年我国工业互联网市场规模约为5,318亿元,预计2019年将突破6000亿元,2023年突破10000亿元,2019-2024年,预计年均增长率约为15.31%。
行行查,行业研究数据库: www.hanghangcha.com
手机访问“行行查”小程序更方便