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陈志成:智造企业机联网云服务方案

2015/9/28    来源:软件定义世界    作者:陈志成      
关键字:机联网  物联网  工业4.0  大数据  
今天给大家分享的题目是《智造企业机联网云服务方案》,主要从企业角度,探讨如何实现工业自动化的升级改造,涉及机器换人、工业物联网、云服务、大数据等。
    今天给大家分享的题目是《智造企业机联网云服务方案》,主要从企业角度,探讨如何实现工业自动化的升级改造,涉及机器换人、工业物联网、云服务、大数据等。
 
    下面开始介绍,主要有四部分内容:
 
    第一点:介绍中国工业自动化现状,大家了解一下国内外企业的自动化程度如何,我国相对落后的原因何在。
 
    第二点:介绍我们现在正在做的事情,就是制造企业的机联网,主要是指机器设备的联网,及其管理控制。
 
    第三点:讲基于机联网之上的云计算服务,以及相关的研究课题。
 
    最后:跟大家分享一个能源大数据系统的案例。
 
    一、中国工业自动化现状
 
    关于中国智能化技术的发展,先让我们回到5年半以前。在2009年7月7号,人民网做了一期中国人工智能理事长的访谈节目,邀请中国人工智能学会的主要创始人:钟义信、涂序彦、何华灿三位老教授,针对人工智能如何发展、人工智能如何产业化等话题进行探讨,钟老师坚定地认为“五年后将迎来人工智能大发展,进入智能时代”,到2014年为止,刚好五年,大家公认的智能时代确实已经来了。
 
    智能时代已经来临,从社会发展历程来看,主要经历了三个阶段,第一个阶段是农业社会,人类劳动工具以简单的镰刀、锄头为主。第二个阶段是工业社会,也就是动力机车时代,以蒸汽机、机床为代表的时代。第三个阶段是信息社会,网络时代到来了,电话、电灯、电视,现在的互联网、通信网,这就是目前的信息社会。
 
    我们来看看前面三个时代,从研究者角度来分析,看看它的工具水平、研究的科学问题、及核心基础理论。材料时代主要是简单的材料加工,用树枝就可以获取到一些食物类的东西;能源时代就是动力驱动,主要是蒸汽机为主的;信息时代是信息处理,这个地方加了一个管理,原来认为信息时代是智能工具,现在我们把智能单独拿出来了。到现在为止,我们开发了好多MIS、ERP之类的,但全都是企业信息化的管理系统,其中智能化的程度有没有?有,但确实不高。在这三个时代,从研究的科学问题来看,材料时代更多的是研究物质成分、化学变化及其结构的,认为其基础学科是化学。能源时代更多的是依赖物理,研究蒸汽机、能量的转化、运动状态等,是牛顿的那个时代。信息时代的基础学科是数学与计算科学。
 
    第四个时代,我们认为是智能时代,智能时代干什么,我们有大量的数据,需要进行决策、判断;我们现在有很多的个性化的东西,进行针对性的个性化服务;进行大数据挖掘,从而进行自动决策,这就是智能化的工具,很多工具是软件,但是也有很多是硬件。这个时代研究的科学问题实际上是网络问题,不管是局域网、还是广域网,或者通信网、还是互联网,目前来看已经进入到所谓的物联网时代。在复杂的网络系统中进行分析挖掘和逻辑推理,从而形成智能化的决策和判断,这个时代的核心基础理论是逻辑与网络。
 
    但是,对于处于发展中的中国企业而言,能否把握住智能时代的发展机会,目前各领域人士的观点并不一致。关于中国工业自动化程度如何,我们先看看相关的报道。
 
    2月5日,国际机器人联合会发布报告称,到2017年,中国将成为世界工业机器人拥有量最高的国家。据报道,去年9月,沈阳新松机器人公司投产了中国第一条机器人生产机器人的生产线。该生产线能够达到5000台工业机器人的年产量。然而,这样的成绩却不能掩饰中国机器人工业总体落后的现实。据报道,目前中国制造业中每1万名工人平均仅配有30台机器人,这一数字韩国为437台,日本为323台,德国为282台,美国为152台。
 
    在中国迅猛发展的工业机器人市场中,中国的国产工业机器人仅占有10%的市场份额,其余均被日本、欧洲和美国的工业机器人企业瓜分。哪怕是如此弱势的国产工业机器人,其关键零部件的进口依赖度仍高达90%以上。对此情况,日本《日刊工业新闻》不无自豪地称:“中国国产机器人的主要零件其实大多采用日本产,整体上与日系厂商的技术水准仍差距甚远。”目前,瑞士ABB集团、德国库卡、日本安川电机、发科那等世界著名机器人制造商均已在华设立机器人工厂。而日本的川崎重工、不二越公司等生产机器人的企业,也正对登陆中国设厂跃跃欲试,试图进一步蚕食中国机器人市场。
 
    目前机器人时代已经来临,但是中国的机器人产业整体上还比较落后,分析其关键症结、或者说根本原因,我们可以归纳为 5个字:晚、少、小、慢、离。
 
    首先,晚:相比于德国、美国、以及日本,尽管我国是制造业大国,但是我国的工业行业起步较晚,尽管部分领域发展较快,比较先进,但整体工业水平落后于发达国家至少10-20年。在先进制造领域,中国整体上还处于CAD/CAM以及CMOS集成制造时代,以机器人为代表的智能制造时代的来临,目前刚刚开始。个别行业可能相对领先,但还有很多工业企业落后发达国家大约40年左右。
 
    第二,少:由于整体工业技术水平落后,我国目前所采用的机器人设备主要是从国外引进,致使我国对机器人研发、生产、制造、以及应用等若干方面的关键技术掌握甚少,核心零部件生产极少。尤其是在:多轴运动控制器、伺服电机系统、减速器三个方面,当绝大多数依赖国外进口。
 
    第三,小:我国从事机器人产业研发生产的企业都规模不大,由于机器人领域是典型的三高一低(高技术、高人才、高投入,低附加值回报)行业,尽管目前有很多的机器人企业,但是行业分散,都没有形成规模化效应,缺乏龙头企业。
 
    第四,慢:今天来看包括中国在内的全球各国都在讨论机器人时代来临了,但是我们应该看到,这是在德国把工业4.0作为国家战略提出后,中国才跟进的。其实早在2004年的时候,由中国人工智能学会提议,在北京大学等高校就开始开办智能科学与技术的专业,2009年7月,人民网专访中国人工智能学会理事长钟义信教授、何华灿教授、涂序彦教授时,钟老师等就明确强调我国要重视发展智能机器人,当时预测5年之后将迎来“智能时代”。
 
    现在来看,从2009至2014年,刚好5年,智能时代确实来了,但是我们似乎并没有准备好,很显然,包括政府、企业、民众,这方面的思维转型比较慢。在这5年期间,尽管机器人销量保持着较高的增长率,但政府并没有做全局性整体性的顶层设计,大多数企业也是小富即安,并没有意识到即将发生的生产方式的转变,只是当前人口红利消失了,所以才意识到需要提高生产效率,只有走智能制造、引进机器人这条路了。民众则认为机器人成本太高,以实际应用还比较遥远,因此也并不看好。
 
    第五,离:尽管企业思维转变缓慢,但是我国在科研院所和高校,也还是有不少的课题在研究,但是总体而言,在实验室的研究较多,真正走向实际应用的少。技术转化效果不明显,高校研究与企业需求相分离,这也使得我国在机器人产业方面发展滞后。
 
    以上是中国工业自动化程度的概括,下面介绍第二部分内容。
 
    二、智造企业机联网工程
 
    现在回过头来看,德国提出工业4.0,中国怎么办?工业4.0本身是智能制造,能自动焊接的机器人80年代就有了,哈工大的焊接是非常先进的。德国工业4.0的核心词主要是CPS (Cyber-Physical Systems),信息物理系统、或网络物理系统,认为CPS是实现工业4.0的基础。
 
    最近我们也还在想,把德国的东西是不是照搬引进来,如何消化吸收?目前主要体现在“机器换人”和“设备机器联网”方面,这是浙江省和广东省重点实施工程,在2013年的时候,浙江省明确下达文件,经信委、科技厅下达的文件,这里介绍其中与机联网相关的一些内容,供大家参考。
 什么是机联网?
    机联网就是机器联网,指应用物联网、云计算、现代通信技术,对企业制造设备、工艺流程,空调、照明、仓储等辅助设备进行统一的改造升级管理,形成集中管理、资源共享的现代化智能制造模式,以提高生产效率,改善产品质量,促进节能减排,提高企业综合能力。机联网重要的实现途径是机器换人,江浙一带,长三角、珠三角,人力成本提高了,很多工厂倒闭了,这是现实情况,很多企业需要自动化升级改造。浙江省拿出五千个亿,五年之内每年支持五千个机器换人项目,实施企业的升级改造。
 
    机联网到底做哪些事情呢?从政府企业综合来分析,包含如下六个方面的要点。
 机联网到底做哪些事情呢?
    第一点,还是要加强顶层设计。听起来有点虚,实际上因为中国,包括江浙一带和广东一带,尽管政府拿了很多钱做这件事情,但在很多方面还是不清楚的,需要专家们帮助他们做整体设计,到底国内国外有哪些自动化的设备,国外有哪些自动化设备可以引进,不少企业领导并不是很了解,必须要有专家帮他们进行具体分析,这样的设备,这样一个工艺流程,哪些是可以用机器代替人工的,帮他设计方案。从省里面的角度,国家战略层面的角度,也需要一些设计,这部分工作还是少不了。
 
    第二点,是推动机器联网。这是核心内容,企业(工厂)车间内外的机器设备都需要连接起来,实现远程统一的自动化管理控制。
 
    第三点,是系统集成。这里面包含了各种企业计划系统、信息管理系统、生产执行系统、产品生命周期管理系统等的集成。
 
    第四点,是加强技术创新。技术创新主要是电子设备和自动化传感器、以及平台软件等关键技术方面的创新,有些需要引进国外的,同时也需要国内的企业参与研发我们自己需要的设备。
 
    第五点,是标准化。标准化不可忽略,很重要,机联网也会涉及到若干标准。
 
    第六点,加强安全保障。这是重点提了,尤其是涉及国计民生的重点领域。我们想想,车间里面都是机器人,数据都是可以传到后台服务器上的,斯诺登对美国的监控事件曝光之后,中国很担忧。
 
    我们从日本引进来机器人以后,是不是通信协议是私有的,如果不公开,我们想修改就不行;从欧洲买来一个机器设备之后,数据传到哪些地方都不知道,甚至我们生产过程当中的数据、参数、故障,保存在机器里面,等维修的时候给我们取走了,我们也不知道。这需要我们现在制定这方面的安全许可,网络检测手段,包括现在的底层系统安全,进网入口安全,很可能以后买机器人不是像今天这样想买就能买了,以后可能像手机一样,需要入网许可,否则,你的设备就不能联网。
 机联网设备类型
    目前来看,机联网设备主要分四种类型:
 
    第一类:是数控机床联网。这是众多工厂的设备。
 
    第二类:是行业专用设备联网。义乌做服装和织布的厂,都有自动化生产线,跟他们进行交流,织布参数怎么检测,线断了之后能否自动接上,现在线断了就报警和停机,需要人工接上后再继续运行,是不是可以做一些自动化的设备来实现自动接线、取线轴等。
 
    第三类:是工厂大型生产机器设备联网。这里面包括了户外的工程机械,挖掘机,也做一些GPS定位,故障检测。
 
    第四类:是工厂辅助设备。如空调和灯怎么节能等,可以通过网络进行控制。
 
    这四大类型设备都需要联网。
 
    上面主要讲了“机器设备联网”的出台背景和政策。下面讲第三部分。

责任编辑:王慧敏
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